生物学概念和概念教学

生物学是一门研究生命现象和生命活动规律的自然科学，生物学知识主要由概念、原理、规律、理论等组成，而原理、规律和理论往往是由若干概念通过一定关系构成的。如果把生物学知识比喻为一个生物体，那么，构成这个生物体的基本单位就是概念。近年来，随着人们对课程及教学深入研究，越来越认识到概念学习在理科教学中的重要性，众多学者强调，围绕各学科的核心概念组织课堂教学能促使学生超越对零散事实的记忆，达成对知识的深层理解。《普通高中生物学课程标准（2017年版)》的四大理念之一就是“内容聚焦大概念”。可以说，重视概念的教学、为理解而教已经成为当令科学教育发展的大趋势。

一、概念及其属性

1.什么是概念

哲学上一般认为概念是客观事物的本质属性在人们头脑中的反映。从这个定义可以看出，概念不是独立于人之外的客观存在，而是人们头脑中产生的关于事物本质属性的认识。一个概念往往反映了一类事物的本质属性。一类事物的本质属性是什么，是不能直接看到的，必须要通过比较、分析和综合等思维过程才能回答。面对写在书上的概念的名称和定义，我们所看到的也只是文字，这些文字是概念的表达形式，或者说是概念的外壳，而概念是指这些文字所表达的意义，也就是形式或外壳里边的内容，这些意义是不可能直接看到的，只能靠思维来理解和建构。这正是概念教学重在理解和意义建构，而不直接传递、让学生机械记忆的原因。
逻辑学上一般认为概念是反映认识对象本质属性并用语词表达的思维形式。这里所说的认识对象，既包括客观世界的事物和现象，也包括人们精神世界的各种现象。任何认识对象都有许多特征、性质以及与其他事物的关系，这些统称为该对象的属性。如植物具有生有叶片、能进行光合作用、为许多动物提供食物等属性，还有形态、大小、寿命长短等属性，其中有的属性是植物所特有的，对判定一个生物是不是植物是关键的，称为本质属性，如生有叶片、能进行光合作用等；有的属性对判定一个生物是不是植物是无关紧要的，称为非本质属性，如形态、大小、寿命长短等。逻辑学认为概念不反映对象（事物）的具体形象，因为在事物的具体形象中，各种属性是混杂在一起的。反映具体形象的是表象，即事物从人们眼前移开后，留在人们头脑中的印象。概念只反映对象的本质属性，因些它必须经过人脑的抽象和概括过程。所谓抽象，就是从认识到的各种属性中抽取一部分属性作为本质属性；所谓概括，就是将抽取出的本质属性推及这类对象的所有个例，或者说用抽象出的本质属性把所有同类个体囊括进来。比如，我们认识到植物有高有矮，有开花的，有不开花的，有一年生的，有多年生的，我们撇开这些非本质属性，而将能够从环境中吸收水、二氧化碳和无机盐，能进行光合作用等本质属性抽取出来，这就是抽象；将这一属性推及所有植物，就是概括。可见，抽象形成概念的内涵，概括形成概念的外延。

2.概念反映事物哪些特征

对于大多数概念来说，“概念是客观事物的本质属性在人们头脑中的反映”这一界定应该说是比较准确的。《现代汉语词典》（第7版）关于概念的解释更加全面，即“概念：思维的基本形式之一，反映客观事物的一般的、本质的特征”。食物形形色色，本质属性却只有一个：可以吃的东西。《现代汉语词典》（第7版）对“马”的解释是：“哺乳动物，头小，面部长，耳壳直立，颈部有鬣，四肢强健，每肢各有一蹄，善跑，尾生有长毛。是重要的力畜之一，可供拉车、耕地、乘骑等用。食物的概念反映了食物“可以吃”这一本质特征，马的概念则反映了马在形态、结构、功用等方面的一般特征。通过上面的例子可以看出，所谓本质特征（属性）是指事物内在的决定一类事物之所以是这类事物而不是其他事物的特征，而一般特征是事物外在的可以通过感官感觉进而感知到的一类迹物之所以是这类事物而不是其他事物的特征。当然，后者不意味着不经过思维的加工。在生物学中，有些概念是反映事物本质特征的，如基因、光合作用、呼吸作用、消化等；有些概念是反映事物一般特征的，如昆虫、两栖类、藻类、蕨类、上皮组织等。这里仅选“消化”和“昆虫”两个概念做进一步说明。不同类群动物的消化系统和消化过程千差万别，但本质只有一个：将摄取的食物变成可以吸收的物质，特别是将细胞不能吸收的大分子有机物分解为细胞能够吸收的小分子有机物。这就是生物学上消化概念的内涵，反映消化的本质属性。已知的昆虫有100多万种，不同种昆虫的特征自然也是千差万别，但它们一般都具有三对足、两对翅等特征，这是昆虫的一般特征。具备这些特征的就是昆虫，否则不是。除这些可以感知的一般特征外，很难说昆虫还有什么其他本质特征。还有许多概念是事物本质特征和一般特征的综合反映，比如细胞的概念。细胞的形态、结构和功能多种多样，但细胞都很微小，需要借助显微镜才能看到；细胞都有细胞膜、细胞质（含细胞器），真核细胞有细胞核，这都是细胞的一般特征，也是构成细胞概念内涵的重要成分。而“细胞是生物体结构和功能的基本单位”才是细胞的本质属性，当然也是细胞概念内涵的重要成分。没有细胞形态结构的知识，细胞概念就是空洞的；没有“细胞是生物体结构和功能的基本单位”的认识，细胞概念建构则是不到位的。

综上所述，许多概念反映事物的本质特征，有些概念反映事物的一般特征，有些概念是事物的一般特征和本质特征的综合反映。《现代汉语词典》（第7版）将概念界定为“反映客观事物的一般的、本质的特征”，“一般的”和“本质的”之间既不是“和”字也不是“或”字，而是“、”，其原因或出于此。

3.概念是主观的还是客观的

就科学概念来说，大多数概念已经在科学共同体中有了共同的标准的说法，形成了所谓“词典中的概念”。在教学中，这些词典中的概念固化为教科书中的文字，就成为一种客观存在。学生头脑中的概念是主观建构的，除了学生自己，外在的因素是无法替代的。但学生头脑中的概念应建构成什么样子，达到什么水平，应该说是有一定的客观标准的。概念教学的目的就是要帮助学生建构自己头脑中的接近于“词典中的概念”的概念。

总之，概念是人类的一种思维形态，它既是思维的产物，是人们对客观事物一般特征、本质属性的认识；又是思维的工具，是进行判断和推理的基础。因此，概念教学本质上也是思维的教学。在教学中只有充分调动学生的思维，并根据不同概念的特点，引导学生进行意义的建构，才能使概念内化于学生的头脑中，成为他们分析和解决问题时心智操作的工具。

二、生物学概念的功能

概念是整个生物学知识体系的基础，如果把生物学科比作高楼大厦，那么生物学概念就是构成这座大厦的基石。“内容聚焦大概念”是高中生物学课程的基本理念之一，在大概念的基础上再概括、提炼出生物学独特的核心素养—生命观念，同时在学生主动学习的过程中发展科学思维、科学探究和社会责任等学科核心素养。

教学任务并不是简单地向学生传授知识，而是要帮助学习者对所学内容进行反思和创新，为将来的生活做好充分的准备，能够在今后遇到的各种问题和事件中熟练地运用所学知识。美国著名的认知教育心理学家奥苏伯尔的有意义学习理论强调了三个不同却相互关联的学习目标。第一，帮助学生掌握重要的知识和技能。第二，帮助学生对知识进行意义建构。第三，帮助学生有效地在新情境中运用所学知识和技能。

学生首先要掌握事实性的知识和技能，这是前提条件，但是光有知识和技能还是不够的，我们需要教会学生对知识和技能进行意义建构，并特别强调那些与实际生活相联系的问题，促进学生知识和技能的迁移。提高核心素养不能没有科学知识的教育，但是并不追求对科学事实和信息量的更多占有，而是要求对核心概念和科学思想的深刻领悟。其次，生物学概念具有培养思维和方法的功能。生物学概念的形成过程，就是一个探究的过程，是在碰撞与争论中发展，既包含着思维方式，也包含着研究方法。

以基因概念的形成与发展为例说明这个问题。从达尔文的进化论到孟德尔（1822—1884）的遗传理论，“基因”概念在150年前就被提出。19世纪60年代，遗传学家孟德尔提出了生物的性状是由遗传因子控制的观点，这种遗传因子就是基因。此时，基因概念是假说—演绎思维的产物。20世纪初期，现代实验生物学奠基人，美国生物学与遗传学家摩尔根（Thoman  Hunt  Morgan）创立了染色体遗传理论。通过果蝇的遗传实验，摩尔根认识到基因存在于染色体上，并且在染色体上呈线性排列，从而得出染色体是基因载体的结论。这过程包括观察与实验科学实践方法。20世纪50年代以后，随着分子遗传学的发展，尤其是沃森、克里克、富兰克林、威尔金斯等发现DNA分子的双螺旋结构以后，人们才真正认识到基因的本质，即基因是DNA分子上具有遗传信息的特定核苷酸序列的总称。研究结果表明，每条染色体只含有1～2个DNA分子，每个DNA分子上有多个基因，每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。不同基因的脱氧核苷酸排列顺序（碱基序列）不同，致使不同的基因含有不同的遗传信息。此结论得出运用模型建构研究方法。人们对基因的概念已由最初的粗浅认识发展到今天分子水平上的认识，生动具体地反映了科学的本质特征：定量化、观察、实验、在自我更正中完善和积累等。

三、生物学概念教学

任何一个概念的形成都经历着由感性到理性的抽象概括过程，是学习者从大量同类事物的具体例证中以辨别、抽象、概括等形式发现同类事物的共同本质特征，从而获得概念。概念教学正是通过应用一定的方法策略，达成对概念的引入、形成、巩固和深化，以纠正、补充、完善学生的前概念，建构正确的认知为己任，对学生的日常生活、学习及以后的人生产生有意义的影响。

在高中生物教学中，概念的作用不容忽视，理解概念及概念体系的形成与否对于学生真正地掌握生物学知识至关重要。理解概念的关键是要分清概念的本质，在对感性材料的抽象过程中，不要把附带属性作为概念的内容。

1.生物学概念教学三个重要环节

任何学科核心概念的获得和形成均有一个循序渐进的过程，包含很多组成环节。高中生物学教学重视以下三个重要环节。

第一，注重观察，获得关于事物表象的初步认识。大多数学科知识的最初感知与获得均是通过对事物现象的观察，把通过视觉、听觉等感官得到的第一手感性材料上升为感性认识，当感性认识积累到一定程度时，就形成了生活经验。感性认识越深刻，生活经验越丰富，对于概念的初步形成和掌握也就越有利。

第二，由表及里，对观察到的表象认识进行归纳总结。生物学核心概念的获得与形成，每一个环节都是加深理解的过程。通过仔细的观察和留意生活中的生物学现象，学生积累了一定的感性认识，但只有感性认识是不够的，还必须将感性认识进行深化，将感性认识上升为更进一步的理解，形成一个知识体系。学生通过对观察到的表象认识进行归纳总结，可以将自己最初对生物学核心概念的感性认识转化为理性认识，这是一个从认知到理解的过程。在学生进行归纳总结的过程中，画图分析法有助于学生更好地对知识进行理解，帮助他们找到生物学对象的共同特点并进行发散思维，从而将所学知识归纳形成一个完整的体系。

第三，深化总结，初步形成核心概念的知识体系。概念的深化就是将获得的概念整合到原有的认知结构中，使之成为整个概念系统的一部分，是运用概念进行推理、作出判断、解决问题的过程。在这个过程中，教师扮演着一个重要的角色，就是引导学生将知识和概念进行融会贯通，促使其原有的相对零散的概念形成一个较为完整的体系。在生物教学中，教师要注意教学内容各章节之间的内在联系性和整体性，要对课程教学内容进行宏观上的把握，对教学内容进行带有层次性的分析，以构建具有系统性、联系性的核心概念体系。

四、生物学概念教学的三个策略

一是生物学概念教学要由浅入深、循序渐进，遵循生物教学的客观规律。在教学过程中，教师要给学生搭建循序渐进的学习阶梯。例如，教学DNA时，可以设置如下的学习阶梯：（1）DNA的组成单位是什么？它由哪三部分组成？（2）DNA的组成单位有几种？怎样制作它们的纸质模型？（3）怎样将制作的脱氧核苷酸纸质模型连接成长链？这样既可以帮助学生更好地发现和思考，掌握每个学习阶梯内的核心概念，又可以使学生享受到学习的成就感，提升他们学习生物学的积极性和主动性。

二是生物学概念的建立是以丰富的生物学事实为基础。生物学事实和生物学概念都属于生物学知识，从教学角度来看，生物学概念属于“为什么”，生物学事实属于“是什么”。生物学事实是客观存在的，是可以感知、观察或者测量的，高中生物教材中所列举的生物事实是用来构建生物学概念的。因此，生物学概念教学过程中要引导学生对一些重要的生物学事实的理解，有助于学生理解生物学概念。不能将概念与事实割裂开。在教学中，教师要认识到两点：一是生物概念理解建立在丰富的具有代表性的生物学事实基础上。二是将生物学事实置于生物学概念框架下。例如，在人教版“基因在染色体上”一课中，“基因位于染色体上”是一个概念（概念性知识），但该概念的得出是一个事实的发现过程（事实性知识），在此过程中科学家运用了归纳推理、假说演绎等方法（方法性知识），而在将基因定位于染色体上之后，就可以从基因水平上去理解孟德尔遗传规律的实质（价值性知识）。

三是抓区别找联系、深化概念。高中生物教材中相似的概念很多，有的则一字之差，却表示两个不同的生命本质属性。例如，原生质与原生质体，有丝分裂与减数分裂，生长素与生长激素，甲状腺激素和促甲状腺激素，有性生殖和无性生殖，原核细胞和真核细胞，同化作用和异化作用，光反应和暗反应，有氧呼吸和无氧呼吸，自养型和异养型，需氧型和厌氧型，自交、杂交和测交，特异性免疫和非特异性免疫等，引导学生类比区别相似概念，可以收到事半功倍的教学效果。案例“原核生物和真核生物的比较”就是以抓区别找联系的方法，通过比较，从而深化概念。

区别	原核生物	真核生物
核膜、核仁、染色质（体）	无	有 特例：植物筛管细胞、哺乳动物成熟的红细胞
DNA	裸露、环状、分布于拟核	细胞核中DNA与蛋白质结合构成染色质，呈丝状；细胞质中线粒体、叶绿体中的DNA裸露、呈环状
转录翻译后合成蛋白质	转录、翻译场所相同，边转录边翻译。只能合成蛋白质，不能合成糖蛋白	细胞核中DNA在细胞核中转录，在细胞质中的核糖体中翻译；细胞质中的DNA转录、翻译与原核细胞类似；有内质网，能合成糖蛋白
细胞增殖方式	细菌为二分裂	有丝分裂、无丝分裂、减数分裂
体细胞全能型	有	真菌、植物细胞有，动物体细胞核有
生殖方式	无性生殖	无性生殖、有性生殖
变异类型	仅有基因突变，无细胞水平基因重组；存在分子水平的基因重组（肺炎双球菌的转化实质是基因重组），无染色体变异	无性生殖中有基因突变和染色体变异 有性生殖中有基因突变、基因重组、染色体变异
育种方式	诱变育种	诱变育种、单倍体育种、多倍体育种、杂交育种
孟德尔 遗传规律	不遵循	有性生殖过程中的核遗传遵循，细胞质遗传不遵循
叶绿体结构及光合作用	光和细菌、蓝藻无叶绿体结构但有光合色素，能进行光合作用。其他细菌不能进行光合作用	植物绿色部分有叶绿体，能进行光合作用，非绿色部分不能进行光合作用 真菌、动物无叶绿体，不能进行光合作用
生活习性及其生态系统中作用	光合细菌、蓝藻：自养型，为生产者 寄生细菌：异养，为消费者 腐生细菌：异养，为分解者	绿色植物：自养型，为生产者 动物：异养，为消费者 寄生真菌：异养，为分解者 腐生真菌：异养，为分解者
细胞壁	绝大多数有细胞壁	植物、真菌有，植物细胞壁成分为纤维素、果胶，真菌细胞壁成分不是纤维素、果胶
中心体	无	动物和低等植物细胞有
常见生物	细菌和蓝藻	真菌、植物、动物等