情境在高中生物学概念教学中的应用与实践

胡海群 苏洁

【摘 要】不同情境涉及的内容有差异，并具有独特的特征。高中生物学概念分為具体概念和抽象概念，不同类型概念的表征有差异，选择恰当的情境进行概念教学，对概念的有效构建具有重要作用。在选择情境时要依据课程标准找概念，明确概念的关键特征，确定概念的类型及关系，选择合适的情境进行概念构建。

【关键词】情境 概念教学 生物学教学

【中图分类号】G633.91    【文献标识码】A  【文章编号】1002-3275（2023）11-54-04

胡海群 / 广西柳州铁一中学，一级教师，从事中学生物学教学；苏洁 / 广西柳州铁一中学，二级教师，从事中学生物学教学（柳州 545007）

【基金项目】广西教育科学“十三五”规划2018年度广西教育研究专项课题“广西普通高中生物学科教学关键问题实践研究-5”（2018ZJY240）

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（本文简称课程标准）中凝练了学科概念，并指出：“教师在设计和组织每个单元的教学活动时，应该围绕大概念和重要概念展开，依据重要概念精选恰当的教学活动内容和活动方式。”概念的形成需要通过对事实进行抽象与概括，情境中蕴含着众多生物学事实，通过对这些事实进行归纳与概括并用以解决问题，可以促使学生主动完成概念构建。而情境创设需要以概念的类型和表征为依据，同时在不同的教学模式和教学环节中，需要创设不同情境，以达成教学目标，发展学生的核心素养。

一、情境的种类及特征

生物学科的情境大致分为三类，即生活、学习和实践情境，科学实验和探究情境，生命科学史情境。不同的情境涉及的内容有差异，并具有独特的特征。

第一，生活、学习和实践情境是学生日常生活或社会实践中常见的生物学相关现象或问题，其特点是与学生的真实生活贴近，容易调动学生的经验和感官去感知具体的事物，在感性的基础上通过抽象与概括构建概念。

第二，科学实验和探究情境主要来自生物学内容所引发的探究性问题，并以此为基础进行的相关探究和实验。此类情境有助于学生在亲身经历提出问题、实验猜想、实验设计、实验实施、收集证据、分析等环节后，主动地构建生物学概念。科学探究的本质是科学思维的外显，探究的过程需要运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等科学思维方法，由此形成的概念活性更强，迁移与应用的范围也更广。

第三，生命科学史情境是生物学问题的探究史，是生物学科体系的构建史，也是生物学科知识体系的重要组成，含有丰富的生物学知识、研究思路，以及独特的育人价值。通过将科学史转化成环环相扣的问题串，让学生在问题解决的过程中理解科学的过程与方法、感悟科学精神和科学态度、激发学习生物科学的兴趣，最终准确理解和应用概念。

二、概念的类型及表征

不同的学科对于概念的界定角度不同，类型也不同，与概念教学密切相关的是心理学对概念类型的界定。认知心理学将概念分为具体概念和抽象概念。在生物学中，这两类概念的范畴是不同的，具体概念包含生物学中各生命系统的各个层次的结构及功能的相关描述，如真核细胞和原核细胞、免疫系统、生态系统等，学生主要通过感官系统参与获取研究对象的特征，并通过抽象与概括提炼形成此类概念。感官系统不能感知抽象概念，如活化能、基因频率、生态系统的稳定性等，此类概念需要学生通过理解认知对象的抽象意义来构建。

概念的表征包含心理学表征和外显表征两个方面，心理学表征是概念在大脑中的存在方式，外显表征是概念在人际交流中的存在形式，即词典中的定义，包含了概念的名称、内涵和外延。概念教学的最终目的是构建正确的外显表征，但深刻理解概念的心理学表征对外显表征的构建极其重要。多元表征理论认为，概念的心理学表征有基于感官形象和基于语言的两套系统，具体概念心理学表征是先通过形象感知，再通过语言提炼而成，而抽象概念的心理学表征只需要对语言文字抽象理解便可形成。因此明确概念的类型、掌握概念的表征，有助于选择适当的情境、准确的教学方式进行概念教学。

三、概念教学中的情境选择

不同类型概念的构建方式有一定的差异。对于像免疫系统、真核细胞和原核细胞等具体概念，可以提供大量的视频、图片和实物等素材创设情境，学生通过感官系统感知认知对象的各种特征，再通过抽象与概括构建概念的外显表征。对于抽象概念的教学，应该多提供一些用语言描述的实例，调动学生的语言编码系统，如在化学反应的活化能的教学中，可以提供同一化学反应应用不同催化剂所需要的能量的数据进行比较分析，最大程度激活学生的语言编码系统，同时展示化学反应前后及过程中的能量变化图，借助多媒体的可视化，激活学生的感官编码系统，两套系统协同运转，有助于学生高效地完成活化能概念的外显表征构建。由此可见，不同情境的合理运用对于概念构建具有重要意义，以人教版高中生物学必修1《分子与细胞》第四章第1节“被动运输”为例，分析概念教学中的情境选择步骤及策略。

（一）依据课程标准找概念

通过查阅课程标准及分析教材内容，本节包含渗透作用、原生质层、自由扩散、协助扩散、被动运输等概念，通过对这些概念的学习，形成“物质通过被动运输方式进出细胞，以维持细胞的正常生命活动”的基本概念，最终为“细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”这一大概念的形成奠定基础。

（二）明确概念的关键特征

概念的组成要素包含名称、属性、内涵和外延、例证等要素，而概念的内涵和外延是概念的关键特征，通过选择恰当的例证便可明确概念的内涵和外延。本节所学习的概念中自由扩散和协助扩散是重点，这两种运输方式的共性是从高浓度到低浓度，不需要能量，区别点是自由扩散不需要转运蛋白，协助扩散需要转运蛋白，掌握这些关键特征，便可选择与创设教学情境。

（三）确定概念的类型及关系

通过分析，本节要學习的概念中原生质层属于具体概念，而渗透作用、自由扩散、协助扩散、被动运输均属于抽象概念，渗透作用是学习其他几个概念的基础，自由扩散和协助扩散之间属于平行概念，被动运输则是自由扩散和协助扩散的上位概念。

（四）选择合适的情境进行概念构建

原生质层属于生命系统层次结构，是具体概念，教学中提供可观察的实物或图片可让学生了解其特征，建立表象。渗透作用是微观分子的运动，是抽象概念，可以借助实验及动画演示进行具体化。自由扩散和协助扩散属于抽象概念，根据其关键特征，选择水分子进出细胞的语言描述的实例，并选择水通道蛋白的科学发现史材料，引导学生主动构建，辅之以模式图、示意图等可视化媒介，激活表象编码系统，使概念的表征更加生动和明晰，从而帮助学生构建正确概念。被动运输这一抽象概念的学习可通过对自由扩散和协助扩散的异同点进行归纳与概括。具体的教学步骤及各步骤的策略如表1所示。

四、情境在两种概念教学模式中的应用与实践

（一）情境在广义知识学习一般过程模式中的应用

广义知识学习的结果分为陈述性知识、作为程序性知识的智慧策略和作为特殊程序性知识的认知策略。此处的陈述性知识为生物学中的众多基本概念，这些基本概念构成了生命观念，而作为程序性知识的智慧策略和作为特殊程序性知识的认知策略侧重的是应用陈述性知识解决真实情境中问题的能力。广义的知识学习分为三个阶段，即习得阶段、巩固与转化阶段、迁移与运用阶段。在不同阶段创设情境的目的是不同的。在习得阶段通过创设情境引起学生注意，并根据概念构建的需求，精心组织情境信息，从而促使学生获取陈述性知识。在巩固与转化阶段可以巧妙利用概念中涉及的正例、反例和特例，通过例证分析促进概念的巩固和转化。在迁移与运用阶段通过情境的变化，促进陈述性知识转化为程序性知识的智慧策略和作为特殊程序性知识的认知策略，也就是形成解决问题的能力，这也是生物学学科核心素养的形成过程。本文基于广义知识学习一般过程模式构建了概念教学流程图，如图1所示。

以人教版高中生物学选择性必修2《生物与环境》第二章第3节“群落的演替”的教学为例，本节涉及的概念有演替、初生演替和次生演替。三个概念均属于抽象概念，初生演替和次生演替在关系上属于平行概念，而演替属于上位概念，同时通过分析概念的特征及表征，选择大兴安岭的产生和变化创设教学情境。主要教学环节、创设的教学情境和学生活动如表2所示。

（二）情境在HPS教学模式中的应用

HPS教育是科学史、科学哲学和科学社会学的简称。课程标准提出了“注重生物科学史和科学本质的学习”的教学建议。生物学概念形成的过程就是科学家探索解决生物学问题的过程，因此科学家的研究过程与学生的概念构建过程有一定的重合，符合学生思维发展的过程，对学生解决问题能力和技能的培养至关重要。在概念教学中，要让学生在较短时间内高效地构建对概念的理解，从未知到已知、从错误概念到正确概念的路径往往是线性发展的，教师需要在浩瀚如海的科学史中去粗取精，对科学史素材进行必要的整理和加工，通过设计符合学生前概念的问题串，用于问题驱动式的概念教学。HPS教学模式的教学流程如图2所示。

由图2可知，HPS教学流程分为四步，此处重点论述聚焦概念的发展过程科学史情境的构建。教师需要对概念特征进行深入分析，并转化为科学探索过程真实遇见的若干问题，并依托问题选择、整理和加工情境。

以“特异性免疫”教学中体液免疫概念的构建为例，其中一个问题是：体液免疫涉及哪些细胞及细胞先后起作用的流程是什么？通过整理选择以下史料：

史料1：1948年，法格雷乌斯证明抗体是受抗原刺激后，由淋巴细胞转化成的浆细胞产生的。

史料2：1967年，克拉曼和米切尔等科学家证实抗体的产生需要T细胞和B细胞协同作用。

史料3：1970年，米勒证实铺助T细胞虽然不产生抗体，但是能协助B细胞产生抗体。

史料4：20世纪70年代乌纳努埃等证明巨噬细胞在抗体形成中具有重要作用。

史料5：1983年，哈斯基乌斯等证实T细胞表面存在识别抗原呈递细胞呈递的抗原-MHC的受体分子。

通过对史料的分析、讨论和交流，构建体液免疫的基本过程如图3所示。

基于情境的概念教学，重点关注概念的形成过程，并将情境问题的解决过程与概念的构建过程相融合，这不仅符合学生的认知发展规律，而且构建的概念其迁移应用范围也更广，活性更强。但在情境创设的过程中切记牵强附会、生搬硬套，需要根据不同概念的类型和表征，选择符合概念构建的恰当情境。在不同的概念教学模式中，情境的各环节均有重要作用，但其根本目的是为了促进概念的形成，创设概念应用的土壤，在此前提指引下，教学目的才会更清晰明朗，更有针对性，并最终为发展学生核心素养夯实基础。

【参考文献】

［1］陈锋，杨丽娟．基于HPS理论的概念教学范式研究：以科学史建构科学概念的视角［J］．教育参考，2017（5）：82.