基于前概念调查的初中生物学概念转变教学策略——以“生物的遗传和变异”为例

安代红

(北京市大峪中学分校 102308)

前概念是指学生在接受正规的科学教育之前所形成的概念，这些概念中有些是正确的，但有些是错误的。概念转变理论认为，要转变学生头脑中的错误概念需要满足四个条件：对当前概念产生不满、新概念的可理解性、新概念的合理性、新概念的有效性[1]。依据这一原理，教师在概念教学中需要首先了解学生头脑中的前概念，发现其错误概念。然后设计学习活动使学生产生认知冲突，主动参与学习过程以理解概念的真正含义；使学生确信新概念是合理的、可信的，并能够将新概念整合到原有的概念体系中；使学生能深刻地体会到新概念对自己是有价值的，能够应用新概念解决真实的问题。本文以初中“生物的遗传和变异”的教学内容为例，阐述教学中如何了解学生的前概念，帮助学生转变错误概念。

1 前概念调查及分析

“生物的遗传和变异”属于课程标准中“生物的生殖、发育与遗传”主题，是北京版八年级生物学教材的内容，安排在“生物的生殖和发育”之后。依次包括“生物的性状表现”“生物的性状遗传”“人类的遗传”“生物的变异”四节内容。要求传递的重要概念有：“DNA是主要遗传物质，基因是包含遗传信息的DNA片段，它们位于细胞的染色体上”“遗传性状是由基因控制的，基因携带的遗传信息是可以改变的”[2]。这些知识对于学生认识自我、认同优生优育具有重要作用，有助于学生认识生物科学技术在生活、生产和社会发展中的作用[2]。是高中阶段学习“现代生物技术”和学习遗传学的基础，与学生今后的生活息息相关，通过学习有利于学生建立科学的世界观，了解生命现象背后的物质基础和生命活动的过程。

为了了解学生头脑中的前概念，在教学之前编制调查问卷，提出一些观点让学生判断。这些观点是：①人口腔上皮细胞与骨骼肌细胞的形态和功能不同，所以这两种细胞中的遗传物质是不同的；②人的体细胞中的遗传物质一半来自父亲，一半来自母亲；③一个人的基因在出生以后是不会改变的；④母亲的遗传物质通过血液传递给胎儿；⑤用种子繁殖出的新植物体与上一代的基因是相同的；⑥生男孩还是生女孩由母亲的卵细胞决定；⑦DNA就是基因。

调查了5个班级的学生共158人，发现72.2%的学生认同观点①；27.8%的学生不同意观点②；50.6%的学生认同观点③；52.5%的学生认同观点④；49.7%的学生认同观点⑤；37.3%的学生认同观点⑥；79.1%的学生认同观点⑦。可见学生头脑中已经具有一些错误的概念。

通过访谈初步发现错误概念形成的原因：一些学生认为自己长得像父亲(或母亲)多一些，则从父亲(或母亲)那里获得遗传物质就多一些；一些学生受人类生殖知识的影响认为母亲的遗传物质是通过胎盘中的血液传递给胎儿的；一些学生将结构与功能相适应的观点错误迁移，认为形态、结构、功能不同的体细胞中的遗传物质当然不同；一些学生由于对大众媒体信息的不准确把握认为DNA就是基因。

2 设计模拟活动，转变错误概念

2.1 模拟豌豆一对相对性状的遗传 本活动目的在于使学生初步构建概念“基因通过生殖细胞在亲代与子代之间传递”。在了解了孟德尔豌豆杂交实验的方法、结果以及他的假说之后，教师组织学生讨论“如何模拟豌豆一对相对性状的遗传”。教师首先用问题引导学生进行理性思考：①纯种高茎豌豆(母本)的基因是DD，纯种矮茎豌豆(父本)的基因是dd，它们产生的生殖细胞中的基因分别是什么？②子一代体细胞中决定豌豆高矮的基因是什么？③子一代自交，它们产生的精子和卵细胞分别有几种，其中的基因是什么？④子二代体细胞中的基因是怎样的，分别表现出怎样的性状？然后学生进行模拟活动。

材料用具：写有DD和dd的纸板各1个，写有Dd的纸板2个，写有D的纸板2个，写有d的纸板2个，父本和母本的基因分别用黑色和红色加以区别。

方法步骤：①模拟纯种亲本：2位学生分别举1个“DD”纸板和“dd”纸板；②模拟亲本的生殖细胞以及形成子一代的过程：2位学生分别举不同颜色的“D”纸板和“d”纸板，“d”学生走向“D”学生，他们将手中的纸板拼接在一起形成子一代的基因型Dd，说出表现型；③模拟子一代的父本和母本：2位学生各举1个“Dd”纸板；④模拟子一代自交形成子二代的过程：2位学生分别高举“D”纸板和“d”纸板模拟精子，同时另2位学生模拟两种卵细胞，扮演精子的2位学生走到每一位扮演卵细胞的学生处，将各自手中的纸板拼接在一起组成子二代的基因型，说出性状表现。

6人或4人一组(尽量男女搭配)，扮演父本、母本及其生殖细胞的学生分别站在讲台的两侧，高举不同的纸板，“走”出了基因通过生殖细胞在亲子代之间的传递过程。

活动之后教师提出问题：子二代为什么又出现了矮茎豌豆？由学生给出正确解释“父本和母本分别提供一个d基因，所以出现隐性性状”。

2.2 模拟生殖细胞形成过程中染色体的行为 在了解萨顿的发现，观察了人、果蝇、洋葱、马蛔虫、玉米的染色体显微图片，以及这些生物体细胞和生殖细胞中染色体的数目之后，教师组织学生进行模拟活动。目的是为理解“在进行有性生殖的生物体中，通常是一半基因来自于父亲；一半基因来自于母亲”“染色体携带着基因从上一代传递到下一代”2个概念打基础。

材料用具：印有雌、雄果蝇体细胞染色体(不同颜色以区分性别)模式图的纸1张，蝌蚪形状的白纸(代表精子)和圆形的白纸(代表卵细胞)各2张，剪刀1把。

方法步骤(学生通过讨论确定)：①逐一将雌果蝇(或雄果蝇)的每对染色体剪开，并标上相同的数字；②将标有相同数字的染色体分别摆放在2张圆形(或蝌蚪形)的白纸上，表示形成了2个卵细胞(或者精子)。然后教师提出问题：果蝇受精卵中染色体组成是怎样的呢？学生将精子和卵子中标有相同数字的染色体进行配对。

在活动结束后，教师提问：①在形成生殖细胞时，每对染色体分开分别进入不同的精子或者卵细胞中，染色体的这种行为对生物延续种族有什么意义？②受精卵进行分裂形成新细胞之前，染色体的数目会发生什么变化？为什么会发生这种变化？从而使学生理解染色体的行为保证了物种的稳定性，对繁衍种族起着重要作用。同时，使学生认同“生物不同的体细胞中染色体数目是相同的”。因为它们来自同一受精卵。

2.3 模拟人类性别决定的过程 在学生了解人体细胞中染色体的组成、推理出精子和卵细胞中染色体组成之后，教师组织学生模拟性别决定的过程。通过模拟活动让学生理解概念：人的性别是由性染色体决定，生男、生女是由父亲提供的性染色体决定的，在自然情况下生男生女概率是均等的。

材料用具：每组2只纸盒，贴上标签：“父亲”“母亲”。标的父亲的纸盒中放入X、Y染色体图像卡片各1张，标的母亲的纸盒中放入2张X染色体图像卡片。

方法步骤：①2人一组(各代表父亲和母亲)，在各自的纸盒中分别抽取一个染色体；②将抽取的染色体配对，确定宝宝的性别，并记录；③重复5次，你有什么发现？④统计全班模拟实验中男、女宝宝的数量[3]。

3 补充典型概念实例，转变错误概念

教师为了构建概念“基因是含有遗传信息的DNA片段”，转变错误概念“DNA就是基因”，首先展示正常人与镰刀形贫血症患者的红细胞图片激发学生的好奇心，接着出示两种人某一条染色体上的一段DNA中碱基排列顺序模式图，指导学生发现碱基排列顺序的不同，从而使学生理解：这个特定的碱基排列顺序就代表着一个遗传信息，它决定着人体红细胞的形状(即性状)。所以基因是具有遗传效应的DNA片段，其上储存着遗传信息。教师再提问：基因和性状是什么关系？你能描述染色体、DNA、基因的关系吗？以考察学生对概念的理解。在学生理解了基因的概念以后，提问：染色体上的基因是如何传递给后代的？有“模拟生殖细胞形成过程中染色体的行为”活动做基础，学生很容易说出染色体携带着基因，通过生殖细胞从亲代传递给了子代。

为了纠正“一个人的基因在出生以后是不会改变的”错误概念，教师在“生物的变异”一节中补充了人的体细胞癌变原因及癌症预防的资料，使学生理解在生物发育的任何时期都可能发生遗传物质的改变。在受精卵形成前或者形成过程中遗传物质的改变导致遗传病，而出生以后在身体不同部位的体细胞遗传物质发生改变引起的疾病(如癌症)则不可遗传。

4 概念转变效果

教师设计多个模拟活动，补充典型概念实例，设计问题串指导学生活动，将概念形象化、可视化，可提高学生科学概念的可理解性、合理性和有效性，转变错误概念。随着教学进程，在概念转变教学策略实施之后，将前概念调查中的观点让学生重新进行判断，与前概念调查结果进行比较。

在“模拟豌豆一对相对性状的遗传”活动及分析之后，重新判断观点“用种子繁殖出的新植物体与上一代的基因是相同的”，正确率由51.3%上升到94.7%。学生会用孟德尔杂交实验举出反例，在学习基因的概念之后能够做出正确的解释：进行有性生殖的生物遗传物质分别来自父本和母本，所以后代的遗传物质与上一代不同。

有“模拟生殖细胞形成过程中染色体的行为”做基础，学生在学习基因的概念之后，重新判断观点“人口腔上皮细胞与骨骼肌细胞的形态和功能不同，所以这两种细胞中的遗传物质是不同的”，正确率由27.8%上升到96%；判断观点“人的体细胞中的遗传物质一半来自父亲；一半来自母亲”，正确率由72.2%上升到100%；判断观点“DNA就是基因”，正确率由20.9%上升到91.5%；判断观点“母亲的遗传物质是通过血液传递给胎儿的”，正确率由47.5%提高到96%。出现错误的学生主要原因是审题马虎。

在“模拟人类的性别决定”之后，学生重新判断观点“生男孩还是生女孩是由母亲的卵细胞决定的”，正确率从62.7%提高到100%。

在阅读分析癌症资料之后，学生重新判断观点“一个人的基因在出生以后是不会改变的”，正确率由49.4%提高到100%。