基于概念转变理论的高中生物教学实践研究优秀获奖科研论文

基于概念转变理论的高中生物教学实践研究优秀获奖科研论文

生物学科概念繁多、分布散乱，学生在日常生活中会产生许多前概念[1]（misconcept），也称前科学概念。这些概念可能会阻碍学生科学概念的形成，但是也可以作为教学资源发挥重要作用。如使教学过程更有针对性，加速学生科学概念的形成，促进科学概念的正确识记与提取，减轻学生学习负担，并使概念“生命化”等。在此，将以高中生物必修二第七章现代生物进化理论中“隔离与物种形成”部分的新授课为例进行讨论。

一、利用智慧课堂系统实施前概念调查

智慧学习（SmartLearning）是主动灵活地运用适当的信息技术，促进学习者建构意义、合作共赢和创新实践，不断改善优化和适应环境的学习方式[2]。例如，在开始“隔离与物种形成”的新授课之前，为了快速了解学生的前科学概念，教师设计了一些相关问题，并通过智慧学习系统进行了调查。问题举例如下。

（1）你认为下列生物哪些属于同一个种群（

）

A.雄奶牛和雌奶牛

B.一个牧场里的鸡和鸭

C.一条河里的鱼

D.流感病毒和HIV病毒

……

（2）你认为下列生物属于同一物种的是（

）

A.蒙古马和阿拉伯马

B.马和驴

C.水稻和小麦

D.老狮子和小狮子

……

（3）你认为下列生物哪些是同一品种（

）

A.高产奶牛和低产奶牛

B.雄奶牛和雌奶牛

C.黄牛和牦牛

D.高产奶牛和高产奶羊

……

（4）举出种群、物种、品种各一个例子。

为了便于统计分析，教师在设计调查问卷时，要把学生各种可能答案所对应的前科学概念进行归纳，并预设解决方案。学生可在课堂上通过智慧学习系统完成并提交调查，教师则可通过系统迅速得到统计结果，快速判断学生前科学概念的掌握情况，在此基础上实施有针对性的教学。

二、转变前概念的教学

1.概念觉察阶段

在前科学概念的调查中，学生认识到概念的存在并可初步了解自己对概念的认识水平。这一过程称为概念觉察，这是转变概念的前提。教师可采取多种方式引起学生的概念觉察，如提前录制微课、搜集相关短视频、利用导学案等。

2.概念冲突阶段

教师通过前科学概念调查的结果，针对学生不同的前概念特点进行有针对性的设计，使学生产生认知冲突，即提供与学生前科学概念不相符的事实、现象或推论，为学生转变前科学概念创造条件。

3.概念建构阶段

（1）概念建构的路径

根据学生的概念掌握情况，泰森（Tyson）按已有认知结构的改变方式将概念转变分为丰富（enrichment）和重建（restructuring）两种[3]。由此，教师设计了两条途径以促进学生概念的建构。如果学生的前科学概念缺乏内涵或外延，那么可采取概念的丰富路径，即在学生已有概念的基础上，进行多情境的概念体悟;如果学生的前科学概念是模糊、空白甚至是错误的，那么可采取概念的重建路径。

如“隔离与物种形成”一课中，“物种”就是一个学生日常生活中接触过但没有系统学习过的概念，通常学生对这一概念的认识水平多停留在模糊、空白或错误状态，因此可采取重建路径。而“种群”和“品种”是学生已经学习过的概念，可采取丰富路径，从物种的角度，重新丰富“种群”和“品种”的内涵。

（2）概念重建的路径

一是明确概念内涵。强调对概念基本内容的记忆。如“物种”指的是能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物，简称“种”。二是举出概念正例。如所有的人类（学生举例）。三是举出概念反例。如马和驴，一个池塘中所有的鱼（学生举例）。四是概念应用。为了便于课程安排，这部分内容可放在“物种”“种群”“品种”三个概念全部建构完成之后。五是概念生态建构。概念生态主要是概念的上位、下位概念和平行概念，“物种”这部分的内容与“种群”和“品种”概念的丰富相伴，将在概念的丰富路径中进一步介绍。

（3）概念丰富的路径

一是概念回顾。学生回顾曾经学习过的种群和品种的概念，教师进行补充或修正。二是概念生态要素分析。先单独分析，后整体分析，直至把相关的概念生态厘清。以杂交育种为例，可通过两两分析物种、种群和品种之间的联系和区别，完成物种、种群和品种归纳总结表（见表1）。三是概念应用。由学生举例并说明理由。教师请学生结合以下情境思考问题。

【情境1】金刚狼等“變种人”和其他人类是同一物种吗？他们是新的人类______，原因是______。

【情境2】多倍体个体与它们的祖先是同一物种吗？（一般不是。多倍体群体与它们祖先种多是生殖隔离的，因此是一个新种。在多倍体中，物种形成第一阶段所需要的对基因流的抑制不是由地理隔离引起而是由细胞学上的障碍所造成。杂种不育形成的生殖隔离由于染色体不平衡很快便可产生。）

三、引导学生建构概念体系

高中生物学科知识的学习，实质上是引导学生习得一个完整而系统的核心概念体系[4]的过程。

（1）思考概念体系元素之间的关系

可采取联系训练（下定义法）确定概念体系各元素之间的关系。例如，对于物种和种群的关系，用种群给物种下定义：一个物种包括多个种群;对于物种和品种的关系，用物种给品种下定义：不同品种是同一物种;而种群和品种的关系，一般一个种群中是同一品种，也可能一个种群中有多个品种。

（2）建构种群、品种、物种三者的概念图

呈现学生概念建构的成果，并由学生进行说明。由所有学生和教师共同修正，最终形成三个概念的关系图（见图1）。

四、学生自主建构概念体系

以某一内容为主体，让学生自主构建概念间的关系。如“隔离在物种形成中的作用”，学生可以通过阅读教材文字，自主构建概念总结图，为形成概念体系进行尝试和练习（见图2）。可介绍隔离概念和隔离的分类，并举例说明。如隔离指不同种群间的个体在自然条件下基因不能自由交流的现象。包括生殖隔离（指不同物种之间即使交配成功，也不能产生可育后代）和地理隔离（同一种生物由于地理上的障碍而分成不同的种群，种群间不能发生基因交流）。教师请学生结合情境思考以下问题。

【情境3】通过上面的推理，可以发现，地理隔离导致生殖隔离，那么所有的生殖隔离都必须有地理隔离吗？（地