例谈APOS理论视角下的生物学核心概念的建构

陶忠华

(浙江省富阳中学 杭州 311400)

生物学概念是生物科学理论的核心内容，是理解生物学知识、掌握生物学技能、发展生物学思维的基石，是提高生物科学核心素养的载体。在“有丝分裂”的概念教学中，教师通常让学生搭建模型(如用“扭扭棒”演示染色体变化)或观看视频展示有丝分裂过程。前者没有根据学生已有的知识经验，模拟的是脱离真实的虚假情境，最终是学生按教材中的细胞分裂图“积极主动”地模拟；而后者则是让学生通过观看记住有丝分裂的过程。两者看上去形式不同，但都缺少了思维活动——忽视概念从现象中抽象概括的过程。这会导致学生缺乏对概念本质的认知，缺乏在概念形成过程中对其中蕴含的科学思想方法的体悟，造成学生对概念的机械记忆。究其原因，主要是因为教师对学生如何建构概念的心理机制不清楚。

1 APOS理论视角下的核心概念——“有丝分裂”的建构层次分析

APOS理论由杜宾斯基提出。他认为：学生在概念学习过程中，只有结合自身的已有知识经验进行主动的有意义建构，才能理解所学概念，并将其纳入已有的认知图式。而概念建构的心理过程一般要经历四个阶段或层次，分别为活动(action)阶段、过程(process)阶段、对象(object)阶段和图式(scheme)阶段，取四个阶段的英文单词首字母，记为APOS理论。

1.1 活动(action)阶段——概念的初步建构 生物学概念是基于实践实验抽象而成的结果。因此，生物学概念教学应该是学生有意义活动的教学。学生借助于蕴含着生物学概念本质属性的具体活动或操作规则来认识概念，并通过假设推理进一步理解概念。例如，在“有丝分裂”的教学中，教师给学生设计活动：“观察细胞的有丝分裂”，学生观察洋葱根尖细胞有丝分裂永久装片或马蛔虫受精卵有丝分裂永久装片，发现生物体中存在着与其他体细胞不同的一些细胞。教师要求学生画出各种不同的细胞形态与结构，并描述这些细胞的特点，使学生对“有丝分裂”的概念有初步的认识。

1.2 过程(process)阶段——概念的提炼与形成 学生通过观察、分析、比较和抽象，归纳出活动阶段中概念所具有的本质属性(即概念内涵)，同时调整原有的认知结构，将新的概念纳入已有的认知结构，以综合形成概念。例如，对于这一阶段的“有丝分裂”的概念教学，教师可以让学生分析所观察到的细胞图并画出其图像，尝试按有丝分裂的顺序排列各个细胞，并说明这样排列的理由，这种自我解释的策略有助于学生对“有丝分裂”概念的内化。

1.3 对象(object)阶段——概念的符号性表征 杜宾斯基认为：这一阶段经历了三方面的内部心理机制。一是过程的内化，即过程的操作逐渐脱离具体的实际问题情境；二是过程的压缩，将过程的操作简约化、抽象化；三是对象的实体化，使概念达到结构化、整体化，完全摆脱过程的束缚和限制，由需要通过前后顺序操作而在实质意义上显得空泛的一组过程脱胎成易于把握本质的实体对象。这一阶段，学生能对有丝分裂过程抽提、简约，突出有丝分裂的本质特征，对其进行符号性表征(图1)。这时，有丝分裂概念已经转化为一个实体对象，可应用于解释相关的一些生命现象。

1.4 图式(scheme)阶段——概念网络体系的建构 作为对象的概念，能够与学生头脑中的已有认知构建联系，形成更为复杂的概念网络体系。此时，概念作为

图1 “有丝分裂”的符号性表征

一个对象，以节点的形式存在于学生的认知体系中。对“有丝分裂”的概念教学，这一阶段教师可引导学生思考如下问题：①有丝分裂在多细胞生物的个体发育中起什么作用？②与有丝分裂有关的细胞器有哪些？这些细胞器在有丝分裂过程中起什么作用？③科学家在研究细胞周期时用什么科学方法？这也可以用于研究哪些生命现象？它们有什么共同之处？④如何分析有丝分裂过程中的染色体含量、DNA含量的变化？这一分析思路与方法也同样适合于分析哪些生命现象？等等。

2 APOS理论视角下的“有丝分裂”概念教学目标的确立

根据杜宾斯基对概念理解的四个阶段(层次)的说明，在概念教学时可以设计相应的学习目标(表1)，此表能使教师明确学生在概念理解过程中的起点与指向，也能使学生明确自己的概念理解程度，有利于使概念教学更具实效。

表1 对“有丝分裂”概念理解的层次表

3 APOS理论对生物学核心概念建构的教学启示

3.1 充分结合学生已有的认知结构和认知规律 操作阶段是学生建构概念的起点，在引入概念的情境设计中，必须充分考虑学生的认知结构、认知特点和规律，创设的概念情境尽可能真实，贴近学生的生活实际，为学生的概念建构提供固着点。例如，对“有丝分裂”概念的情境创设，可以从观察有丝分裂的永久装片开始进行概念建构，遵循科学发现的过程，让学生亲历概念的形成。

3.2 注重对情境材料的归纳和提炼 情境材料制约着学生对概念的理解和同化。情境材料越丰富和完善，越有利于学生对概念的提炼与归纳，有助于学生通过现象来探究概念的本质特征。在概念的提炼与归纳过程中，要引导学生通过自我解释来论证自己的假设与解释，使学生由感性认识上升至理性认识。例如，在有丝分裂的教学过程中，让学生分别观察洋葱根尖细胞的有丝分裂和马蛔虫受精卵的永久装片，而不是临时装片是因为永久装片中有丝分裂过程的各个细胞都能找到。学生通过对两个装片的分析比较，能发现虽然动、植物细胞的形态结构不同，但其中的本质特征——染色体的行为是相同的。在进行有丝分裂过程的细胞图的顺序排列时，引导学生从结构与功能相统一的角度，推理下一阶段将发生的染色体行为。最后，可以通过有丝分裂过程的视频，来验证自己的排列顺序是否正确，同时反思自己的推理解释过程。

3.3 重视学生概念体系的建构和认知图式的发展

教师在教学过程中，要努力引导学生多层面、多角度地联系相关的生物学知识来整合所学概念并将其内化，纳入学生已有的认知图式，促进概念体系的建构、重组与发展。在建立以有丝分裂概念为核心的概念体系时，教师可以引导学生从知识点的角度来建立概念体系，如与有丝分裂相关的细胞器(线粒体、高尔基体、中心体、核糖体、高尔基体、细胞核等)、与有丝分裂相关的生命过程(蛋白质合成、DNA复制、生物膜的流动性等)，也可以引导学生从科学研究方法的角度，如研究有丝分裂过程时采用的同位素示踪法，在研究分泌蛋白的合成与分泌、动物激素的合成与分泌、噬菌体侵染细胞的实验、DNA的半保留复制等生命过程中同样使用，从而能归纳出同位素示踪法的应用情境；甚至可以归纳分析DNA含量、染色体含量变化的方法——黑箱法(或来源去路法)来联系其他的生物学过程。另外，教师也可以引导学生从生物学观念的层面来建构有丝分裂的概念体系，如前面所述的结构与功能相统一的角度来说明各种细胞器如何协调配合来完成有丝分裂的过程等。对于学生概念体系或认知图式的外显形式也可以多样化，如概念图、思维导图、表格等。