利用韋恩圖區分高中生物學中的易混淆概念

馬玉芬 龔 寧

(貴州師范大學生命科學學院 貴陽 550025)

韋恩圖，也叫文氏圖，即用一條封閉曲線直觀地表示集合及其關系的圖形，它是由英國著名邏輯學家、歷史學家韋恩(Venn)提出來的。韋恩圖在數學教育中經常使用，它強調事物間的相互關系。

1 利用韋恩圖區分易混淆概念的初衷

美國《下一代科學教育標準》(NGSS)強調“跨學科”的思想，針對同一主題用不同學科思維進行思考，可使問題的解決方式呈現多元化。在生物學概念教學中融入“跨學科”思想，有利于學生理解概念的本質。

高中生物學教材中存在較多的易混淆概念，青少年的認知水平不夠成熟，不能對大量易混淆概念明確界定，導致“一問就忘”或者“一問就會、一做就錯”，根本原因是“學生沒有真正理解概念”。很多教師通常采用“列表法”進行概念區分。此方法雖然直觀，但存在弊端： 一方面表格繪制用時過長，過程缺乏趣味性；另一方面，列表僅側重于區分概念，沒有呈現被比較對象(概念)間的邏輯關系，極易導致概念孤立化，影響學生對于概念體系的邏輯建構。為了彌補以上缺點，可基于“跨學科”思想，探討利用韋恩圖區分易混淆概念。

2 概念易混淆的原因

2.1 字面理解概念名稱，導致概念同一化 高中學生容易從字面理解概念，導致對概念一知半解。例如“中樞神經”和“神經中樞”，中樞神經是一個結構概念，指神經系統的中樞部分，包括腦和脊髓；神經中樞是一個功能概念，指的是功能相同的神經元細胞體的集中區域。由于兩個概念名稱相似(此處為字序不同)，學生往往把兩者同一化，認為是同一個意思。此類概念還有： 原生質體和原生質層、細胞液和細胞內液、DNA聚合酶和DNA連接酶等。

2.2 概念的層次分辨不清 生物學概念間也存在數學中的包含關系，“包含”一詞說明概念是分層的，即上位概念和下位概念，概念層次不清也是區分概念的一大阻礙因素。例如“細胞死亡”和“細胞凋亡”，兩者都強調細胞的“亡”，但細胞死亡(上位概念)包括細胞壞死和細胞凋亡(下位概念)。此類概念還有： 脂質和脂肪、體液調節和激素調節、固醇和膽固醇等。

2.3 前概念對新概念的理解形成負遷移 學生的前概念的獲得途徑多且雜，甚至不乏有錯誤的前概念，可能會對后來要學習的新概念形成負遷移。例如“赤道板”和“細胞板”，赤道板是在有絲分裂中期時與紡錘體中軸垂直的平面，是一種虛擬平面，細胞板是出現在赤道板位置的真實結構。由于受地理學科中“赤道”概念的干擾，學生會認為赤道板是“實”(是結構)，進而認為細胞板是“虛”(不是結構)。此類概念還有： 內環境和細胞內液、性狀和表現型、主動運輸和被動運輸、攝入量和同化量等。

3 利用韋恩圖區分幾組常見的易混淆概念

下面采用具有邏輯思維優勢的韋恩圖，對幾組常見的易混淆概念進行區分。

3.1 生長素和生長激素 生長素屬于植物激素，調節植物的生長發育；生長激素屬于動物激素，促進動物個體生長。兩者只差了一個“激”字，在名稱上具有相似性，由于生長素也是激素(在植物中)，學生在潛意識中認為激素類的物質(如甲狀腺激素、抗利尿激素等)都含有“激素”二字，所以把“生長激素”和“生長素”同一化理解。教師可引導學生繪制韋恩圖來區分這組概念(圖1)。

圖1 生長素與生長激素的對比韋恩圖

3.2 終止子和終止密碼子 由于“終止子”和“終止密碼子”都有“終止細胞某一活動”的意思，且概念名稱類似，故容易混淆，屬于字面理解概念名稱導致的概念同一化問題。區分兩者的關鍵在于兩者所在的位置和作用不同。終止子在DNA上，終止轉錄活動；終止密碼子在mRNA上，終止翻譯活動。可繪制如下韋恩圖來區分這組概念(圖2)。

圖2 終止子與終止密碼子的對比韋恩圖

3.3 體液、細胞液、細胞內液與細胞外液 由于概念層次不清和概念名稱相似，學生易對以上四個概念產生混淆，區分的關鍵在于厘清四個概念的層次。體液是人和動物體中大量以水為基礎的液體，包括細胞內液和細胞外液，故體液是上位概念。細胞內液和細胞外液是以細胞膜為界的細胞內外液體，屬于下位概念。細胞液是植物液泡的內含液體。可繪制如下韋恩圖來區分這組概念(圖3)。

圖3 體液、細胞液、細胞內液與細胞外液的對比韋恩圖

3.4 體液調節和激素調節 激素調節是體液調節的主要內容，因此這對概念是一種包含關系。因為激素調節通過體液把激素運輸到靶細胞并起作用的，但是體液調節所傳輸的化學物質不僅包括激素，還有其他調節因子，所以范圍相對來說更加廣泛。學生對于兩者的“傳輸物質”了解不充分，導致對概念層次的忽略。可繪制如下韋恩圖來區分這組概念(圖4)。

圖4 體液調節與激素調節的對比韋恩圖

3.5 應激性和反射 “應激性”和“反射”存在共性，都強調“對外界刺激作出反應”，影響學生對具體現象的分析和判斷。舉兩個例子： 草履蟲趨于從鹽水溶液進入營養液、用手觸摸含羞草導致含羞草“害羞”，學生常把這兩種現象歸類為反射現象。這是因為“應激性”是初中學到的內容，學生忽略了這個前概念；另外，學生的認知只停留在“對外界刺激作出反應”的表象，未能深入分析到“反射弧”的結構基礎層面，導致誤判。反射只是應激性的一種形式，判斷是不是反射現象關鍵在于有沒有經過神經中樞，因為草履蟲是單細胞生物、含羞草是植物，兩者都無神經中樞，所以兩類現象都屬于“應激性”中的其他表現形式，而不是反射現象，故前概念的忽略和概念層次不明是這兩個概念易混淆的原因。可通過繪制如下韋恩圖來區分這組概念(圖5)。

圖5 應激性與反射的對比韋恩圖

3.6 種群密度和豐富度 兩個概念難以區分的原因在于它們都強調了“數量多少”，但“種群密度”這個前概念對學生理解“豐富度”產生阻礙，導致學生區分不開。關鍵是明確兩者是哪個層面的什么數量，“種群密度”是種群層面的單位個體數量，“豐富度”是群落層面的所有物種數量。可繪制如下韋恩圖來區分這組概念(圖6)。

圖6 種群密度與豐富度的對比韋恩圖

在概念辨析中，“韋恩圖”與“列表法”相比更具優勢，它可以形象直觀地表達出易混淆概念之間的邏輯關系，不僅明了有趣，更能發展學生的科學思維。