生物学核心概念(重要概念)研究进展综述

摘 要 就生物学核心概念的研究进展，包括核心概念的科学内涵、核心概念的教学教育价值、核心概念获得与检验过程、核心概念实施的教学策略、教学案例展示等方面进行阐述，旨在为进行生物学核心概念研究的教育工作者提供素材和方向。

关键词 核心概念 科学内涵 教育教学 教学策略

中图分类号 G633.91 文献标志码 A

1 生物学核心概念的科学内涵

核心概念在学科中处于核心位置，具有总领学科骨架的功能，同时能够组织起与之相关的概念和大量的事实。它包含了重要概念、原理、理论等的基本理解和解释，是学科结构的主干部分。了解核心概念，必须从两方面入手：

① 要重视不同概念之间的联系；

② 要重视在不同情境下对核心概念的迁移。

美国国家课程标准中类似的概念是统一概念，可以帮助教师回答这个问题：“当学生离开学校后你希望长久留存学生记忆的东西。”

现如今对学生更多的要求在于理解学科本质的概念性知识。这种理解体现在解决实际问题的过程中，这就要求教师对学生学习知识的方向有所引导，由传统的重视繁杂生物学事实性知识，转向对学科本质内容的深层次认识和理解。在这个过程中，教师充当引导者，学生是主体，教师应该帮助学生建构核心知识，并促进其在新环境中的迁移。核心概念是位于学科中心，展现当代学科图景，是学科结构的主干部分。

新的《美国国家科学教育标准》指出：生物学科的核心概念可以从四个方面阐述――生命科学从分子到生命体的Y构与进程；生态系统相互作用的能量和动力学；遗传与特性的变异，生物演化以及统一性与多样性。具体理解为：生命系统由简单到复杂，由低等到高等都具有一个共同特点――高度有序性，保证生命活动有条不紊的进行；生态体系也是系统，系统就会遵循能力守恒等定律；生物的性状是可以遗传的，同时受到环境的影响，性状也不是一成不变的；自然界在演变，作为主角的生物也会随环境的演变而进化，造就了当今生物的多样性和统一性。

2 生物学核心概念的教学教育价值

目前实施的课程改革更多提倡学生对核心概念的本质理解，因为理解了核心概念基本就抓住了学科本质和学科基本观念。理解核心概念不仅要求理解其科学内涵，更重要是学生在解决日常生活实际问题的时候能结合学科核心概念，理解问题的实质。近年来越来越多的文献报道和论文报告指出，核心概念在学生学习学科本质方面的重要教育教学价值。教师以核心概念为建构课堂教学的主线和抓手，可以让课堂设计思路更加清晰，实施步骤更加明朗，实施结果更加清楚，课堂效果更容易评价。教师在课堂中利用核心概念组织教学，可使学生的知识不再零散，而形成比较牢固的知识体系。这样的知识体系因其明确的有机结构不容易被学生遗忘，有助于学生对学科重要知识的深刻理解，并能轻松地对所学知识迁移到其他的教学单元和模块，有助于学科知识体系的整体建构和应用。

在课堂中，教师可以根据核心概念确立教学目标，对教材的每节课、每个教学单元、每个模块都可以围绕特定的核心概念建立知识网络，进而帮助学生在较短的时间内掌握特定教学单位的知识结构，方便学生更早地定制学习目标，进而学习方向性更准，学习兴趣更浓，同时也使教师在授课的时候方向性更准确，更能有效地检测教学设计的实效性。在核心概念建构中，不能只以生物学现象和事实作为建构的载体，而是要让学生能直观地体会核心概念建构的过程，更重要的是要让学生学会面对众多繁杂的生物学知识点，能找到知识点之间的关联。找准联系各个知识点之间的节点很关键，往往这些节点经过推敲和提炼就能成为学科的核心概念。当然了，学生在建构核心概念的同时不仅要了解核心概念的要素和内涵，还应领会其教育价值，形成生物学思维方法。

3 生物学核心概念相关的教学策略

3.1 生物学核心概念直接关联的探究活动策略

教师在进行某核心概念的教学设计时，要明确该内容在生物学知识体系中的地位、应该处理到的程度、使学生学会透过现象看本质的方法，促使学生客观地认识概念的本质属性，明确概念的内涵和外延，达到由浅入深地运用生物概念去解决一些实际问题的效果。

判定教学活动结构是否优化的重要方面是：是否能够发展学生的探究能力，且能够帮助学生判断问题的价值。当然结构优化的教学应当是为建构“核心概念”而服务的。下面对构建优化的教学结构步骤进行阐述。

（1） 教师要引导学生提出与核心概念直接关联的问题。没有问题设置的教学活动就会变得无的放矢，没有目标性，没有方向性。这样，学生的认识只能停留在初期的感性认识阶段，而不能上升到理性阶段，即形成科学概念。由此可见“问题”对科学探究活动的重要性。

（2） 规范学生与核心概念直接关联的观测活动。科学合理的探究过程包含非常多的探究步骤，每一个步骤都是不同的设计，都有不同的教学目标。当然，一个单元的教学往往不可能穷尽或同等强调所有的步骤。教师可以根据教学内容的性质和学生的情况分别安排观测活动、实验活动、分类活动。通过多次观测、实验和分类活动的进行，帮助学生逐渐摸清核心概念的本质、核心概念的教育教学功能以及核心概念建构需要的步骤，让学生对问题提出的设计方面，对核心概念形成的重要作用有初步的认识。

（3） 设计与核心概念直接关联的实验。观察可以是人的眼睛和其他感觉器官进行的直接观察，也可以是借助于仪器的间接观察――实验。实验活动设计的宗旨是通过对非观测变量进行有效的控制，而对观测变量进行有效地观测。

（4） 交流与核心概念直接关联的内容。一个人的观察往往有限，通过交流可以分享彼此的观察，互相弥补经验上的不足，达到重复观察的效果。教师要注意控制课堂谈论的方向，引导学生对观察对象进行客观、准确的描述。教师不要在缺乏足够的观察、描述时进行“大科学”问题的讨论。另外，课堂讨论的内容要反映探究的过程。

3.2 生物学科核心概念的常规教学方法

（1） 教师要联系实际引入生物学核心概念，如物质跨膜运输实例的教学。教师从生活现象――学生都吃过凉拌萝卜丝，引出质壁分离概念。一般而言，对于常识性的生活问题，学生或多或少有所了解，但是不一定都能从原理上真正理解，或者说不能举一反三。教师可以设计逐一剖析的问题，让学生逐步理解食盐在做凉菜时起到的作用，学生会感到有趣，对接下来的学习充满期待。如呼吸作用的教学中，教师从酵母菌可以酿酒和做馒头、乳酸菌可以制作乳酸饮料说起，到讨论蔬菜水果如何保鲜及冰箱的作用。这样从学生熟悉的事例着手引出呼吸作用的方式、过程及影响因素会很自然。

（2） 实验探究构成概念，如酶的教学。生物学是一门以实验为基础的学科，随着实验发展而发展，通过实验展示学科本质。绝大部分酶的本质是蛋白质，蛋白质的特性会受到温度、pH等因素的影响，因此在设计探究实验时，可以从这些因素入手，通过探究实验的步步推进，让学生在完成探究实验的同时，了解蛋白质的变性与复性的原理和条件。

（3） 建构模型明确概念。在核心概念教学中，有时候单纯通过文字的表述不能很清晰很直观地将重要概念展现出来。生物学科教学中常模型有：图片、实物和数学模型，模型为概念的顺利得出和概括创造条件，能多侧面多角度深化概念，还可以用于延伸概念。具体来说，图片模型可用于减数分裂，实物模型可用于光合作用的教学，数学模型适合遗传规律的讲解，运用图表深化概念，让概念之间产生联系。概念图能较好展示概念之间的逻辑关系，能让概念之间隐性的关系显性化，能更好地组织和呈现教学内容，使学生更容易理解各概念之间的关系及其在知识体系中所处地位。

4 围绕生物学核心概念组织课堂教学的实例展示

生物学核心概念构成了当代生物学科结构的主干，在学科知识中处于最本质和核心的地位。美国的“2061计划”明确提出“少而精”的教学理念，旨在帮助学生减少对大量孤立的琐碎的事实记忆的力度，将学习的重点放在科学知识结构的理解上，让学生能尽快地抓住学科本质的框架。这样不管学科知识如何发展和补充，学生都能游刃有余地分析和理解新知识，让自身知识结构能不断更新和发展。同时可以提以课堂教学的有效性和学习复习的有效性。我国高中生物学课程标准倡导“提高学生的生物科学素养”。指出“生物科学素养反映了一个人对生物科学领域中核心的基础内容的掌握和应用水平”。教师在设计教学活动时，应将帮助学生理解核心概念作为教学设计的中心，将具体的生物学事实作为设计教学活动的工具，调动学生一系列的思维活动去理解并建构生物学核心概念。

4.1 “遗传信息的传递”的教学实践

本节课是高中生物《必修2・遗传与进化》中的一节课。对于这节课的核心概念之一的“遗传信息的传递”教学设计不仅仅需要考虑本节课的核心概念的教学实施^程，同时也需考虑到本节课在其教学单元和教学专题中的地位，给学生呈现的核心概念建构的方法和步骤不仅能适用于本节课，也能在其他课堂中灵活应用。具体来说，本节课堂的教学设计是围绕“遗传信息的传递”中的核心概念展开的。通过参与“分析案件”和“比较组装的2个DNA分子携带的遗传信息是否相同”的活动，学生清晰地认识了：“同一个体的体细胞中DNA分子所携带的遗传信息相同，遗传信息相同是指DNA分子的碱基对数目及排列顺序相同”。通过探究阶段“尝试自己构建DNA分子复制模型”和“沿着科学家的实验历程进行探究”的活动，学生在评价阶段能够正确地用图示的方法表示DNA分子的复制过程，获得本节内容的核心概念。因此，围绕“遗传信息的传递”中的核心概念的教学能有效地帮助学生理解本节课的核心概念。

4.2 “光合作用”的教学实践

光合作用是生物学中最重要的概念之一，其过程较为复杂，一直是学生学习的难点。对这一核心概念做好分析，对教师更有针对性地开展教学具有非常重要的意义。光合作用这一概念包含着大量的生物学事实，一直以来很多教师对于这节课主要还是单纯讲授这些生物学事实，忽视了分析这些生物学事实内在的联系，一味地让学生背诵，造成了学生死记硬背、，厌学生物的现象。

（1） 概念分析：

合作用这一概念，可以分成如下子概念：绿色植物、光反应、暗反应、物质转变、能量转变。绿色植物（表明生物种类）通过叶绿体（表明具体结构），利用光能（表明能量来源）把二氧化碳和水合成储存能量的有机物，并且放出氧气的过程。

（2） 创造冲突的学习情境：

学习被看作是解决新旧知识、经验的认知冲突使原有认知结构发生改变的过程。概念放在一定的应用情境下才会显得生动和有意义，真实的情境能够使学习变得更为有效。学习的目的不仅仅是要让学生懂得某些知识，而且要让学生能运用所学知识去解决现实世界中的问题。

4.3 整体把握是生物学模块教学的关键――以“稳态与环境”为例

现行高中生物课程标准的一个明显特征是：课程结构发生了变化，即确立以模块作为教学体系。现行高中生物课程标准共设置6大模块：3个必修部分，即分子与细胞、遗传与进化、稳态与环境；3个选修部分，即生物技术实践、科学与社会、现代生物科技专题。以模块来设置生物课程，课程就有了新特点：

① 每一模块相对独立；

② 围绕某一主题，选取知识内容；

③ 有其内在知识逻辑的内容体系。

例如3个必修模块中：“分子与细胞”模块侧重于对生命的物质基础和结构基础的认识；“遗传与进化”模块侧重于对生命延续的认识；“稳态与环境”模块侧重于对生命系统自我调控的认识。每一模块侧重点各不一样。新课程标准提出：学生在学习了必修1的内容之后，既可以先学习必修2的内容，也可以先学习必修3的内容。由此可见各模块具有相对独立性。每一模块是一个整体，每一模块有其内在的逻辑内容体系，对穿插在每一模块的核心概念也就要从这一模块的整体上来把握和分析。

在高中生物学核心概念教学研究中，究竟什么是生物学核心概念？目前对此尚未形成统一的认识，这就给核心概念的教学带来了较大的困惑。下面以“稳态与环境”必修模块为例，讨论如何利用整体的思想、从整体的角度来把握这一模块的核心概念。

4.3.1 整体思路及模块教学的价值体现

（1） 以主题统整模块内容：“稳态与环境”模块的内容包括植物的激素调节、动物生命活动的调节、人体的内环境与稳态、种群与群落、生态系统、生态环境的保护六部分。前三部分是关于个体水平稳态的维持，后三部分是关于群体水平稳态的维持。无论个体水平还是群体水平，所有的生命系统在不断变化的环境条件下，都要依靠反馈调节机制维持其稳态。因此，以“稳态”为主题统领整个模块的内容，有利于学生对生命活动本质的理解。

（2） 以两大核心事件为贯穿模块内容的主线：稳态的维持依赖于反馈调节，产生反馈调节的基础是信息的传递。因此，任何一个水平稳态的维持都依靠两大核心事件――信息的传递和生命活动的反馈调节、相互作用的结果。以信息的传递和反馈调节作为贯穿整个模块的两大核心事件，有利于学生理解本模块知识之间的内在联系，有利于学生以“信息传递”和“反馈调节”为主线来整体认识本模块。

（3） 模块教学价值的整体体现。

① 丰富对生物学的理解和认识，生物学是研究生命现象和生命活动规律的科学。生命活动是物质、能量、信息三位一体的运动和变化。

② 学习系统分析、建立模型、取样调查等科学方法。系统分析包括定性分析和定量分析，高中生物学教育一般只能做定性分析。为了使学生能够运用系统分析的方法进行学习，课标中列举了“探讨人口增长对生态环境的影响”“阐明生态系统的稳定性”等内容。教师借助于这些内容，要教会学生用系统分析的方法来分析问题。在科学探究中经常使用的两种逻辑方法――模型方法（建立物理模型和数学模型）和数学方法（取样调查），在“稳态与环境”模块中都有很好的载体。例如，设计并制作生态瓶――物理模型，尝试建立数学模型解释种群的数量变动等，教师应引导学生运用这些科学方法进行该模块的学习。

③ 了解生物学在生活和生产中的应用。“稳态与环境”模块对学生了解生物学在生活和生产中的应用十分重要。可使学生关注生物科学的发展与社会的关系，如“评述植物激素的应用价值”“关注艾滋病的流行和预防”；可使学生形成环境保护意识，树立人与自然和谐发展的观念，如“关注全球性生态环境问题”“形成环境保护需要从我做起的意识”。

4.3.2 基于“整体把握”的模块教学策略

不论是教学重难点知识，还是普通的教学单元，教学设计都应该站在全面、合理的角度下进行，这就促使“整体把握”这样一个鲜明的模块教学策略应运而生。以往的经验告诉我们，陷在具体的生物学事实和表象性的认识上的教学侧重于学习和记忆数据、术语等，学生只知道一些名词、术语等零散的知识，所形成的知识结构只能是以知识点堆积为主的知识结构，学生迁移能力较差，创新能力和解决实际问题能力不强。这无疑是一种低水平的学习。整体把握基于对模块教学的认识和对重难点知识的理解，从学生思维发展出发，并结合具体事例和学生实际来构建“整体把握”模块教学的基本策略。

（1） 模块整体认识的初步建构。

生命系统（大到生物圈，小到细胞）自始至终都是一个有机整体，从成分到结构再到功能，都是紧密相联系的，生命系统各个部分都有各自错综复杂的知识结构，每个部分的结构有各自的特点。单纯从每个教学知识考虑教学设计，可能对于某一知识点而言，学生还是容易掌握的，但是稍加变换，学生就很难分辨哪个是中心，哪个是核心了。根据课程标准“理解生命系统的稳态，认识生命系统结构和功能的完整性”的要求，笔者认为，对于“稳态与环境”模块应从稳态的视角，认识生命系统是依存于一定环境条件，能够自我调节，维持自身稳态并与环境相适应的系统。生命系统本身就是多层次的，它们都存在跟外界或多或少的信息和能量交流和交换。这是本模块内容教学的关键之一，也是做好初中与高中衔接的一个有效着力点。

（2） 掌握系统分析、建立模型、取样调查等科学方法是发展科学素养的一个重要方面。

新课程理念强调在生物教学过程中重视科学方法的贯彻。科学方法是引导学生发展思维的研究方法，也是培养学生科学素养的重要手段。系统分析、建立模型和取样调查都是科学方法中常用而重要的科学方法。在教学过程中，教师要加强科学方法的贯串，通过有效合理地学习科学方法，让学生在活动中领悟科学方法的实质。在教学中有两个层面的建议：① 使学生在亲身实践的过程中感受、领悟、理解这些科学方法，同时要用好教材中的“活动”“实验”等栏目。② 挖掘教材中有关内容的教学价值，引导学生运用科学方法对具体的内容进行学习。以人教版教材中的练习为例，内环境的稳态是人体进行正常生命活动的必要条件。这其中的关键点是：细胞是生物体的基本单位；细胞直接生活的液体环境叫做内环境；细胞维持正常生命活动的基础是需要内环境的稳态。教师让学生遵循这三点，在系统学习本章知识点的同时把握知识结，让新的知识点能融进原有整体知识结构中，让学生的知识能灵活运用，同时通过整体的学习，让学生能更自如的解决学习栏目中设置的问题，及以后考试中的问题。

（3） 通过宏观与微观的联系发展认识。

生命是一个开放的系统，同时又是一个微观和宏观有机结合的系统。这个系统的层次性表现在多个方面，每一个层次都可以成为独立的生命系统，都存在着稳态，同时，不同层之间的关系也不可忽略。由此，揭示了生命系统中尺度、结构与功能之间有着必然的内在联系，生命系统在不同尺度下存在着不同层次的结构，尺度与结构决定生命系统的功能。建立微观与宏观的联系是“稳态与环境”模块的一种思维方式。它不仅体现了认识稳态的多种角度，还建立起了宏观与微观这两种认识方式的联系。通过宏观和微观的联系不仅是模块学习的重要思路，同时也是生物学建构核心概念的基本思路，由基本生物学事实知识点出发，促成生物学一般概念，同时建构生物学核心概念。

5 生物学核心概念研究的展望

生物学核心概念及核心概念体系的研究和建构是一个巨大的工程，具有划时代意义。核心概念与概念体系的建构是基础性的学科和理论的必不可少的构成元素。要建立理论体系型的概念体系，教师就需要不停地对学科的研究现状进行深刻的反思，在反思中寻求建构的规律和检验方法，同时确定研究方向与研究任务，并在此基础上建立自己的理论体系，为这一门学科乃至相关学科提供新的视角与研究方法。

新课程采用模块方式进行教学，有利于学生掌握生物学核心概念。核心概念的研究最终都要为学生服务，因此，要关注学生^脑中的前概念的形成过程。生物学是研究生命现象并探究其中规律的科学，概念获得理论指引教师要有善于总结和概括的本领，研究生命现象规律离不开对事物和现象的描述，要求能从众多的生物学知识体系中提炼出核心概念。核心概念的建构及教学实施需要教育者帮助学生梳理好生物学核心概念。在教学设计中，教师要注意多思考，多归纳，多提炼，让学生在情景中理解核心概念的本质，有效地构建学科纲要，培养学学习生物科学的兴趣和爱好。

此外，教师要减轻学生的课业负担，关键是要把课教得本质、精确、简明扼要，这些与教师的生物学核心概念理解水平紧密相关。这就要求教师能透过众多的生物学事实聚焦核心概念，精选生物学事实，揭示生物学核心概念的内涵。只有这样才能引发学生的学习兴趣，使学生在有限的时间内学到更本质的、有利于终身发展的知识。提高核心概念的教学水平，既是提高课堂教学质量的保证，也是生物教师专业化发展的必由之路。

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