例談教學(xué)中的生物學(xué)概念與事實(shí)

沈兆瑞 陳 虹

(天津市武清區(qū)楊村第一中學(xué) 天津 301700)

生物學(xué)概念是對(duì)生物的結(jié)構(gòu)、功能以及生命現(xiàn)象進(jìn)行的綜合性闡述，在教學(xué)中處于核心地位[1]。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》中明確要求“所有教學(xué)活動(dòng)都應(yīng)該有利于促進(jìn)學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念的建立、理解和應(yīng)用”。概念的形成基于對(duì)事實(shí)的觀察，前者是對(duì)后者共同之處進(jìn)行抽象、歸納后的總結(jié)性陳述。教師應(yīng)充分利用教材和日常生活中的生物學(xué)事實(shí)來幫助學(xué)生理解概念。然而，概念的形成并非一蹴而就，即使是對(duì)相同事實(shí)的概括也存在人為因素的差異。因此，在教學(xué)過程中，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生正確描述事實(shí)，建立科學(xué)概念。

1 概念的形成離不開事實(shí)的支撐

目前使用的人教版、浙科版和中圖版等教材中均穿插著豐富的生物學(xué)事實(shí)，并以表格、插圖和學(xué)科史等多種形式呈現(xiàn)。教師在處理概念和事實(shí)的關(guān)系時(shí)，常采用“先概念，后事實(shí)”的教學(xué)模式，即先以概念構(gòu)建知識(shí)框架，再通過典型事實(shí)提供支撐。該模式雖然能為知識(shí)的傳授提供幫助，但在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維上稍顯乏力。

例如，在呈現(xiàn)概念“原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的最大區(qū)別是原核細(xì)胞沒有由核膜包被的細(xì)胞核”時(shí)，上述模式固然能讓學(xué)生記住該概念，但是沒有增強(qiáng)學(xué)生對(duì)客觀事實(shí)的觀察和總結(jié)能力。針對(duì)以上問題，可嘗試“先事實(shí)，后概念”的教學(xué)策略： 先為學(xué)生提供豐富多樣的生物學(xué)事實(shí)： 光學(xué)顯微鏡下大腸桿菌、酵母菌、狗的骨骼肌細(xì)胞以及蠶豆葉表皮細(xì)胞的照片。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)上述細(xì)胞進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的觀察，并描述異同之處。學(xué)生結(jié)論如下： 酵母菌、狗骨骼細(xì)胞、蠶豆葉表皮細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)都有明顯的結(jié)構(gòu)——“細(xì)胞核”，而大腸桿菌沒有。進(jìn)一步利用人教版教材中的插圖——“大腸桿菌的電鏡照片”，指出大腸桿菌的亞顯微結(jié)構(gòu)中只存在“無核膜包被”的擬核區(qū)域，而無成形的細(xì)胞核。最終完成從事實(shí)到概念的教學(xué)設(shè)計(jì)。

這種通過對(duì)生物學(xué)事實(shí)進(jìn)行觀察、總結(jié)而得出概念的教學(xué)模式，不僅加深學(xué)生在知識(shí)層面上的理解，而且有益于其科學(xué)思維的鍛煉。

2 概念的產(chǎn)生有助于事實(shí)的理解

概念的產(chǎn)生是形成知識(shí)體系的必經(jīng)之路，與零散的事實(shí)不同，概念是對(duì)多個(gè)客觀事實(shí)觀察后所進(jìn)行的原理性、概括性陳述。近幾十年來，生物學(xué)的發(fā)展速度令人驚嘆，不計(jì)其數(shù)的生物學(xué)事實(shí)井噴式涌出。伴隨而來的問題是： 如何在既定的學(xué)段內(nèi)完成知識(shí)體系的構(gòu)建，進(jìn)而形成生命觀念呢？新課標(biāo)中強(qiáng)調(diào)，高中課程內(nèi)容應(yīng)該少而精，將生物學(xué)知識(shí)以“大概念”的形式串聯(lián)起來，有利于學(xué)生在高中階段最有效地掌握生物學(xué)概念和典型事實(shí)[2]。

例如，以人教版教材必修3中的“穩(wěn)態(tài)”一節(jié)為例。該概念最早僅用于描述內(nèi)環(huán)境在調(diào)節(jié)機(jī)制下維持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，而隨著學(xué)科的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)可應(yīng)用于各個(gè)生物學(xué)領(lǐng)域： 分子水平上，基因的表達(dá)受到多種機(jī)制的調(diào)控以維持正常水平；個(gè)體依賴神經(jīng)—體液—免疫調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)來維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定；從生態(tài)系統(tǒng)角度來看，生物成分與非生物成分相互影響并通過自我調(diào)節(jié)保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。由此可見，不同領(lǐng)域的事實(shí)可歸納出相同的要素，概念的產(chǎn)生有助于人們理解事實(shí)的本質(zhì)。

因此，在教學(xué)過程中重視事實(shí)的同時(shí)，也要訓(xùn)練學(xué)生利用生物學(xué)概念構(gòu)建屬于自己的知識(shí)體系。以概念為框架，用事實(shí)做支撐，培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

3 科學(xué)假說是連接概念與事實(shí)的橋梁

起初生物學(xué)事實(shí)多源于對(duì)客觀世界的直接觀察，隨著實(shí)驗(yàn)生物學(xué)的興起，人為控制的科學(xué)實(shí)驗(yàn)也成為事實(shí)的重要來源之一。縱觀學(xué)科史，任何概念的形成都不會(huì)一帆風(fēng)順，在探究真理的道路中，科學(xué)假說發(fā)揮著不可或缺的作用。與憑空猜想不同，科學(xué)假說的提出必須建立在事實(shí)之上。如圖1所示，假說是對(duì)多個(gè)事實(shí)進(jìn)行分析、歸納、比較和推理而得出的科學(xué)推論。在成熟的概念形成之前，科學(xué)家依據(jù)既有事實(shí)提出一種或多種假說，并對(duì)未出現(xiàn)的事實(shí)進(jìn)行推導(dǎo)與預(yù)測(cè)。不斷被證實(shí)的假說會(huì)逐漸衍化為成熟的概念，反之則不然。

圖1 事實(shí)、假說與概念的關(guān)系圖

例如，以生物膜“流動(dòng)鑲嵌模型”一節(jié)為例，人教版教材中提供了如下事實(shí)： ①19世紀(jì)末，歐文頓通過植物細(xì)胞的通透性實(shí)驗(yàn)，提出“膜是由脂質(zhì)組成”；②20世紀(jì)初，通過對(duì)哺乳動(dòng)物成熟紅細(xì)胞膜成分的分析得知“膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)”；③荷蘭科學(xué)家將人紅細(xì)胞中的脂質(zhì)提取后平鋪于水面，通過比較單分子層與細(xì)胞的表面積，得出“細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子的排列必然為連續(xù)的雙層”；④細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的電鏡照片顯示出“暗—亮—暗”的三層結(jié)構(gòu)。

在上述事實(shí)的基礎(chǔ)上，羅伯特森提出著名的“蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)”模型，并在該假說中對(duì)細(xì)胞膜的主要成分及其大致分布情況進(jìn)行了正確的描述。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新事實(shí)的出現(xiàn)不斷對(duì)上述假說提出質(zhì)疑。20世紀(jì)60年代，冷凍蝕刻電鏡的觀察結(jié)果推翻了“蛋白質(zhì)對(duì)稱分布”的假說內(nèi)容。不久之后，細(xì)胞膜的流動(dòng)性首次由人鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，也徹底為羅伯特森所提出的“細(xì)胞膜是靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)”劃上終止符。新的事實(shí)促使桑格與尼克森于1972年提出新的假說——“流動(dòng)鑲嵌模型”。此后，該模型被大量事實(shí)所證實(shí)，逐漸衍化為成熟概念并被廣泛接受和應(yīng)用。

為了更好地讓學(xué)生參與“從事實(shí)到概念”的推導(dǎo)過程，并從中體會(huì)科學(xué)假說在兩者之間所起的橋梁作用。可設(shè)置如下問題： ①體會(huì)“蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)”假說內(nèi)容的科學(xué)性，并舉例說明它的事實(shí)依據(jù)；②描述“細(xì)胞膜是靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)”的錯(cuò)誤之處并舉例說明；③學(xué)習(xí)完細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索歷程之后，討論并評(píng)價(jià)羅伯特森的假說在該過程中的過渡作用。

上述推導(dǎo)環(huán)節(jié)有助于學(xué)生更加系統(tǒng)地學(xué)習(xí)“流動(dòng)鑲嵌模型”概念和相關(guān)事實(shí)，后續(xù)的提問和探討環(huán)節(jié)能讓他們體會(huì)到概念的產(chǎn)生是曲折、反復(fù)和耐人尋味的，豐富其學(xué)科情感。

綜上所述，在整個(gè)高中學(xué)段內(nèi)： 一方面應(yīng)提倡概念教學(xué)，完成知識(shí)體系的構(gòu)建；另一方面，要為學(xué)生提供具有代表性的事實(shí)作為支撐，避免對(duì)概念產(chǎn)生空洞的理解。教師應(yīng)幫助學(xué)生厘清生物學(xué)事實(shí)與概念的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)科思維，進(jìn)而為其生物學(xué)觀念的形成奠定基礎(chǔ)。