基于概念認(rèn)知結(jié)構(gòu)的高中生物學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)實踐

陳燕 謝志華

摘 要 以“生物的變異”專題復(fù)習(xí)為例，總結(jié)高中生物學(xué)重要概念復(fù)習(xí)教學(xué)中需要把握的三個要點，即以學(xué)生的概念認(rèn)知結(jié)構(gòu)為 出發(fā)點，深入分析學(xué)情，尋找學(xué)生的認(rèn)知“難點”;引導(dǎo)學(xué)生開展合作探究學(xué)習(xí)，突破自身學(xué)習(xí)的“極點”;指導(dǎo)學(xué)生建立“個 人解題檔案”，充實概念認(rèn)知結(jié)構(gòu)的“節(jié)點”;從而引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，建構(gòu)概念認(rèn)知結(jié)構(gòu)，發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān) 鍵 詞 概念認(rèn)知結(jié)構(gòu);復(fù)習(xí)教學(xué);生物的變異;認(rèn)知難點;合作探究學(xué)習(xí)

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡 稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）的重要特點之一是以生命觀念統(tǒng)領(lǐng)課 程內(nèi)容，強(qiáng)化學(xué)生理解和融會貫通生物學(xué)知識，聚焦 “大概念”，體現(xiàn)“少而精”的教學(xué)原則，要求教師的教 學(xué)活動精簡容量，突出重點，讓學(xué)生在深刻理解生物 學(xué)概念的同時發(fā)展生物學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)。筆者通 過高中生物學(xué)教學(xué)實踐與研究，總結(jié)出生物學(xué)概念復(fù) 習(xí)教學(xué)的三“點”：一是深入分析學(xué)情，尋找學(xué)生的認(rèn) 知“難點”，并根據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)計合理的教學(xué)目標(biāo); 二是引導(dǎo)學(xué)生開展合作探究學(xué)習(xí)，使得學(xué)生充分交流 所建立的知識結(jié)構(gòu)，進(jìn)行相互補(bǔ)充與完善，突破自身 學(xué)習(xí)“極點”;三是指導(dǎo)學(xué)生建立“個人解題檔案”，充 實概念認(rèn)知結(jié)構(gòu)“節(jié)點”，即學(xué)生存在的概念易混點、 易錯點和缺漏點等，并運用所學(xué)的生物學(xué)概念解決實 際問題。

一、深入分析學(xué)情，尋找認(rèn)知“難點”

（一）概述概念認(rèn)知結(jié)構(gòu)

學(xué)生對概念的認(rèn)知存在層級水平差異，分為輪軸 狀認(rèn)知結(jié)構(gòu)、鏈條狀認(rèn)知結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)狀認(rèn)知結(jié)構(gòu)。^{[ 1 ]}

1.輪軸狀認(rèn)知結(jié)構(gòu)

輪軸狀認(rèn)知結(jié)構(gòu)是指認(rèn)識次位概念和重要概念 之間的關(guān)聯(lián)，但次位概念之間是孤立的，呈現(xiàn)單一的 層級水平，停留于比較簡單的機(jī)械性記憶水平，不會 辨析概念差異，知識的保持性及遷移性差。例如，有 些學(xué)生僅認(rèn)識到重要概念“可遺傳變異”包括“基因突 變”“基因重組”和“染色體變異”等次位概念，但沒有 真正理解“可遺傳變異”的實質(zhì)是遺傳物質(zhì)發(fā)生改變， “基因突變”“基因重組”和“染色體變異”僅是生物體 中遺傳物質(zhì)改變的形式，因此不會分析環(huán)境條件發(fā)生 何種改變能引起“可遺傳變異”或“不可遺傳變異”。

2.鏈條狀認(rèn)知結(jié)構(gòu)

鏈條狀認(rèn)知結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為概念之間的層次關(guān)系有 所增加，認(rèn)知深度有所提升，但是概念之間是一種線 性的鏈條狀關(guān)系。^[1]這種概念體系使得知識無法長期 保存，解決實際問題時，無法靈活運用，遷移性差。例 如，關(guān)于重要概念“誘變育種”，學(xué)生能記住其原理是 次位概念“基因突變”，但無法將“誘變育種”產(chǎn)生新性 狀的原因與“DNA分子中堿基對的增添、缺失和替換， 導(dǎo)致基因結(jié)構(gòu)發(fā)生改變”這一“基因突變”概念內(nèi)涵相 聯(lián)系，因此無法認(rèn)識到“誘變育種”實質(zhì)是導(dǎo)致“基因 種類發(fā)生改變，產(chǎn)生新基因”。同時，不能將“誘變育 種”與次位概念“生殖隔離”這一物種判斷標(biāo)準(zhǔn)相聯(lián) 系，誤認(rèn)為誘變育種產(chǎn)生的具有新性狀的生物是“新 物種”。

1. 網(wǎng)絡(luò)狀認(rèn)知結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)狀認(rèn)知結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不僅所認(rèn)知的概念數(shù) 量有所增加，而且重要概念與次位概念、次位概念之 間皆建立聯(lián)系，形成大的、可以解決豐富情境中問題 的概念“組塊”。^[1]這是期望學(xué)生掌握的概念認(rèn)知結(jié) 構(gòu)，其具有良好的遷移性，有利于學(xué)生自如地運用所 學(xué)的概念分析復(fù)雜的生物學(xué)現(xiàn)象、解決實際問題。

例如，分析“加熱殺死的S型肺炎雙球菌冷卻后與 活的 R 型肺炎雙球菌混合，再注射入小鼠體內(nèi)，則小 鼠死亡的原因”時，部分學(xué)生能夠?qū)⒎稚⒂?本人教版 高中生物》必修與選修教科書中的相關(guān)概念整合為 網(wǎng)絡(luò)狀認(rèn)知結(jié)構(gòu)，并靈活運用作出分析：①S型肺炎雙 球菌被加熱殺死時，蛋白質(zhì)變性失活，無法繼續(xù)承擔(dān) 生命活動，細(xì)胞表現(xiàn)為死亡， DNA 分子在加熱時也發(fā) 生雙鏈解旋變性，但冷卻后可以自動復(fù)性，適當(dāng)條件 下仍然具有生物活性。②當(dāng)外源DNA分子達(dá)到一定 的濃度時，R型肺炎雙球菌能吸收外源DNA分子進(jìn)入 細(xì)胞，從而使R型肺炎雙球菌的基因與S型肺炎雙球 菌的基因發(fā)生基因重組，導(dǎo)致R型肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化為 S型肺炎雙球菌。③S型肺炎雙球菌有莢膜結(jié)構(gòu)，使其 不容易被小鼠的免疫系統(tǒng)清除，從而能在小鼠體內(nèi)得 以大量繁殖，使小鼠患敗血癥死亡。 ④由于自然轉(zhuǎn)化 率不高，可推測在死亡的小鼠體內(nèi)應(yīng)該還存在活的R 型肺炎雙球菌。可見，網(wǎng)絡(luò)狀認(rèn)知結(jié)構(gòu)有利于概念間 的聯(lián)系與遷移應(yīng)用，幫助學(xué)生從分子水平解釋生命現(xiàn) 象，認(rèn)識生命的本質(zhì)，學(xué)會用生命觀念認(rèn)識生物的多 樣性、統(tǒng)一性、獨特性和復(fù)雜性，形成科學(xué)的自然觀和 世界觀。^[2]

（二）尋找學(xué)生的認(rèn)知“難點”

通過深入分析學(xué)生的概念認(rèn)知層級水平、研讀 課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求，尋找學(xué)生的認(rèn)知“難點”，有利于 教師準(zhǔn)確掌握學(xué)情，設(shè)計與實施有針對性的教學(xué)，避 免出現(xiàn)認(rèn)知層級低的學(xué)生“聽不懂”、認(rèn)知層級高的學(xué) 生“吃不飽”的現(xiàn)象，讓全體學(xué)生皆有課堂參與感與收 獲感，減少課堂教學(xué)時間的浪費，提高教學(xué)效率。

例如，根據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求，“生物的變異”專題 復(fù)習(xí)中的重要概念是“由基因突變，染色體變異和基 因重組引起的變異是可以遺傳的”。在這個重要概念 下有6個次位概念，其中，《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生能夠 準(zhǔn)確掌握次位概念“基因突變”“基因重組”等，并能靈 活運用于解釋有關(guān)生物現(xiàn)象。基于對學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu) 的深入分析，發(fā)現(xiàn)學(xué)生形成了有關(guān)“生物的變異”混合 式的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，概念體系存在缺漏和聯(lián)系不夠穩(wěn)固的 現(xiàn)象。學(xué)生比較容易混淆的概念有“基因突變”與“染 色體結(jié)構(gòu)變異”中的“缺失”及“重復(fù)”“基因重組”與染 色體結(jié)構(gòu)變異中的“易位”及基因重組的實質(zhì)和成因 等。學(xué)生繪制的概念圖僅體現(xiàn)這些概念之間的簡單 聯(lián)系，反映了學(xué)生對概念之間的聯(lián)系認(rèn)識尚不穩(wěn)固， 無法從整體水平把握概念和概念之間的聯(lián)系，還需提 高概念理解能力與運用能力。因此，筆者設(shè)計“生物 的變異”專題復(fù)習(xí)教學(xué)目標(biāo)為：①通過對基因突變現(xiàn) 象的分析，闡明正常的生命信息及其表達(dá)是生物體正 常生長、發(fā)育、繁殖等的保證。舉例說明生命因遺傳 而延續(xù)，因變異而多樣。②構(gòu)建、展示與評價“生物的 變異”概念圖，發(fā)展歸納能力和建模能力。 ③嘗試分 析基因突變及基因重組的成因，說明基因重組與雜交 育種的關(guān)系、基因突變與誘變育種的關(guān)系，發(fā)展“結(jié)構(gòu) 與功能觀”“進(jìn)化與適應(yīng)觀”等生命觀念。 ④合理解釋 細(xì)胞癌變、人類遺傳病等生命現(xiàn)象，養(yǎng)成健康的生活 習(xí)慣并且向他人宣傳關(guān)愛生命的觀念和知識。

二、引領(lǐng)合作交流，突破學(xué)習(xí)“極點” 高三復(fù)習(xí)階段，學(xué)生容易出現(xiàn)“每次考試發(fā)生的 問題相似、難以有所突破”等學(xué)習(xí)“極點”現(xiàn)象。為此， 應(yīng)根據(jù)維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)理論”及學(xué)生學(xué)情，通 過組織小組討論等合作交流活動，使得學(xué)生保持較高 的學(xué)習(xí)熱情，讓教學(xué)走在學(xué)生發(fā)展的前面，幫助學(xué)生 突破學(xué)習(xí)“極點”。

例如，在“生物的變異”專題復(fù)習(xí)課上，教師展示 了學(xué)生構(gòu)建的基因突變與基因重組概念圖（如圖2、圖 3）。基因突變概念圖總結(jié)了關(guān)于基因突變的定義、實 例、原因、特點及意義，但沒有抓住基因突變概念的內(nèi) 涵，即堿基對的替換、增添和缺失使得DNA分子中儲 存的遺傳信息發(fā)生改變，從而有可能導(dǎo)致其所決定的 氨基酸種類改變，進(jìn)而使得生物的性狀發(fā)生改變，也 沒有體現(xiàn)基因突變與相關(guān)概念間的聯(lián)系。因此，教師 組織學(xué)生小組討論，幫助學(xué)生認(rèn)識：堿基對缺失與染 色體結(jié)構(gòu)變異中“缺失”的區(qū)別、堿基對增添與染色體 結(jié)構(gòu)變異中“重復(fù)”的區(qū)別在于“基因突變”的觀察對 象為“堿基對的種類或數(shù)量”而染色體結(jié)構(gòu)變異的觀 察對象為“基因的數(shù)量或基因的排列順序”等。經(jīng)過 展示、交流，學(xué)生相互評價，促進(jìn)學(xué)生理解基因突變的 實質(zhì)、基因突變與染色體結(jié)構(gòu)變異的區(qū)別及基因突變 引起生物性狀發(fā)生改變的原因等學(xué)習(xí)難點，完善概念 認(rèn)知結(jié)構(gòu)，突破學(xué)習(xí)“極點”。接著指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分 析染色體結(jié)構(gòu)變異與基因突變示意圖（如圖4），及時 鞏固基因突變與染色體結(jié)構(gòu)變異等相關(guān)概念，使得學(xué) 生在識記概念的同時深入認(rèn)識概念的內(nèi)涵，培養(yǎng)學(xué)生 思維的靈活性和發(fā)散性，建立穩(wěn)固的概念認(rèn)知結(jié)構(gòu)。 此外，指導(dǎo)學(xué)生重點分析基因重組的相關(guān)概念 生物學(xué)教學(xué)，幫助學(xué)生認(rèn)識基因重組與生物進(jìn)化間的聯(lián)系，并 創(chuàng)設(shè)問題情境：基因重組如何為生物進(jìn)化提供材料？ 組織學(xué)生查閱教科書、開展小組討論，指導(dǎo)學(xué)生得出： 基因重組可增加生物有性生殖后代的性狀組合類型， 為生物進(jìn)化提供更加豐富的可選擇的材料。

• 實例：鐮刀型細(xì)胞貧血癥 概念

包含1自發(fā)突變 原因-

¹-誘發(fā)突變

• 特點：普遍性、隨機(jī)性、

不定向性、低頻性

圖2“基因突變”概念圖

概念

發(fā)生時期：有性生殖過程 特例：肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗 意義：生物變異來源之一

圖3“基因重組”概念圖

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圖 4 染色體結(jié)構(gòu)變異與基因突變示意圖 通過小組討論，師生之間、生生之間合作與交流， 實現(xiàn)對概念的深加工和精加工，不斷完善概念認(rèn)知結(jié) 構(gòu)。進(jìn)一步組織學(xué)生總結(jié)“生物的變異”概念圖（如圖 5）。相信通過合作學(xué)習(xí)形成的概念認(rèn)知結(jié)構(gòu)能深深 地“印”在學(xué)生的腦海中，同時發(fā)展了學(xué)生的建模能力 與科學(xué)思維能力。

三、導(dǎo)向概念應(yīng)用，充實網(wǎng)絡(luò)“節(jié)點”

高三復(fù)習(xí)階段，學(xué)生往往將大量時間花費于重復(fù) 的題型，卻不見成效，教師可指導(dǎo)學(xué)生建立“個人解題 檔案”，不僅把自己做錯的題整理成集，而且要將解題 錯誤的原因和重要解題思路整理成集，充實概念認(rèn)知 結(jié)構(gòu)網(wǎng)，“學(xué)透”概念，“用活”方法，這樣才能從“題海” 中成功上岸。

例如，解答2018年全國卷I第6題需要學(xué)生聯(lián)系 所學(xué)的“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗”的相關(guān)內(nèi)容和“基因 重組”的實質(zhì)才能判斷 D 選項是正確的，并能運用 “DNA是主要的遺傳物質(zhì)”一節(jié)學(xué)習(xí)建立的正確認(rèn)識 “有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物以DNA為遺傳物質(zhì)”來判斷突變 體M的RNA不是遺傳物質(zhì)，無法進(jìn)入突變體N細(xì)胞， 更不可能使突變體N發(fā)生轉(zhuǎn)化，從而判斷C選項說法 不合理。選項B考查學(xué)生對基因突變產(chǎn)生的原因和 特點的理解。選項A則考查基因?qū)ι矬w性狀控制 的途徑，基因通過控制酶的合成進(jìn)而控制代謝，間接 地控制生物的性狀等。該試題要求學(xué)生“吃透教科 書”，深刻理解“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”“基因重組的 實質(zhì)”“基因突變產(chǎn)生的原因和特點”“基因?qū)ι镄?狀的控制”等重要概念，并形成正確的概念認(rèn)知結(jié)構(gòu)， 解題時才能快速建立生物現(xiàn)象與概念之間、概念與概 念之間的聯(lián)系，找到解決問題的方法。

總之，在高中生物學(xué)概念復(fù)習(xí)教學(xué)時，應(yīng)以生命 觀念為出發(fā)點，引導(dǎo)學(xué)生建立正確的概念認(rèn)知結(jié)構(gòu)， 使知識、技能結(jié)構(gòu)化，深刻認(rèn)識概念“本質(zhì)”，形成概念 模型。^[3]通過合作探究學(xué)習(xí) ，促進(jìn)學(xué)生通過表達(dá)和交 流，完善概念認(rèn)知結(jié)構(gòu)。并通過相關(guān)高考試題練習(xí) ， 幫助學(xué)生運用所學(xué)的生物學(xué)知識解決實際問題，充實 概念認(rèn)知結(jié)構(gòu)中重要的“節(jié)點”，提高分析問題解決問 題能力，發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：陳欣）