圍繞學科思想和核心概念從整體到局部的高三生物學復習策略

安 軍 馬小娟 佘建云 梁 東 許偉杰

（北京市第一0 一中學 北京 100091）

在學習生物學概念的基礎上逐漸形成生命觀念，建立科學的自然觀和世界觀，是生物學科核心素養(yǎng)的重要內容，也是課程標準對高中生物學教學的基本要求。高三年級是提煉學科思想、建立生命觀念的黃金時段。此時學生已擁有大量的生物學事實和概念，在此基礎上，教師才有機會幫助學生提煉學科思想和核心概念，引領學生俯瞰生物學的全景，感悟生命本質。

圍繞學科思想和核心概念，從整體到局部的復習策略使高三的教學指向學科本質，可幫助學生形成生命觀念，發(fā)展生物學科核心素養(yǎng)。同時，學科思想和核心概念是概念聚合器，可統(tǒng)整生物學知識體系，促進學生深層理解，不僅為學生的記憶減負，而且有利于在新情境中解決問題。

1 教師對學科本質的理解是貫徹這一復習策略的前提

學科思想的教學是學科教學的靈魂。對學科思想和核心概念的把握程度決定了教師對學科本質的理解深度和教學的高度，同時影響教學策略的選擇。

1.1 學科思想與核心概念的界定 生命科學經歷長期的研究過程，逐漸形成了自身的知識體系和方法體系，并在此基礎上形成了哲學層次上的學科思想，它比哲學總體意義上的觀念要具體，并深 深植根于學科本身［1］。趙占良［2］在文章中 談 及“生物學學科思想中最核心的是進化思想和生態(tài)學思想，它們宛如編織生物學知識體系的經線和緯線，貫穿宏觀和微觀，縱橫交錯，渾然一體。”《普通高中生物學課程標準（2017年版）》中生命觀念表述了生物學科的學科思想，包括：結構與功能觀、進化與適應觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀和物質與能量觀。這些思想觀念是人們行動的指導思想和原則。

核心概念比學科思想更具體，它是學科的上位概念，構成了學科概念框架，揭示了生物學科的核心內容，反映學科本質，其組合可以構成學科完整的畫面。生物學科核心概念可簡要概括為：①生命系統(tǒng)是一個多層次、高度有序、能自我維持和自我調節(jié)的開放系統(tǒng)；②生物與生物、生物與無機環(huán)境之間存在復雜的相互作用、相互影響；③遺傳和變異使物種能在變化的環(huán)境中延續(xù)和發(fā)展；④生物進化理論解釋了物種的統(tǒng)一性和多樣性，是生物學最大的統(tǒng)一理論。

1.2 概括和提煉是認識學科本質的路徑

1.2.1 感悟生命的本質 教師嘗試用簡短的句子概括“什么是生命”，然后與專業(yè)書籍進行對比，以加深對生命本質的理解。例如，《進化生物學》一書中談及：“生命就本質而言是物質的，它是物質存在和運動的一種特殊形式。生命是主要由核酸和蛋白質組成的，具有不斷自我更新能力的，以及向多方向發(fā)生突變，并可復制自身的多分子體系”［3］。《普通高中生物學課程標準（2017年版）》談及：“生命起源于自然隨機事件且能在與環(huán)境互作中保留下來的具有新陳代謝特征的物質形態(tài)”。《美國課程標準》談及：“生命依據(jù)物質世界的規(guī)律和遺傳編程自成體系、自我維持、自我復制，并不斷演化”。教師也可引導學生進行概括和對比。高三學生在掌握了大量的生物學事實和概念之后，這樣的上位思考會加深其對基本概念的理解。

1.2.2 感悟學科思想和核心概念 教師嘗試用1～2 句話概括每本必修教材回答了什么問題，這本教材內容主要體現(xiàn)了哪些學科思想。概括后與課程標準的表述作對比。圖1 是依據(jù)2003 版課程標準繪制的概念圖，高度概括了3 本必修教材的內容和教材主要突顯的學科思想。只有經歷這樣的研究和思考，教師對學科思想和核心概念的領悟才會更加深刻。

圖1 模塊內容及體現(xiàn)的學科思想

2 復習策略的設計和實施

2.1 從整體到局部，為學生創(chuàng)造整體思考的機會

高三復習切忌立刻進入細節(jié)，而要從整體入手。在復習啟始，引導學生談談對生命的理解，學生會回憶出生命的特征。再請學生閱讀3 本必修教材的目錄，思考生命特征與目錄內容之間的聯(lián)系，學生會發(fā)現(xiàn)3 本必修教材內容是對生命特征的展開。

2.2 東、西坡不同坡位捕食線蟲真菌的多樣性差異將高黎貢山研究區(qū)域分為5個坡位，分別為下坡位（1 400～1 800 m）、中下坡位（1 800～2 200 m）、中坡位（2 200～2 600 m）、中上坡位（2 600～3 000 m）、上坡位（3 000～3 400 m）。對高黎貢山東、西兩坡相同坡位的捕食線蟲真菌物種豐富度和檢出率進行比較。結果表明東、西坡捕食線蟲真菌的物種豐富度和檢出率隨著坡位的升高均呈先上升后下降的趨勢，其中東坡各指數(shù)均在中下坡位處呈現(xiàn)最大值，西坡物種豐富度在中下坡位處呈現(xiàn)最大值，檢出率在中坡位處呈現(xiàn)最大值。見圖2～3。

在進入必修模塊復習前，同樣先引導學生看目錄，概括本書的主要內容，填寫模塊概念圖。例如，圖2 為必修1 模塊概念圖。學生若能順利填寫，則表明其已明晰本模塊章與章之間的聯(lián)系。

圖2 必修1 模塊概念圖

復習時，教師引導學生從宏觀層面的模塊概念圖到單元層面的概念圖，從整體到局部沿知識地圖進行。學生始終清楚復習的位置，并用1～2句話概括一個模塊的內容，類似語文學習過程中概括中心思想，這是對模塊核心概念的抽提過程。這樣可使學生從細節(jié)中解脫出來，有利于建立概念框架，在框架下植入下位概念。

在高三復習結束前夕，教師再次引導學生概括什么是生命，并與專業(yè)書籍上的說法進行對比，從而提升對生命本質的理解。可見，學生建立核心概念的過程與教師是相同的，學生對學科思想的領悟過程，需要教師在每一節(jié)課中滲透。

2.2 圍繞學科思想設計第1輪單元復習 單元復習要“圍繞學科思想和核心概念”設計問題，通過“問題討論”幫助學生理解學科本質，促進學生理解和識記生物學知識，為學生減負。

單元復習學案包括5 個部分：①單元核心問題；②單元基礎知識回顧；③問題討論；④典型例題；⑤單元重要概念。“單元核心問題”指向單元復習的重要概念，體現(xiàn)學科思想，是單元復習的總領，也是復習課梳理知識的中心話題。“單元基礎知識回顧”的形式多樣，可以是填空、填圖或填寫單元概念圖等，目的是引導學生閱讀教材，回憶單元基礎知識。但復習決不能止于此，還需要通過“問題討論”加深理解。“問題討論”的題目設計較綜合，體現(xiàn)學科思想和核心概念，是發(fā)展學生深層理解的關鍵。“典型例題”的目的是幫助學生在應用中修正概念，體會概念原理如何應用于問題解決。在單元復習的最后，要求學生用陳述句概括單元重要概念，與教師提供的單元重要概念小結進行對比，以考查學生的理解。單元重要概念比核心概念具體，是單元的上位概念。

生命起源的探討激發(fā)了學生極大的興趣，復習課上學生興致勃勃地圍繞核心問題回答了以下子問題，即學案上的“問題討論”部分：①組成生命的元素從哪里來？②為什么碳元素成為最基本的生命元素？③科學家在探尋外星球是否存在生命時，會將外星球是否含有液態(tài)水作為重要的判斷依據(jù)，如何理解水對于生命的重要性，水的作用與其物理化學性質有什么關系? ④自然界凡以細胞為基本單位的生命形式，為什么都以DNA 作為遺傳物質而不是RNA 分子？嘗試畫出一段DNA和RNA，從其分子結構加以說明。⑤為什么說蛋白質是一切生命活動的體現(xiàn)者？這與蛋白質的結構有什么關系？蛋白質空間結構的多樣性是由什么決定的？⑥為什么無論是植物還是動物都需要貯存能量？從其結構分析，這些貯能物質為什么可以貯能？⑦正常成人（體重70 kg）進食后碳水化合物的貯存量如下：肝糖元72 g，肌糖元245 g，胞外葡萄糖10 g，而機體儲脂肪卻是幾千克至幾十千克。為什么脂肪貯存量更大？人體為什么需要這2 種貯能物質？⑦磷脂分子為什么可以成為膜的主要成分？以上問題均圍繞結構決定功能的思想設計，對這些問題的討論加深了學生對基礎知識的理解和記憶。

在本單元學案“基礎知識回顧”部分，讓學生在細胞結構圖中標出細胞結構名稱和組成此結構的化合物名稱，并解釋“為什么說細胞是物質的?這些物質從哪里來？”。學生填寫的過程是落實基礎知識的過程，同時還有對上位概念的思考，體會生命的物質性。

在復習課的結尾，教師引導學生比較，所有以細胞為基本單位的生物中，其化合物的功能有許多共性：例如都以DNA 分子攜帶遺傳信息，均以蛋白質分子承擔生命活動，均以磷脂分子建造細胞膜，均以葡萄糖為主要“燃料”，均以ATP 作為直接供能分子，以上事實說明什么？這恰恰是所有生命有共同的原始祖先的證據(jù)，體現(xiàn)了生命的統(tǒng)一性。也正是因為如此，所有生物都使用同樣的基本分子建造自己的身體，所以這些分子也能在不同生物之間通用。所謂“吃飯”，其實就是拆別的生物體的“零件”建造自己的身體［4］。這樣的分析指向生命的本質，不僅體現(xiàn)了學科思想，還激發(fā)了學生的學習興趣，使知識容易理解和記憶。

2.2.2 圍繞“結構與功能觀、物質與能量觀”設計“細胞代謝”單元復習 本單元的核心問題是：“細胞是濃縮了成千上萬個分子的生命系統(tǒng)，其結構復雜而精巧。細胞是一個‘生化工廠’，細胞內每秒鐘發(fā)生上百萬次化學反應（即新陳代謝），這些代謝反應的意義是什么？細胞結構如何支持完成如此復雜、繁多的代謝過程？”

教師要求學生在一個大細胞圖的相應位置填寫所有已知的化學反應。學生會想到細胞溶膠發(fā)生的糖酵解過程；線粒體內的檸檬酸循環(huán)和電子傳遞鏈；葉綠體內的光合作用；核糖體上發(fā)生的蛋白質合成過程，以及內質網(wǎng)和高爾基體對蛋白質的加工修飾過程；溶酶體內發(fā)生的水解過程；細胞核內發(fā)生的DNA 的轉錄過程，如果是連續(xù)分裂的細胞還可能在進行DNA 的復制等。通過這項活動，學生將原本孤立的化學反應建立了聯(lián)系，例如線粒體產生的ATP 可以運到核糖體，在合成蛋白質時分解放能；光合作用產生的氧氣可以從葉綠體擴散到線粒體，二氧化碳則可以從線粒體擴散到葉綠體。學生能體會化學反應在細胞的不同部位發(fā)生，體會細胞的膜系統(tǒng)與細胞骨架對酶的有序排列的作用；體會ATP 的水解發(fā)生在細胞各個需要耗能的地方；體會ATP 的生成與水解位置的區(qū)別；體會到細胞結構為細胞代謝互不干擾提供結構上的保障。

在上述討論的基礎上，學生還要思考下列問題：①細胞內繁忙的化學反應可分為哪2 類？有什么意義？②這些化學反應的速度可調節(jié)嗎？③光合作用為什么是地球上最重要的化學反應？④光合作用和細胞呼吸之間有什么聯(lián)系？這種聯(lián)系有什么重要意義？通過討論，學生能體會同化作用與異化作用對于維持細胞這一生命系統(tǒng)的價值，體會細胞內存在的物質轉變與能量轉化的過程和意義。生命系統(tǒng)需要不斷地從外界輸入物質和能量，通過同化作用合成自身的結構，通過細胞呼吸獲得建造自身所需要的能量。同時，這些反應的路徑和反應的速率被精細地調控。通過上述過程幫助學生理解生命本質，建立生命的物質與能量觀。

2.3 圍繞生命觀念設計第2 輪復習專題 學科思想和核心概念的統(tǒng)攝性強，最容易將學科主干知識橫向聯(lián)系。高三第2 學期的知識復習圍繞生命觀念一共制定了6 個專題，橫向比較不同層次的生命系統(tǒng)的共性，專題內容見表1。學生從已有的知識取例，參與核心問題的討論。這種問題設計為學生提供了俯瞰生物學全貌的機會，促進了知識的橫向聯(lián)系，加深了學生對學科本質的理解。其中第2、第4、第6 專題都有文章發(fā)表，詳細介紹了專題的設計與實施。

表1 專題復習內容

3 復習策略的理論依據(jù)及設計要點

在《教育過程》的第2 章，布魯納［5］談到：“所學的知識若沒有用足夠的結構連接起來就極其可能被遺忘，一堆互不相干的事實在記憶中存留的壽命短得可憐。用基本原理和基本思想來組織事實，是目前所知減緩人類遺忘速度的唯一方法（因為這些事實是從基本原理和基本思想中推斷出來的）。” 布魯納所說的“基本思想和基本原理”即“學科思想和核心概念”。

這一復習策略的設計要點如下：1）教師要努力提高自身對生命本質的理解；2）概括和提煉是領悟學科思想和核心概念的路徑；3）從整體到局部，帶領學生走知識地圖，讓學生清楚復習的位置；4）給學生創(chuàng)造整體思考的機會，從細節(jié)中走出來，俯瞰生物學全貌；5）發(fā)揮核心概念的聚合器作用，在大的概念框架中植入下位概念；6）復習決不止于細節(jié)，要圍繞學科思想設計指向學科本質的思考題，通過問題討論領悟生命觀念，促進深層理解；7）二輪復習圍繞生命觀念，從多種角度橫向對比不同層次生命系統(tǒng)的共性，感悟生命本質。

4 學生的收獲

高考結束后的調查問卷中，學生談及高中生物學教學帶給他們的最大收獲，摘錄幾則：①給了我對生命的體認和敬畏，給予我對大自然之美的理解，讓我更加珍惜自己的一生。②認識生命本質，理解生命價值，解決生活難題，鍛煉思維邏輯。③學會系統(tǒng)性的思考問題，框圖梳理。④與它深入接觸的不到2年的時間，我能從較淺近的理論層面理解生命、認識生命，從而熱愛生命，它讓我認識到即使是很庸常的生命活動背后也有無數(shù)的化學反應新陳代謝維持運轉，不可不謂自然創(chuàng)造生命的奇跡。⑤能在有一定知識基礎的情況下看科普書籍，能判斷部分言論的正確性，可以用生物進化的思想解決生活問題。⑥最大的收獲是研究自然科學問題的基本方法。⑦高屋建瓴，跳出高考，理解第一。