利用概念學習進階培養學生的生物學核心素養
——以“細胞的多樣性和統一性”為例

■余慶華

2020年修訂的 《普通高中生物學課程標準》（以下簡稱新課標） 的基本理念之一是內容聚焦大概念，且在課程內容部分以大概念、重要概念、次位概念的層級關系呈現具體教學內容，突出了不同層級概念間的層次性和邏輯性，這是新課標變化的突出亮點之一[1]。自2022年秋季起，四川省從高一年級開始全面實施新課程新教材，教師該如何應對，尤其是如何有效實施概念教學的問題值得思考。學習進階是對學生學習核心概念時由簡到繁、逐漸深入的典型學習路徑的描述[2]。在概念學習過程中引入學習進階理論，將二者有機整合，可充分體現概念進階的學習過程，實現思維進階（低階思維→中階思維→高階思維）。

圖1 高中生物新課程教學概念體系思維路徑圖

學生需要通過概念的學習來發展生物學科的科學思維，進而發展核心素養，這就需要教師引導學生，以生物學概念為核心，將基本概念整合提升為次要概念、重要概念、大概念，進而形成概念體系，從而使學科知識系統化、結構化、有序化，加深學生對概念的理解，避免學生因單純記憶生物學事實或概念名詞而造成的知識碎片化[3]。

一、構建概念教學框架和發展層級的學習成就水平

“細胞的多樣性和統一性”是人教版2019年普通高中教科書生物學必修一分子與細胞第1 章第2 節的內容，包括觀察細胞、原核細胞和真核細胞兩個部分，其要達到的學業要求是觀察多種多樣的細胞，說明這些細胞具有多種形態和功能，但同時又都具有相似的基本結構[1]。學生在八年級時已經完成初中學業水平考試，經過一年多時間，基本已經遺忘，而且在高中階段剛開始，缺乏ATP、DNA、細胞增殖的方式、孟德爾遺傳規律等知識的儲備，很難理解細胞多樣性和統一性的內涵。因此，為了幫助學生更好地理解生物學概念，依據學習進階理論，將初中知識與高一新課的教學整合為一體，共同完成概念學習進階。

（一）概念教學框架

在生物學概念教學過程中，教師需要關注學生對教材中事實的記憶和結論性知識的掌握，更要重視對過程性知識的掌握、概念的理解、概念目標的達成和概念的深度構建等，最終達成培養學生科學思維的目的。本節以概念為主線，從形成次位概念到形成重要概念，最終聚焦大概念，幫助學生構建、理解和應用生物學概念。

圖2 “細胞的多樣性和統一性”概念體系及概念進階圖

（二）不同發展層級的學習成就水平

根據新課標中的學業評價要求，既關注學業成就，又重視個體進步和多方面發展，通過學業質量水平、學科核心素養水平的劃分，將“細胞的多樣性和統一性”的不同發展層級的學習成就水平進行整理歸納（如表1）。

表1 “細胞的多樣性和統一性”發展層級的學習成就水平

二、基于概念學習進階的高中生物教學

（一）調動前概念，構建基本概念

根據教學經驗，本節內容雖然安排在進入高中生物學習的第1 章第2 節，但教師們深知這一學期的課時緊，教學內容多，且本節不屬于各類考試中的高頻考點，所以在實際的教學過程中，教師為了完成教學任務，往往會把本節教學內容中的實驗部分延后到第3 章第2 節中的實驗部分一起用一節課來完成。那么在進行本節課的教學時，更多的是讓學生去關注高倍顯微鏡的使用方法和注意事項，而不是實際的動手操作?；窘坛淌峭ㄟ^舉例讓學生形成真核細胞和原核細胞的概念區別，但是學生由于缺少對大量生物材料的顯微鏡觀察，頭腦中不能呈現相關生物的信息，從而不能將相關生物進行準確分類，他們只能死記硬背，可又總是記不住，所以得分率往往偏低，根本原因是沒有形成真核細胞和原核細胞的概念區別。

在實踐研究中，為了確保學生有相對充裕的時間，直觀感受細胞的多樣性，專門用一節課來做“使用高倍顯微鏡觀察幾種細胞”的實驗，最先提供初中階段就熟悉的洋蔥鱗片葉，讓學生快速熟悉臨時裝片的制作流程（每年初中生物學業水平考試都要考查顯微鏡和裝片等基本實驗操作），要求觀察排列緊密的紫色細胞。之后提供學生常見的菠菜、黑藻、水綿、雞的血液、酵母菌等生物材料，繼續自制臨時裝片進行觀察，然后提供人體的上皮細胞、結締組織、肌肉細胞、血涂片、植物葉片結構等的永久裝片繼續進行觀察。最后采用不完全歸納法得出所觀察到的細胞在結構上的異同，并分析得出產生這些異同的可能原因。

（二）問題探討，整合成次位概念

首先，給出哺乳動物成熟的紅細胞、精細胞、卵細胞、神經細胞和癌細胞，讓學生說出各自的結構以及對應的功能。哺乳動物成熟的紅細胞無細胞壁、細胞核和眾多的細胞器，是為了給攜帶氧的血紅蛋白提供空間。精細胞體積小，尾部含線粒體是為了運動。卵細胞體積大是為儲存早期胚胎發育所需要的營養物質。神經細胞的細胞膜外凸形成眾多的突起，是為了增大神經細胞的膜面積，提高神經系統興奮性的傳導效率。癌細胞的細胞膜糖蛋白減少有利于分散和轉移。繼續提供如下資料：

資料一：細胞核控制著生物的發育和遺傳。

資料二：蛋白質是建造和修復生物體的重要原料。

分析闡述這兩則資料的深層含義，不難得出真核細胞之間具有多樣性和統一性的特性，統一性體現為具有相似的細胞結構和化學組成，多樣性表現在生物進化的過程中，由于細胞與環境相互作用，通過自然選擇等原因造成，多細胞生物個體在發育過程中由細胞分化產生。

其次，提供在電鏡下觀察到的大腸桿菌照片、幾種藍細菌和支原體等原核細胞的圖片，說出各自的形態、結構和生活方式。不難得出原核細胞之間不僅具有差異，如大腸桿菌的結構有鞭毛、呈桿狀，藍細菌生活方式為自生，支原體生活方式為寄生，但也具有相似的細胞結構和化學組成，如三者都有細胞膜、核糖體、擬核等結構，進而得出原核細胞之間具有多樣性和統一性的次位概念[1]。

最后讓學生回憶實驗課上觀察到的細胞與這里提供的細胞之間的異同點，由學生自己歸納總結出本節課的第一個次位概念。緊接著列表比較原核細胞與真核細胞的異同，也由學生自己歸納總結出本節課的第二個次位概念。

（三）逐步深入，提升為重要概念

本節的重要概念是各類細胞擁有相似的基本結構，但在形態與功能上有差別[1]。需要學生從結構、功能、遺傳物質、增值方式等四個方面總結出統一性。涉及相關概念的關鍵詞包括原核細胞、真核細胞、多樣性和統一性。所以，教師要引導學生圍繞這四個關鍵詞，依據原核細胞與真核細胞在結構上的異同點，建立零散知識間的聯系，構建概念框架圖（如圖3）。

圖3 “細胞的多樣性和統一性”概念框架圖

（四）歸納概括，聚焦到大概念

不同細胞之間形態各種各異，即細胞之間具有多樣性，是進化過程的自然選擇。不同細胞的基本結構是相同的，即細胞之間具有統一性，是因為所有細胞都來自共同的細胞。通過這樣兩個問題使學生認同生物界的多樣性和統一性，聚焦到“細胞是生物體結構和生命活動的基本單位” 這一大概念，進而發展學生核心素養之科學思維。

（五）內化應用，發展科學思維

語言是思維的工具，通過培養學生的語言表達，有利于發展學生的思維，特別是提高邏輯思維能力。這一環節要求學生能夠圍繞某一個現實生活中遇到的問題，利用已有的前概念或者通過各種學習方式收集的證據，發表自己的觀點和意見。當其他學生或教師有疑問時，應引導發表意見的學生整合相應的實證，對自己的觀點進行反駁或支持。最終同學之間在學習生物學知識的同時，實現了思維的分享和碰撞，激發了深層次的思考，逐步形成科學的思維方式。所以課堂的最后，通過討論三個問題完成科學思維的發展。

問題一：水華和赤潮產生的原因和危害？

問題二：如何治理和防治水華？

問題三：發菜的遭遇帶給我們什么啟示？

該過程教師要鼓勵學生勇于提出不同的意見，培養學生的質疑精神進而發展批判性思維。完成這三個問題后，可以讓學生發現學習的最終目標是為了解決實際生產生活中遇到的各種問題，面對生活中與生物學相關的問題并作出決策時，能利用多個相關的生物學大概念或原理，通過邏輯推理闡明個人立場[1]。

三、小結

綜上所述，圍繞生物學概念，利用概念學習進階來開展生物教學，能顯著提高生物教學效率。高中生物教學依據新課標需要做出相應的調整，成功與否關鍵在于要明確新課程中的概念體系，厘清大概念、重要概念、次位概念、基本概念、生物學事實和證據及其之間的關系，特別是要具體列出基本概念，聯系學生的前概念，尊重生物學事實，科學獲得證據，加強重要概念教學。新課標中并未具體列出基本概念，教師需結合教學內容，分析次位概念，解構提煉出支撐次位概念的基本概念。比如，從“描述原核細胞和真核細胞的最大區別是原核細胞沒有由核膜包被的細胞核”這一次位概念，解構出“原核細胞”和“真核細胞”。教學時，授課教師不僅要注意概念名稱、概念內涵、概念外延，還要精選各類型各層級要求的例題，配合概念教學，以幫助學生深入全面理解概念的內涵和外延，進而能靈活綜合運用概念解決實際問題。本研究依據學習進階理論，以概念為主線，根據新課標對本節內容的學業要求，設計本節內容的概念進階路徑，完成適于學生學習的教學設計。在教學過程中，學生通過觀察實驗、分析歸納、自主構建概念圖等活動，深度構建概念，最終聚焦大概念，幫助學生構建、理解和應用生物學概念，進而達到培養學生生物學科核心素養的目的。