“概念冲突”教学模式在“现代生物进化理论的主要内容”教学中的应用

张小奇

摘 要：“概念冲突”教学模式由Nussbaum和Novick提出，其要点是：顺应学生的认知心理规律，在揭示前概念的基础上，利用新概念与前概念之间的冲突，激发学生对新概念的关注，进一步理解已有的前概念，从而建立完整的新概念体系。尝试利用概念冲突教学模式设计“现代生物进化理论的主要内容”一节的教学过程。

关键词：前概念;概念冲突;概念转化

Nussbaum和Novick于1981年提出了一种以皮亚杰的顺应理论为基础的教学策略。这种策略包括四个主要因素：（1）通过学生对已有事件的反应揭示学生的前概念。（2）使学生明确意识到他们自己和别的学生的想法不同。（3）通过让学生尝试解释一个矛盾事件，引起概念冲突。（4）鼓励和引导认知的调整，建立与科学概念相一致的新的概念模型。这一教学策略强调在教学过程中促进概念的转变，通过创设情境或者阅读引导，使学生对一些现象持有的观念明朗化，即暴露学生认知过程中的前概念，然后通过提问或者引进新概念，直接对前概念进行挑战，引发学生的认知冲突，在解决冲突的过程中形成科学的新概念，从而建立完整的新概念模式。“现代生物进化理论的主要内容”是人教版高中生物学教材必修2第七章第2节的内容。学生在第1节“现代生物进化理论的由来”中，学习了进化学说的主要内容，并且了解了现代生物进化理论是以自然选择学说为核心，深入基因水平的更完善、更复杂的理论学说。

通过第1节的学习，学生初步形成了“进化”的前概念。第2节中由种群是生物进化的基本单位以及突变和基因重组是生物进化的原材料两部分主干知识组成。如何引导学生由“进化的单位是个体”向“进化的单位是种群”这一概念转变？如何引导学生通过计算认识到进化的本质是“基因频率的改变”，而不是个体水平的“性状的改变”？不妨设置如下的概念冲突。

一、“种群是生物进化的基本单位”概念教学

1.创设情境，揭示前概念

教师向学生提供人类进化历程的短视频（体毛、行走方式、面部结构等变化），激发学生对“表现型”“进化”这些概念的关注。请学生结合已有的知识和自身的理解，说出对“进化”这一概念的理解，暴露出学生已有的进化观念，即使前概念明朗化。整理为：“进化就是在长期的历史过程中，生物的性状（形态结构、表现型）不断发生的变化。”“人类的进化还包括智力的进化”“进化是生物的表现型受环境的影响而不断变化，适应新环境的过程”等。

2.提供问题情境，明确认知冲突

问题情境：“在环境的影响下，生物的哪些方面发生了变化？”学生将 “形态结构”“性状”等答案总结为“表现型”。进一步提供问题情境：“生物的表现型依附于生物的个体，一旦个体死亡，这一表现型也随之消失，那么在这一物种的进化历程中，这一适应环境的表现型是否还会再出现？如何才能出现？”学生对此产生争议：能，这一个体死亡了，但是通过遗传，其后代可能可以表现出这一性状，并且一代代传下去。另外也有认为不能的，这一个体可能没有产生后代就死亡了，或者没有产生足够多的后代，使这一性状没有得到遗传。

3.深化认知冲突，形成概念冲突

这一问题情境的创设引发的认知冲突收到了极好的效果。学生整理了之前学习的突变和基因重组的知识，对某一性状的进化问题已经深入基因的水平，也认识到了探究进化问题不能局限于个别甚至是一代生物，而必须引进遗传问题。也就是，要以种群为基本单位来研究，所以说种群是生物进化的基本单位。

4.引导认知调整，建立新概念

在引导学生建立科学概念的同时，要及时进行认知调整，从根本上消除前概念的影响。（1）提供阅读材料，判断是非：达尔文认为，自然选择作用是生物的个体，而且是个体的表现型。（2）深入理解概念，建立概念体系：生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做一个种群。种群的本质仅仅是指同种生物的集合吗？其根本特点是什么？学生从遗传变异的角度理解，自然选择最终一定要作用于基因型才可以引起进化，种群的根本特征是个体间可以进行基因交流。加深了对“种群是生物进化的基本单位”这一核心概念的理解，也为基因型的相关计算学习做好了铺垫。

二、“用数学方法讨论基因频率变化”计算教学

在之前的遗传计算中，学生更多的是计算纯杂合体的概率，其实是基于个体水平计算后代的频率。而在进化中，要转化为以群体为单位计算，用基因频率表示一个种群进化的内在倾向。这一计算方式的转变，也是一个概念的转变。概念冲突模式，可以帮助学生摆脱固有的计算思维，为这一部分学习夯实基础。

1.回顾已有知识，揭示前概念

第一部分学习中，刚刚形成一个新概念：种群是生物进化的基本单位。教师展示如下题目，了解学生对进化问题计算的前概念。

题目：一个昆虫种群中的个体全部为杂合子，其基因型用Aa表示，A决定绿色翅，a决定褐色翅，自然选择对绿色翅和褐色翅的压力是相同的，请学生推测其后代的进化倾向，并说明为什么。

学生很容易计算出，后代AA个体占1/4，Aa个体占2/4，aa个体占1/4，显性个体占3/4，隐性个体占1/4。因此，在自然选择压力相同的情况下，显性个体数目更多，其进化倾向应该是绿色翅。学生惯性个体数目即基因型频率推测一个种群的进化倾向，将这一前概念展示出来。

2.提供问题情境，产生认知冲突

引导学生阅读理解基因频率的概念，列出计算公式，假设上述种群中有100个体，尝试计算A和a的基因频率，得出结果二者相同，都是50%。提问：这个基因频率说明了什么问题，从A和a在种群中的频率是1：1，大家可以得到什么启发？学生回答，1：1也就是产生的配子的比率。

3.深化认知冲突，形成概念冲突

综上，对于该种群而言，A的配子和a的配子数目是一样的。在随机交配的情况下，后代AA，Aa，aa这三种组合方式的比例是保持稳定的，也就是说当自然选择的压力相同时，该种群不存在绿色翅比褐色翅更有进化倾向的问题。由此可知，探究種群的进化问题，应该是以基因频率为基础，而不是基因型频率。引导学生从遗传题的思维局限中走出来。

4.举一反三，引导新概念模型的形成

教师展示新题目：

如果一个100个个体的昆虫种群中，AA 30个，Aa 60个，aa 10个，尝试计算其后代种群中A和a的基因频率。引导学生首先得出配子的比率为6：4，则AA组合出现的频率为36%，aa组合出现的频率为16%，Aa为1-36%-16%=48%。将这一计算模式列表。

观察数据得出哈温平衡模式，并组织学生讨论总结得到这一平衡模式需要满足的条件。

三、“突變和基因重组是进化的原材料”概念教学

1.创设情境，揭示前概念

教师引导学生回顾知识，激发学生对“基因突变”“染色体变异”和“基因重组”概念的关注，提供问题情境“突变和基因重组有哪些特性？”引导学生总结出核心特性，即随机、不定向性，促进学生对“突变和重组”这一前概念明朗化。

2.提供问题情境，产生认知冲突

教师提供问题情境，引出新概念。（1）上述遗传平衡的种群在自然界是否存在？为什么？整理学生答案：不存在，因为不可能没有自然选择，不可能没有突变以及随机交配等。（2）既然不存在遗传平衡种群，自然种群的基因频率和基因型频率可以代代保持稳定吗？学生答案：不会。（3）种群基因型频率和基因频率的变化，意味着什么？整理学生答案：有自然选择压力，发生了突变，种群发生了变化等。教师补充引导：种群发生了进化。

3.深化认知冲突，形成概念冲突

从上述问题情境提炼新概念，突变和基因重组使种群的基因频率发生变化，从而为种群进化提供原材料。进化的实质是种群基因频率的改变。继续提供问题情境，产生概念冲突。“突变频率很低，如何成为进化的原材料？”“突变和基因重组都具有不定向性，怎么确定进化的方向呢？”在矛盾冲突中激发学生对原有概念的深入理解。

4.引导认知调整，建立新概念

教师提供阅读材料：假定每只果蝇约104对基因，每个基因突变率10-5，每代约108个个体。对于每个基因来说，突变率很低;对于每个个体而言，突变率为2×10-1，较低;尝试计算每代果蝇会有多少突变数目产生呢？学生计算得出：2×107个。引导学生认识到每一代的突变数目很大，再加上重组产生的新基因型，种群进化的原材料是很丰富的。继续提问，引导思考：突变具有不定向性，重组具有随机性，不能决定进化的方向，那么进化的方向由谁来决定呢？学生很容易答出：自然选择。教师引导新概念体系建立，一个种群的突变数很多，自然选择确定适应环境的变异，逐代积累，通过改变基因频率，决定进化的方向。最后，可以通过自然选择深入理解对桦尺蠖基因频率的影响的计算这一过程，完善新概念体系。

四、模式操作过程中的反思

学生的前概念有的来自日常生活，有的来自已有的知识，甚至有的来自刚刚建立起来的新概念。前概念未必都是不正确的，但是往往是片面的，或者是有缺陷的。前概念一旦形成，在学生头脑中印象深刻，难以转变。如果用传统的讲授式的课堂教学，将新概念以知识呈现的形式灌输给学生，往往忽略了学生已有的经验和知识结构，在学生的认知心理上产生了难以被当场察觉的矛盾和认知冲突。传统教学方法更正前概念的效果也会受到影响。概念转化模式，正是从认知心理的角度，利用了学生的这一认识冲突，将其完整地呈现在教学现场，在认知上顺应学生的心理变化规律，顺应认知规律，使知识的获得水到渠成。

参考文献：

[1]李高峰，刘恩山.“前科学概念”的术语和定义的综述[J].宁波大学学报，2006（6）.

[2]郭玉英，卢梅俊.“为概念而教”策略综述[J].物理教师，2003（5）.

[3]杨菲菲.“NN三步教学模式”在“细胞分化”教学中的应用[J].生物学教学，2013（7）.