生物学中的概念教学

生物学中的概念教学王 健

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北京师范大学生命科学学院

1. 为什么强调概念教学？

2. 什么是概念？什么是核心概念？

3. 生物学有哪些重要概念？

4. 概念教学的主要策略有哪些？

1. 为什么强调概念教学？

（ 1 ）从一个高考题谈起

思考：学生要较顺利地回答这个题目，他们需

要具备哪些生物学知识？

环境激素是指由于人类的生产和生活活动而排放到周围环境中的某些化学物质。为研究环境激素H 对小鼠产生精子数的影响，用玉米油和环境激素H 分别处理对照组和实验组雄性小鼠（每千克体重注射 12.5mL ，每天 1 次，连续 21 天， n=20 ）。实验结果后，对每只小鼠产生的精子计数。实验内容及结果见下表。

对照组实验组

1 2

注射物 玉米油 H（浓度 100mg/L）

H（浓度 200mg/L）

精子数均值（ ×107

个）7.13 5.09 4.35

① 表中数据显示，环境激素 H 浓度增高，小鼠生成精子数 。

② 小鼠脑中的 调节 释放的相关激素能刺激睾丸分泌雄激素和少量雌激素，并生成精子。精子是由睾丸中 细胞（ 2n ）经 发育而来的。

③ 有的环境激素可造成精子染色体缺失，这是精子DNA 分子发生 和 DNA 片段 所致。

（ 2 ）生活中的决策

【新闻】 有些媒体披露，有销售黄瓜的小贩自曝，不少头顶黄花身上带刺的黄瓜，都是抹过避孕药的，以此保持黄花不败，并让黄瓜看着新鲜。 还能买黄瓜吗？

（ 2 ）生活中的决策

【新闻】今年 5 月份美国一项研究表明，长期服用解热镇痛药者所患血癌比例明显高于未服药者，作为一类老百姓的常用药，不少退烧、感冒药都含有这些成分，解热镇痛药真的有引发病癌的风险吗？ 还能吃感冒药吗？

升 学

就 业

生 活

核 心概 念

概念教学 / 学习在知识爆炸的年代应运而生。 教学内容 x 记忆孤立的事实和概念 √ 理解具有强大解释力的关键性概念原理 教学方式 x 不断重复、讲解迫使记住事件和信息 √ 强调概念的关联和应用，强调深入理解

2. 什么是核心概念？

在心理学上，“概念”代表一类享有共同特性的人、物体、事件或观念的符号；

在教育学中，“概念” 是指关于某一对象的观点、看法，比如，“绿色植物能进行光合作用”便是一个概念。

核心概念

新课程要求重视“核心概念”的教学，由追求对

繁杂的生物学事实性知识的记忆，转向对“核心

概念”的深层次理解。

核心概念是有效组织知识结构的一种方式。

核心概念是位于学科中心的概念性知识，包括

了重要概念、原理、理论等的基本理解和解释，

这些内容能够展现当代学科图景，是学科结构

的主干部分。

小组活动（ 5 min ）

请列出“生态系统稳定性”一节的核心概念。

《义务教育生物学课程标准》《义务教育生物学课程标准》

“ 生态系统稳定性”的核心概念一． 生态系统的稳定性是指生态系统保持正常动态的能力。

1. 生态系统的稳定性主要包括抵抗力稳定性和恢复力稳

定性；2. 抵抗力稳定性是指生态系统抵抗外界干扰并使自身的

结构与功能保持原状 (不受损害 )的能力；3. 恢复力稳定性是指生态系统在受到外界干扰因素的破

坏后恢复到原状的能力；4. 不同生态系统在这两种稳定性的表现上具有一定的差

别。

“ 生态系统稳定性”的核心概念二． 生态系统能够维持相对稳定是由于生态系统具有自

我调节能力。1. 负反馈调节在生态系统中普遍存在，它是生态系统

自我调节的基础；2. 负反馈调节存在于生物群落内部，以及生物群落与

无机环境之间；3. 生态系统的自我调节能力是有限的。三． 生态系统的稳定性得到提高，可以更好地保护生态

系统。

任务：

写出学生解答前面高考例题所需具备的相关生物学概念。（用陈述句表述）

小结

通常用一组陈述句来描述某个领域的核心概念，其概括性（抽象性）越来越低，最后一个阶层是事实。

事实 Vs. 概念 术语 Vs. 陈述句

3. 生物学课的核心概念 概念符合哪些要求才是核心概念呢？

进入课堂中的核心概念应该满足：

a) 在多个科学学科中意义显著，和 / 或是组织某个学科的关键概念

b) 为理解或研究某些复杂想法和解决问题提供了关键工具

3. 生物学课的核心概念 概念符合哪些要求才是核心概念呢？

进入课堂中的核心概念应该满足：

c) 能与学生的兴趣和生活经历相关联，或能与社会/ 个人关注焦点所需要的科学技术知识相关联

d) 可在多个年级段教学，随着年级段递增，可逐步复杂、逐渐深入

核心概念 1 ：生物体具有特定的结构和功能，有助于其进行生命活动、生长和繁殖。（从分子到生物体——结构和生命活动过程） 生物体的结构和功能保障了生命活动、生长和繁殖

的进行。 结构和功能；生物体的生长和发育；生物体中进行

物质和能量流动的组织；信息处理。

核心概念 2 ：生物体能够将性状和性状的变异传递给下一代（遗传——遗传和性状变异） 生物体有一套机制和过程使得性状及其变异可从亲

代向子代传递。

性状的遗传；性状的变异。

核心概念 3 ：生物个体和种群从包含其他生物和物理因子在内的外界环境中获取必需的资源。（生态系统：相互作用、能量和动态性） 生物体及其种群从环境中获取必要资源，包括：生

物因素和非生物因素。 生态系统中相互依存的关系；生态系统中的物质循环和能量转换；生态系统的动态、运行和恢复。

核心概念 4 ：生物进化解释了物种的统一性和多样性。（生物进化：统一性和多样性） 生物进化论为物种的统一性和多样性提供了解释。 共同祖先的证据和多样性；自然选择；适应；生物

多样性和人类

4. 概念教学的主要策略

学生的概念是如何形成的？

4.1 建构主义理论

建构主义理论以客观主义认识论为基础，形成于客观主义传统的，即认为世界是现实的、外在于学习者的。在客观主义者看来，知识是不依赖于人脑而独立存在的具体实体，只有在知识完全“迁移”到人的“大脑内部”后，并进入人的内心活动世界时，人们才能获得对知识的真正理解。

要点 强调学者的经验 注重以学习者为中心创造冲突的真实的学习情境 注重互动的学习方式

学习者先了解自我概念

评估概念，决定是否要重建

不重建 要重建

重新检查并重整其原有概念的相关看法，使其达到一致性

4.2 概念教学的主要任务

概念教学——围绕核心概念展开的教学活动称为概念教学。

概念教学的主要任务： 揭示学生已有的概念（前科学概念、错误概念）

选择恰当的教学策略，设计相应的教学活动 矫正学生的原有认识，形成科学概念

4.3 错误概念

错误概念是指人们在日常生活及以往的学习中形成的那些与当前科学理论对事物的理解相违背的经验的理解。它的形成往往不简单是由于理解偏差或遗忘而造成的错误，它常常与日常直觉经验相联系，植根于一个与科学理论不相容的概念体系或概念生态之中 。

小组活动

写出学生在学习生物学时常见的错误概念

呼吸作用就是呼吸运动。 植物白天进行光合作用，晚上进行呼吸作用。 鸟卵就是一个细胞。 显微镜下观察到的图像与实物完全相同。 光是种子萌发的必需条件。 无花果不开花。 蝙蝠是鸟，鸡不是鸟。

错误概念的特征

广泛性顽固性

自发性隐蔽性矛盾性

错误概念的来源 生活经验 教师 教科书 ……

错误概念的诊断二阶选择题 与学生的对话

例题：植物的呼吸作用发生在①仅根部细胞②每一个植物细胞③仅叶细胞

我回答的原因是A. 所有活细胞需要能量来生存B. 只有叶有交换气体的特别的孔C. 只有根有呼吸的小孔D. 只有根需要能量来吸收水分E. 其他原因 ______________________

并不会产生即时而又明显的概念改变 明显的 A 概念完全取代 B 概念很难发生改变概念主要在于竞争概念位阶竞争概念位阶的改变

新概念的构建需要一系列的学习活动

4.4 POE 教学策略

Predict （预测）：要求学生预测会产生何种改变，并说明改变的原因。

Observe （观察）：仔细观察其中的改变。 Explain （解释）：思考预测与观察间的不同，

想出可能造成不同的原因，得到结论。

POE 教学过程的运用

（最重要）预测发生何种改变，说明改变原因（记录）

运用在实际情境中

想出造成的原因并得到结论（加强概念理解）

思考预测与观察间的不同

提供实物实验状况

观察其中改变（记录）

概念改变教学

POE 的目的

POE 是用于探索学生对于某一主题概念的看法，进而在概念教学中发展其概念，并且期望在概念教学后，能加强其对于该概念的理解，并进一步运用于实际的状况中。

过程中学生针对预测所提出的解释（预测 P- 理由O- 观察 E ）预测…要求学生用笔写下来

植物的光合作用的

教学实例

预 测（ P） 预测放置 12天后，装置总重量的变化。

观 察（ O） 观察记录

解 释（ E） 说明原因

总重量： 500 g

4.5 上位学习模式教学策略 上位概念：概括性较高、抽象（无性生殖） 下位概念：具体、易理解和掌握（分裂生殖、孢子生

殖、出芽生殖、营养生殖） 教学中可以先用丰富的实例使学生掌握分裂生殖、孢

子生殖、出芽生殖、营养生殖的概念，然后从中总结出它们的共同特点———不经过生殖细胞的结合 ,由母体直接产生新个体，这样就得出无性生殖的概念。

4.6 下位学习模式教学策略

当学生要学习的概念是已掌握的某个概念的下位概念就可采用这种模式，找出新概念与已有概念相关联的有关部分，借助于已有概念的固定作用，把新概念纳入认知结构中相应的概念体系。

新陈代谢 同化作用；异化作用 自养型和异养型；需氧型和厌氧型。

关联部分——合成物质 对比自养型和异养型的本质属性———能不能利用无机物制造有机物

通过原有上位概念对新学习的下位概念的同化 ,使学生对概念获得深刻的理解和记忆。

4.7 并列结合学习模式教学策略 新学习的概念与认知结构中原有的概念不产生上、下位关系，而存在某些本质区别，但彼此有着共同的关键特征，这时可以采用并列结合学习模式教学策略（对比）。

例如光合作用和呼吸作用（物质、能量、场所、条件）

4.8 概念图教学策略

什么是概念图？

概念图是一种图解，能够形象地表达命题网络中一

系列概念的含义及其逻辑关系。

类型：层级概念图、环形概念图

概念图与概念结构图、概念流程图之间的关系

CO2 水

光合作用

太阳能 植物

空气 叶片 根 土壤

叶绿素 维管束

需要

来自

运输有有有

有有

生长在

需要 需 要发生在

利用利用

需 要生长在来

自

利用

激 发

概念图的基本类型

线状 环状

概念图的基本类型

树状辐射状

网状

基本组成要素：概念、连线、关联词 基本特征：

层级性交叉连接 具体事例多样性

概念图的制作 选择熟知的知识领域确定该领域中的核心概念 对概念划分层次画出概念图草图 对草图进行修正寻找交叉连接

Inspiration软件介绍

新增概念框

调整字体及大小

或右键调整

布局排列选定同一等级的概念框

EffectAlign

建立连接

概念框 1Link鼠标终于概念框 2

添加连接词

改变箭头方向

右键改变箭头方向（ Reverse Link）

概念图在教学中的应用讲授新课 学习工具巩固复习检测学习效果

“ 染色体组”概念教学案例

1. 学情分析 学生原有知识和生活经验：染色体、同源染

色体、细胞有丝分裂和减数分裂过程、基因等知识，对“组”和“如何分组” 的常识。

染色体数目成倍地增加或减少——染色体数目变异

“ 染色体组”概念教学案例

2. 暴露和了解学生的前科学概念 出示图片，“细胞中有几种形态的染色

体？”

“ 染色体组”概念教学案例

2. 暴露和了解学生的前科学概念 通过设问、判断或创设问题情境来直接暴露 比如单倍体和二倍体，可以提问：何理解

“单倍体”的“单”和“二倍体”的“二”？

“ 染色体组”概念教学案例

2. 暴露和了解学生的前科学概念 教师要进行深入的分析，何组织学生讨论、

组织学生谈话、设计典型问题情境，要围绕核心概念使学生主动参与说出自己的真实想法。

“ 染色体组”概念教学案例

3. 设计情境，对学生的前概念引发认知冲突

“ 染色体组”概念教学案例

3. 设计情境，对学生的前概念引发认知冲突 基础知识回顾 果蝇体细胞中有几条染色体 ? 其中有几对同源染

色体 ? 有几对常染色体和性染色体 ? 雄果蝇通过什么生命活动产生精子 ? 一个精原细胞产生的精子有几种，每种精子里有几条染色体 ?分别为哪几条 ?请

对于果蝇的精子而言，其中的染色体形态大小相同吗 ? 为什么 ?

“ 染色体组”概念教学案例

3. 设计情境，对学生的前概念引发认知冲突 如果我们把控制一种生物生长发育、遗传和变异全部信息，作为一个染色体组，思考：

果蝇体细胞中有几个这样的染色体组 ?下图中又有几个染色体组呢 ?

“ 染色体组”概念教学案例

4. 基于学生的前科学概念对学生的概念重建进行引导

你认为一个染色体组应该具备哪些特点？ 学生总结归纳

“ 染色体组”概念教学案例

5. 过学生应用科学概念的情况检测学生的学习情况

课堂习题练习，要注意给学生充分的思考时间，教师在课前一定要注意习题的选用，一定要有针对性

“ 染色体组”概念教学案例

6. 引导学生进行反思 学生思考总结： 同源染色体、染色体的形态、染色体组的数目有什么联系？

不同形态的一组染色体一定是一个染色体组吗？不同形态的染色体一定不是同源染色体吗？