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1、,生物学核心概念的界定和基本划分以现行人教版高中必修教材为例日期：2012-01-30来源： 作者：朱晓林字体：大 中 小 摘要 作为学科知识教学核心的生物学核心概念目前尚未有明确的界定。本文通过对中外课科学和生物学程标准的分析提出，生物学核心概念是教师或学生对生物学核心问题的相对本质的认识或看法。在此基础上，作者根据人教版高中生物必修教材尝试提出了一系列高中生物学核心概念及部分教学建议。关键词 生物学; 核心概念；界定；划分; 高中教材 高中生物新课程对教师的教和学生的学都提出了更高的要求，无论是从培养适应未来人才的能力迁移角度，还是从提高课堂教学效率、整体把握学科思维的角度，甚至从引领关键
2、性核心建构以减轻学生过繁的课业负担的角度，加强核心概念教学都具有十分重要的理论和现实意义。1问题的提出1.1问题提出的背景：知识爆炸的年代要求基础教育更加注重学科核心概念的教学。在实施新课程的背景下，它既是减轻学生课业负担的要求，又是提高教学效率的关键。普通高中生物课程标准（实验）（以下简称标准）指出“注重使学生在现实生活的背景中学习生物学，倡导学生在解决实际问题的过程中深入理解生物学的核心概念，并能运用生物学的原理和方法参与公众事务的讨论或作出相关的个人决策，”。我国正在进行较大规模的高中生物学核心概念的教学研究，但究竟什么是生物学核心概念，大家尚未形成较为统一的认识，这就给核心概念的教学带
3、来较大的困惑。1.2目前对高中生物学核心概念的几种较为普遍的认识：通过查阅各种资料，特别是网络资源，我们发现，国内最常见的一种观点认为概念即名词或定义，核心概念就是重点概念或名词。因此蛋白质、核酸、光合作用、呼吸作用、中心法则、生态系统等等，都被视为核心概念，这种认识被许多一线教师认同。按照这一观点难免将核心概念和一般概念混淆。另外一种观点认为：核心概念即重点知识或核心知识，例如持这种观点的人认为，光合作用作为核心概念，不只是简单的名词，同时是与光合作用相关的知识的总和，只不过是用这样一个名词来代替罢了。许多骨干教师甚至相关生物学科专家也认同这种观点，他们认为核心概念的核心地位可以借用奥苏博尔
4、的上位概念和下位概念来解释，认为核心概念属于上位概念，具有一定的统摄作用，它可以统领一般概念或下位概念，这样就构成了一个知识体系，可以用概念图来表示。但这难免将知识和概念混淆，而事实上，上位概念不一定是核心概念，毕竟上位和下位是相对的。北师大的刘恩山教授认为“核心概念是基于整个课标某个主题的知识框架中概括总结出来的，强调概念之间的关联与概念体系的结构。”刘教授也指出：“查阅各国教育文件发现，少有直接给出概念名词及其定义，大多是将概念放在一定的背景中，将希望这个学生掌握到的理解程度用完整句子、小段落的形式表述出来，这样的表述方式更易于学生理解和掌握概念的内容及其意义。”按照加拿大安大略省颁布的1
5、8年级科学与技术课程标准（2007修订版）的描述，“核心概念”（加拿大称之“重要概念”）是指超越于零散的事实和技能而集中在概念、原理和过程上的；是学生忘掉一些学过的具体事物之后，仍然能长期保留的广泛而重要的理解。由此看来，对于生物学核心概念的界定和划分目前还没有统一的认识，但这正是我们研究的意义所在。1.3对生物学核心概念进行统一界定和划分的必要性 首先，我们只有明确了什么是生物学核心概念，才能够知道如何进行生物学核心概念的教学，这是从教的方面看。另外，从学的角度看，如果不同的学生对生物学核心概念的理解不同，对生物学核心概念的掌握程度自然差异较大。如果没有统一的生物学核心概念界定，无论从教师教
6、的方面还是从学生学的方面，要达到新课程标准对生物学核心概念的要求将十分困难。统一的生物学核心概念的认识和界定能够在教和学两方面发挥作用，使教师明确教什么，教到什么程度，学生知道学什么，学到什么程度，而对生物学核心概念的教的标准和学的要求至少应该是一致的。2如何界定生物学核心概念我们还是先看美国国家科学教育标准中生命科学标准内容（见表1）。表1 美国国家科学教育标准中生命科学标准内容年级幼儿园至4年级58年级912年级标准内容生命体的特性 生命体的生命周期生命体与环境生命系统的结构和功能繁殖与遗传调节机制与行为人口与生态系统生命体的多样性与适应性细胞遗传的分子基础生物进化生命体的相互依赖性生命系
7、统中的物质、能量和组织生命体的行为从上述内容我们不难看出，尽管各个年级的标准不同，但都是从不同层次上认识生物学的核心问题，即生物的形态结构功能、生长发育繁殖和代谢、遗传进化和调节、人与环境的关系等生物学最基本又最核心的问题。我们进一步分析基于美国国家科学教育标准的美国加州公立学校科学框架(Science Framework for California Public Schools Kindergarten Through Grade Twelve，1990)中生命科学框架：它共分三部分即A生物体、B细胞、遗传和进化及C生态系统，每一部分又提出多个相应的核心问题（见表2）表2 美国加州公立学校
8、科学框架中的核心问题科学标准内容核心问题A生物体A-1生物体的基本特征是什么？A-2生物体的结构是如何完成相应功能，并且相互作用，共同维持生物体生长及其它生命活动的？A-3生物之间的关系是怎样的？如何对生物进行分类？A-4人与其它生物如何相互作用？B细胞、遗传和进化B-1什么是细胞？它的结构组成和功能是什么？细胞是如何生长的？生命和代谢的化学基础是什么？ B-2生命的特征是如何在前后代传递的？遗传如何决定生物个体的发育？B-3随着时间的推移，生命是如何变化进而形成多样性的？生物进化的过程和类型如何表征？C生态系统C-1什么是生态系统？生态系统中的生物是如何相互作用的？C-2生态系统中的能量是如
9、何流动的？C-3生态系统如何变化？C-4人类对生态系统所负的责任是什么？我们再看不同年级的学生对同一问题的不同解答（也就是学生学习后应达到的认识水平）。（见表3）表3 美国加州公立学校科学框架中关于核心问题的不同解答核心问题及回答年级A-1生物体的基本特征是什么？幼儿园至3年级生物体具有区别于非生物体的特征（如生物吸收营养、排出废物、繁殖并对环境刺激做出反应等），它们是由可观察、可研究的较小的结构组成（例如，鸟有喙、翅膀、足和羽毛），这些结构自身又是由更小的可观察的结构组成（例如鸟的翅膀有羽毛、皮肤和骨骼）。所有的生物都需要营养，如食物、水和空气。假如缺乏这些资源，生物体就会死亡。36年级生物
10、都是由细胞构成的，或者它们太小，甚至不如一个细胞大，但它们仍能像比较大的生物体一样完成细胞特有的功能。生物体生长、代谢、繁殖并与环境相互作用。所有生物营养和生长都需要食物和水，呼吸需要气体。植物和某些单细胞生物一样能够利用光能和土壤中的营养和水通过光合作用制造食物。其他生物依靠吃其他的生物或化合物获取食物中的能量。生物以多种方式依赖其他生物。69年级所有生物都有决定生长和发育的遗传物质DNA和RNA。因为所有的生物有遗传物质，所有它们一定有具DNA和RNA共同的原始祖先。消化、呼吸、代谢、水调节和生殖是生物体共有的功能，除最简单的生物，生物体都有专门的组织、器官和系统来完成这些功能。生物利用非
11、生物物质构建自身结构使之能够完成相应的功能。碳、氮、氧和二氧化碳以及其他营养的循环是生物利用外界物质生长和维持自身生命活动的过程。912年级所有生物都具有共同的遗传物质DNA和RNA。这一特征昭示了生物的统一性和具有共同的进化来源。生物体的结构、循环和过程等各种特征都需要能量的推动和维持。按照上述思路，我们可以看出，教育发达的美国加州其生物教学的目标十分明确，就是要帮助学生理解生物学最核心的问题，使学生能够在不同层次上对生命的本质做出相对正确的解释。这种教学就是核心概念的教学。因此，我认为：生物学核心概念是教师或学生对生物学核心问题（生命实质问题）的相对本质的认识或看法，通常用陈述句来表示。这
12、里的“概念”，实际上是认识或看法或解释，一般用陈述句来表示；这里“核心”是指生物学的核心问题，无论是哪个年龄段的学生，它们所面对的生物学核心问题是一致的，都是关于生物最本质的问题，即结构和功能、遗传和进化、生物与环境等；这里的“相对”有两层含义，一是人们对真理的认识是相对的，二是不同年龄段的学生对生命本质的认识是相对的，所以对同一生物学本质问题就有了不同层次的认识和看法。生物学核心概念具有统领具体概念和事实概念的作用，因为具体概念接近于或等于事实性概念，而核心概念则是超越于具体、事实性概念的认识。需要指出的是，关于生物学的核心概念在欧美许多国家已经通过科学内容标准的形式固化下来，并配以具体内容
13、的描述，这样就为教师的教和学生的学提供了法律依据，例如美国加州科学内容标准（Science Content Standards,1998）912年级生物学“遗传和进化”部分的描述(见附录1)。对于这样一种个人观点，我们还可以用最新修订的我国小学科学课程标准中关于核心概念的认识来加以佐证（见附录2）。3对高中生物学核心概念划分3.1高中生物学核心概念划分的依据：首先，从教学内容和要求上，遵循高中生物课程标准的基本要求和标准，不增减内容；其次，从核心概念的顺序和逻辑关系上，以人教版必修教材相应的章为顺序（因为这里的每一章都有比较明确的主题，同时最为接近单元），其逻辑关系自然遵循教材内在的逻辑关系；
14、第三，在语言的表述上，参照英美国家的科学内容标准，对核心概念的描述尽可能使用陈述句，并做到简明扼要、高度概括，有些章节的核心概念甚至做了合并，如模块一第四、五章；第四，对核心概念的描述，尽可能符合高中阶段学生对生命本质的认知特点；第五，仅对人教版必修三个模块中的核心概念进行了提炼，不涉及选修教材，主要考虑生物学核心概念只是对生物科学知识而言，不包括技术和社会的范畴。因此，必修中的某些模块也没有核心概念，如模块二第六章“从杂交育种的基因工程”、 模块三第六章“生态环境的保护”等。3.2高中生物学核心概念的划分：首先看模块一分子与细胞，共六章，提炼出5个核心概念（见表4）。表4 分子与细胞模块的核
15、心概念章及名称核心概念第1章 走近细胞细胞是最基本的生命系统，生命系统既有统一性，又有多样性第2章 组成细胞的分子细胞是由物质分子组成的，不同的物质承担不同的作用第3章 细胞的基本结构细胞是物质分子的有机结合体，细胞的各种结构既分工又合作第4章 细胞的物质输入和输出细胞的生命活动需要物质和能量的推动第5章 细胞的能量供应和利用第6章 细胞的生命历程细胞有一个发生、发展、变化的过程，甚至还能够发育成一个新的个体（即细胞具有全能性）再看模块二遗传与进化，共七张，提炼出6个核心概念（见表5）。表5 遗传与进化模块的核心概念章及名称核心概念第1章 遗传因子的发现性状遗传是基因传递的结果，而且这种传递是
16、有规律的第2章 基因和染色体的关系基因在染色体上第3章 基因的本质DNA是遗传物质，遗传信息的传递是通过DNA复制实现的第4章 基因的表达遗传信息的表达是通过转录和翻译实现的第5章 基因突变和其他变异可遗传的变异是遗传物质改变的结果第6章 从杂交育种的基因工程第7章 现代生物进化理论生物的进化是在自然选择作用下种群基因频率定向改变的结果最后看模块三稳态与环境，共六章，提炼出4个核心概念（见表6）。表6 稳态与环境模块的核心概念章及名称核心概念第1章 人体的内环境与稳态人体内的细胞需要相对稳定的生存环境（内环境）第2章 动物和人体生命活动的调节高等动物和人体的稳态是通过体液调节、神经调节和免疫调
17、节实现的第3章 植物的激素调节植物生命活动受多种植物激素的调节第4章 种群和群落第5章 生态系统及其稳定性具有复杂结构的生态系统可以通过能量流动、物质循环和信息交流实现其相对稳定第6章 生态环境的保护这样，必修模块共15个核心概念，我们的教学目标就是帮助学生构建上述核心概念，并在此基础上形成相应的生物学观念。3.3关于高中生物学核心概念教学的几点建议3.3.1注意核心概念教学和一般概念教学的区别和联系：首先，生物学核心概念的教学不是一节课就可以完成的，即便是最简单的一个核心概念，通常也需要多节课甚至是更长时间的多角度的学习才可以形成的认识。这从我们以章来提炼核心概念来看很容易理解，核心概念的教
18、学应该是单元教学，或者说至少是以章（或主题）为单位的教学。其次，重要的生物学名词虽然不是核心概念，但一定是构建生物学核心概念的重要基石。核心概念的教学实际上是建立在一般概念、原理和规律之上的对生物学核心问题认识和理解的构建。总之，按照奥苏泊尔的学习理论，生物学核心概念的学习属于上位学习，是在归纳推理的过程中进行的，或者是在当呈现的材料要以归纳方式组织的时候进行的，因此需要大脑不断地抽提和超越原有的认知水平，这是需要时间和经历的。3.3.2在明确核心概念的基础上，认真梳理支撑本章核心概念的一般性概念、原理、规律和事实等知识，并组织相应的教学内容和方法。例如，我们要帮助学生形成“细胞是最基本的生命
19、系统，生命系统既有统一性，又有多样性”这一核心概念，至少应认真完成下表中相应的一般概念和事实的教学。（见表7）表7 第1章中围绕核心概念的一般概念和事实梳理章及名称核心概念教学中的一般概念和事实第1章 走近细胞细胞是最基本的生命系统，生命系统既有统一性，又有多样性系统的概念生命系统的层次、细胞是最基本的生命系统细胞的类型、原核细胞和真核细胞的比较细胞学说的建立、细胞的多样性和统一性实验：使用高倍显微镜观察几种细胞3.33教材中的每一自然节中通常没有核心概念，只有重要的概念、原理、规律和事实等核心知识，因此，核心概念也不是核心知识，核心概念的教学不同于一般的概念教学或核心知识的教学。在新授课上，
20、教学主线基本上是沿着生物学事实、概念、规律或原理进行的，多节课甚至整学期的课都为核心概念的构建服务，而复习课则可以在核心概念的指导下，自上而下地梳理核心概念的支撑点（知识点）。3.3.4不同年级的生物学核心概念的表示可以有所不同，但同一个年级相同的内容其核心问题应该是相同的，因此其核心概念的表示也应该是相同的，至少应该是相似的，这就需要在对生物学核心问题有比较深入的认识的基础上，同时有较强的语言驾驭能力，能够用较为简短的陈述句概括出对核心问题的相对本质的认识。因此，希望相关专家参照美国加州科学内容标准等尽快制定我国的中学科学课程标准，进一步提高我国科学教学的水平和质量。事实上，以原国家教委副主
21、任韦钰博士为首的专家学者最新修订的小学科学课程标准已经开了个好头。3.3.5生物学核心概念的教学只是生物学教学的一个方面，主要侧重教师通过科学知识的教学，使学生形成对生命本质的相对正确的认识，在此过程中，科学方法和技能的传授也是非常重要，学生通过科学探究认识世界并形成对世界的看法即世界观。附录1 美国加州科学内容标准（Science Content Standards,1998）912年级生物学“遗传和进化”部分的描述核心概念具体描述遗传学2.在一个种群中，突变和有性生殖导致可遗传的变异。为理解这一概念，a.学生应该知道减数分裂是有性生殖的一个早期步骤，期间成对的染色体分离和自由组合，使产生的
22、配子只含其中一条染色体。b.学生应该知道在多细胞生物体内只有某些细胞进行减数分裂。c.学生应该知道用染色体如何自由组合解释在配子中特定基因出现的概率。d.学生应该知道通过雌雄配子的结合（受精作用）在合子中产生新基因组合。e.学生应该知道为什么个体大约一半的DNA序列来自一个亲本。f.学生应该知道在决定性别中染色体的作用。g.学生应该知道如何根据亲代的基因组成来预测合子中等位基因的可能组成。3.多细胞生物自一个合子发育而来，它的表现型依赖于它的基因型，而其基因型是在受精时建立的。作为理解这一概念的基础，a.学生应该知道如何在杂交试验中通过亲本的基因型和遗传模式（常染色体或伴性遗传，显性或隐性遗传
23、）来推测子代的表现型。b.学生应该知道孟德尔分离定律和自由组合定律的遗传基础。c.学生应该知道如何根据系谱图展示的表现型来推测可能的遗传方式。d.学生应该知道如何利用减数分裂中关于交换频率的资料估计基因座位的遗传距离并解释染色体的基因图。4.基因是包含在每一种生物DNA序列中的一系列指令，它决定了特定物种蛋白质的氨基酸序列。作为理解这一概念的基础，a.学生应该知道通过核糖体利用转移RNA翻译信使RNA上的遗传信息进而合成蛋白质的一般途径。b.学生应该知道如何利用遗传密码从RNA上的密码序列预测氨基酸序列。c.学生应该知道一个DNA上基因如何突变可以或不可以影响基因的表达或影响编码蛋白质的氨基酸
24、序列。d.学生应该知道多细胞生物种细胞的分化通常是由于基因表达的不同，而不是基因自身的不同。e.学生应该知道一种蛋白质在氨基酸数量和排列顺序上不同于另一种蛋白质。f.学生应该知道具有不同氨基酸序列的蛋白质具有不同的形状和化学性质。5.细胞中的遗传组成能够通过植入外源DNA而发生改变。作为理解这一概念的基础，a.学生应该知道DNA、RNA和蛋白质的一般结构和功能。b.学生应该知道如何利用碱基互补配对原则解释DNA在半保留复制中的精确性和遗传信息从DNA转录至RNA的精确性。c.学生应该知道如何利用遗传工程（生物技术）生产丰富的生物医药和农业产品。d.学生应该知道如何利用基本的DNA技术（限制性核
25、酸内切酶、胶体电泳、连接酶和转录）构建重组DNA分子。e.学生应该知道如何将外源DNA分子插入细菌细胞从而改变其遗传组成并支持新的蛋白质产品的表达。进化7.种群基因频率依赖多种因素并且在一定时期内稳定或不稳定。作为理解这一概念的基础，a.学生应该知道为什么自然选择作用于生物的表现型而不是基因型。b.学生应该知道为什么等位基因在纯合子中致死、在杂合子中携带从而维持基因库。c.学生应该知道新的突变在基因库中不断产生。d.学生应该知道物种中的变异增加了在变化的环境中某些个体生存的可能性。e.学生应该知道种群中哈德温伯格平衡成立的条件和为什么这些条件在自然界中不可能出现。f.学生应该知道如何在知道表现
26、型频率的前提下，解哈德温伯格方程来预测种群中基因型的频率。8进化是在不断变化的环境中基因变化的结果。作为理解这一概念的基础，a.学生应该知道自然选择如何决定生物类群不同的生存方式。b.学生应该知道物种的多样性至少增加了某些生物在变化的环境中生存的机会。c.学生应该知道在一个种群中遗传漂变对生物多样性的影响。d.学生应该知道生殖隔离和地理隔离影响物种形成。e.学生应该知道如何分析化石证据f.学生应该知道如何利用比较胚胎学、DNA或蛋白质序列比较和其他独立来源的资料创造一个分支图以展示生物之间可能的进化关系。g.学生应该知道几种独立的分子时钟，相互校正，并结合各种化石证据，估算各种生物大约多久以前
27、从另一种生物进化分歧进化而来。附录2：以原国家教委副主任韦钰博士为首的专家学者最新修订的小学科学课程标准的“科学内容标准包括物质科学、生命科学、地球科学和技术四大领域的相关基础知识。内容标准确定了24个核心概念，其中涉及生命科学的核心概念有：为了维持生存，生物体需要不断和外界交换物质、能量和信息 植物能够制造养分以维持自身的生存，并为动物和人类提供生存需要的氧气和养分动物能适应环境，通过获取植物和其他动物的养分来维持生存人类有一个具有高级功能的脑 植物和动物都能繁殖后代，使各自的物种得以延续动植物之间有相互依存关系 地球上存在着不同的植物和动物生物的多样性。从上述七条核心概念来看，依次是对生物
28、代谢、生物之间的关系、生物的适应性、生物的繁殖以及生物多样性等生物学核心问题的最基本的认识。参考文献1美国国家科学教育标准，科技文献出版社，年出版2. 小学科学课程标准（修订稿），人民教育出版社，2008年出版3. SCIENCE FRAMEWORK for California Public Schools Kindergarten Through Grade Twelve，Adopted by the CALIFORNIA STATE BOARD OF EDUCATION,Published by the CALIFORNIA DEPARTMENT OF EDUCATION,Sacramento，19904.SCIENCE CONTENT STANDARDS, Adopted by the California State Board of Education, California Department of Education,October 19985.普通高中生物课程标准，人民教育出版社，2003