高中学生生物学概念表征的调查研究*

谭秀萍 张素燕 胡 薇

（福建师范大学生命科学学院 福建福州 350117）

从心理表征的角度看，对“生物学概念的理解”，就是对生物学概念形成了恰当的心理表征，依据表征的心理和客观界面，可以将其划分为内部表征和外部表征［1］；对概念的心理表征即为内部表征（表征水平），概念的外部呈现方式，包括客观物体、媒体媒介、符号、图表、模型等外部表达和环境结构，则为外部表征（表征形式）［2］。通过分析学习者对概念的外部表征，可以推断其内部表征的过程和结果。目前化学、数学等学科对概念表征的研究集中于表征水平、表征形式、表征层次性、表征特征及其对概念学习的影响与效果［3-6］，而生物学科对概念表征的研究鲜有涉及。现以概念“有氧呼吸”和“分泌蛋白的合成与运输是细胞的系统功能”为研究内容，探查高中学生的概念表征现状，发现概念理解存在的问题。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象 尽可能排除教学水平的影响，以福建省某一级达标中学高二年级6 个教学平行班的学生为研究对象，共发放概念表征调查问卷313 份（“有氧呼吸”151 份，下称问卷1；“分泌蛋白合成与运输是细胞的系统功能”162 份，下称问卷2），回收有效问卷293 份（问卷1 共141 份；问卷2 共152 份），有效率为93.61%。

1.2 研究方法 问卷调查法：编制“有氧呼吸概念表征问卷调查”和“分泌蛋白的合成与运输是细胞的系统功能概念表征问卷调查”，并以其为调查工具，调查学生的生物学概念表征现状。

2 研究工具

2.1 概念表征层次及其评价指标 本文参考Craig W. Bowen 和李广洲等［7］的表征研究成果，结合生物学概念的特点，将生物学概念表征划分为4 个层次：文字表征、具体表征、抽象表征和形象表征，各表征层次的评价指标见表1。

表1 概念表征层次的评价指标

2.2 概念表征问卷细目表及其编制 从概念表征过程来看，生物学概念信息，常以文字、图形和符号等形式，首先通过视觉感官进入人脑，而是否正确理解概念，不仅需要提取概念中的关键词，而且还需对关键词的含义进行解释，编码进入工作记忆中，进而运用已有的认知结构抽象出内涵，最后利用文字、 语言和符号等形式将内部表征加以概括并外显化。

本研究以表征理论为基础，以人教版高中生物学《分子与细胞》模块教材的相关内容为素材，编制了“有氧呼吸概念表征问卷调查”和“分泌蛋白的合成与运输是细胞的系统功能概念表征问卷调查”，在征求学科专家意见的基础上，进行了问卷试验，其效度和信度经检验，达到要求。问卷设计细目见表2。

表2 概念表征调查问卷细目表

3 结果与分析

根据上述概念表征层次及其评价指标，对各班级学生的答题情况评分，所得结果使用Excel软件整理并通过SPSS21.0 软件进行数据分析，学生生物学概念内部表征结果另文分析说明，本文主要分析概念表征形式。

3.1 概念表征形式 调查结果显示：学生存在4类6 种概念表征形式，分别是文字语言、 文字符号、图表（表格、二维坐标、图形）、概念模型。频次统计结果见表3。

表3 对概念表征形式频次的分析统计结果

表3结果显示：学生的生物学概念表征形式比较单一，近一半的学生使用文字语言形式表征，有34.04%的学生使用文字符号形式表征概念“有氧呼吸”，用图形形式表征概念“分泌蛋白合成与运输是细胞的系统功能”达到38.81%，而使用概念模型进行表征的学生极少；问卷分析发现，学生对“分泌蛋白合成与运输是细胞的系统功能”这个概念的理解水平要好于“有氧呼吸”概念。

调查发现，概念的类型、结构和概念的呈现方式影响学生对概念的理解。相形之下，“有氧呼吸”概念更为抽象，不易理解；此外，教材采用图文并茂的方式呈现“分泌蛋白的合成与运输是细胞的系统功能”，较为直观、形象，有助于学生理解。

3.2 概念表征形式与表征水平的相关性 使用SPSS21.0 软件对第2～4 题的总分与第5 题的分数进行相关分析，即概念表征水平和表征形式的相关性分析，结果见表4。

表4 概念表征形式与表征水平相关性检验结果

表4结果显示：“有氧呼吸”概念的表征形式与表征水平sig.=0.001 ＜0.01, 且相关系数值为0.278，“分泌蛋白的合成与运输是细胞的系统功能”概念的表征形式与表征水平sig.=0.000＜0.01,且相关系数值为0.449，均呈极显著相关，由此可见，概念的表征形式与表征水平具有高度相关性。

概念的内部表征主要包括具体表征和抽象表征，学生对“分泌蛋白的合成与运输是细胞的系统功能”概念的具体表征、抽象表征与表征形式的相关分析结果见表5、表6。

表5 具体表征与表征形式相关性检验结果

表6 抽象表征与表征形式相关性检验结果

表5结果显示：学生对该概念的具体表征与表征形式sig.=0.019＜0.05，且相关系数值为0.259，呈显著相关；表6结果显示：学生对该概念的抽象表征与表征形式sig.=0.000＜0.01，且相关系数值为0.465，呈极显著相关。

由此可见，学生对概念关键信息的提取、理解，以及是否具备有效构建概念的认知结构，显著影响学生的概念表征形式； 学生问卷结果也充分证明了该论点。例如：采用图表方式表征“分泌蛋白合成与运输是细胞的系统功能”的学生，其认知结构的优良，显著影响其对概念的理解程度。例如： 图形表征中有57.60%的学生呈现图1方式，表征水平较低，仅知道分泌蛋白的合成与运输需要与蛋白质合成直接相关的细胞器的相互配合这一事实性知识。

有40.71%的学生呈现图2方式，表征水平中等，明白分泌蛋白的合成与运输除了需要与蛋白质合成直接相关的细胞器的协作外还需要线粒体供能和细胞核的控制，但未能理解各细胞结构之间的相互关系。

仅有一位学生呈现图3方式，表征水平较高。知道“分泌蛋白的合成与运输是细胞的系统功能”的概念内涵，显示具有较好的认知结构。

从学生呈现的图1、图2表征形式看，学生对该概念的理解仅停留在对事实性知识的机械记忆水平，以图3方式呈现的学生，试图用模型表征概念的内涵，但可能缺乏概念模型方法的训练，尚不能正确地将概念的内涵用记号相连接，构建完善的概念模型。

4 结论与建议

本次调查结论：①概念的类型、结构和概念的呈现方式影响学生对概念的理解。②对概念关键信息的提取、 理解及是否具备有效构建概念的认知结构，显著影响学生对概念的正确理解；因此，教师在教学时帮助学生建立正确的内部表征，并通过适当的表征形式将脑海中的知识外显化以巩固概念，是教师在进行概念教学时的有效方法。对此，提出相关建议。

4.1 采用多重外部表征教学 概念的呈现方式影响学生表征的难易度和表征的内容，采用适宜的方式呈现概念内容将会减轻学生的心理负荷，降低理解知识的难度, 并有利于学生对概念本质的把握［8］。调查结果显示大多数学生存在机械记忆概念的现象，例如：呆板复述教材中概念的语言文字描述或机械记忆教师讲授时的概念表征形式，因此,针对概念的类型、结构和特点，可采用多重外部表征教学，帮助学生形成易于个体理解的概念表征，从多视角，透彻理解概念本质。

4.2 构建系统的认知结构 学生在学习生物学概念时，总会运用原有的知识和经验理解教师所讲的内容，并重新构建其意义［9］。因此，教师在教学时应从学生已有的认知水平出发，为其提供物理环境、心理环境及思维环境，通过创设情境实现主客体的相互作用，在已有的认知结构与新概念逻辑结构之间建立联系，将相关知识纳入已有的知识结构体系。例如：基于事实性知识“分泌蛋白的合成与运输”，构建基本概念“分泌蛋白的合成与运输是细胞的系统功能”，进而形成核心概念“细胞是基本的生命系统”的认知结构。相关概念图见图4。

4.3 基于概念模型构建的概念教学 概念模型是对真实世界中问题域内事物的描述，其对概念的描述包括：记号、内涵、外延，其中记号和内涵是最具实际意义的。因此，概念模型构建的概念教学，首先，从概念中提取关键信息，其次，运用已有认知结构将概念中独立的、 分散的信息点或信息片段相整合, 建立联系, 形成有意义的信息组块，实现对概念内涵的抽象，再者，使用记号将概念的内涵形象直观地联系起来构成概念模型。例如:采用板书板画教学技能，动态呈现“分泌蛋白的合成与运输是细胞的系统功能”这一概念模型，完成概念教学；此外，可运用概念模型检验学生对概念的理解。概念模型见图5。