北京四中郑春和

高中生物新课程研讨 北京四中郑春和 ——概念教学理论与实践

中长期教育工作方针概要

新课程改革现状 学习新课程标准进行各项准备新旧课程过渡准备或起步领悟新课程理念感知新教材体系体验新考纲要求走进新课程课堂教学的概念传递实验教学的引导探究个性发展的自主探究教科研及经验总结深入新课改

一、知识和基础知识 • ㈠知识及分类 • 1.知识的定义 • —— 我国教育家顾明远主编的《教育大词典》中，对知识的定义是：“对事物属性与联系的认识。表现为对事物的知觉、表象、概念、法则等心理形式。” • —— 按照知识性质的不同，学者们将一门学科知识划分为不同的类别。

2.知识的分类 • —— 美国学者布卢姆将一个学科单元知识划分为三类：具体知识、方法性知识和命题性知识

—— 不同学者对知识的分类各抒己见。狭义的知识专指信息的贮存和提取；广义的知识不仅包括信息贮存和提取，也包括信息应用和动作技能等。

㈡高中生物学基础知识 • —— 高中生物新课标将“获得生物科学和技术的基础知识”作为学生学习的具体目标之一。 • 1.基础知识是学生继续学习的必要基础 • —— 主要指课本中以知识单元形式呈现的一般知识 • —— 由基本事实、基本概念和命题，以及科学探究的基本方法等构成 • —— 用于帮助学生理解生命本质和规律，并学会学习和思维的知识体系

2.高中生物学课本知识的划分 • ——事实性知识是人们对生物界客观存在的感性认识 • ——命题性知识是由感性认识上升到理性认识的抽象知识 • ——方法性知识是帮助学生习得学科知识并将知识应用于新情境和问题的技能知识

二、概念与命题 • ㈠概念是反映事物本质属性的思维产物 • 1.概念是理性思维的基本形式 • ——概念是人脑在感觉、知觉和表象的基础上，对感性材料进行去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里的思维加工和改造的产物。 • ——人们只有形成某事物的概念后，才能形成对该事物的判断，并进入对该事物发展变化的推理过程。 • ——概念又是思维成果的结晶。任何新概念的形成都是在一系列判断和推理后产生的，新概念中凝结着由判断和推理获得的新知识。

2.概念的结构要素 • 布鲁纳与他人合著的《思维的研究》一书中指出，“任何概念都具有名称、例证、属性、属性价值、规则等5种要素 • ——名称是指赋予概念的术语，是由单词或短语表述的经验、客体、结构或过程等某类事物的名称。如兴奋、香蕉、细胞膜、光合作用、遗传信息携带者、DNA分子双螺旋结构模型、内稳态、物质循环、能量流动等

——例证是用于辨认某个概念的诸多具体事例。肯定例证是这个概念范畴的实例，否定例证是相关的其他概念范畴的实例。——例证是用于辨认某个概念的诸多具体事例。肯定例证是这个概念范畴的实例，否定例证是相关的其他概念范畴的实例。 • ——例如，“基因突变”是个概念名称，果蝇白眼性状、人类镰刀型细胞贫血症和轻度贫血都是它的肯定例证，猫叫综合征则是它的否定例证。 • ——又如，光合作用和生物氧化是细胞代谢概念的肯定例证，食物消化和营养物质吸收则是细胞代谢概念的否定例证，因为食物消化发生在消化道内，营养物质吸收是生物体与外界进行物质交换的肯定例证。

——属性是指根据一些肯定例证抽出的同类事物的共同特征，有本质属性和非本质属性之分。例如，自然发生的基因突变具有普遍性、结构可变性、多方向性、稀有性、多害少利性等属性，其中，由于碱基对的增添、缺失或改变而导致基因内部可遗传结构的改变是本质属性。——属性是指根据一些肯定例证抽出的同类事物的共同特征，有本质属性和非本质属性之分。例如，自然发生的基因突变具有普遍性、结构可变性、多方向性、稀有性、多害少利性等属性，其中，由于碱基对的增添、缺失或改变而导致基因内部可遗传结构的改变是本质属性。 • ——具有区别作用的本质属性称为标准属性。一个概念不同于另一个概念，在于它包含着具有区别作用的本质属性，这就是解析概念属性的价值。

——规则是阐明概念基本属性的陈述，它包括一个概念的例证、本质属性和非本质属性，其中对概念的标准属性（即关键特征）的陈述就是通常所说的下定义。例如，基因突变是指基因组DNA分子发生的可遗传结构的改变。——规则是阐明概念基本属性的陈述，它包括一个概念的例证、本质属性和非本质属性，其中对概念的标准属性（即关键特征）的陈述就是通常所说的下定义。例如，基因突变是指基因组DNA分子发生的可遗传结构的改变。 • ——概念的定义也是表述一类事物共同的、本质特征的命题句式。例如，细胞是生物体结构和功能的基本单位；酶是活细胞产生的具有催化作用的一类活性物质，主要是蛋白质。

全同关系 交叉关系上位关系：属概念下位关系：种概念包容关系概念关系对立关系并列关系时序关系全异关系集合关系 • 3.不同概念之间的关系 • —— 高中生物学的某些命题网络中往往有多个概念，这些概念之间存在着复杂的逻辑关系 • —— 揭示概念之间关系有助于深入理解概念和构建命题网络，不同概念的关系类型如下：

㈡命题是知识的基本单元 • 1.命题是表达判断的语句 • ——命题是指表述对事物情况作出肯定或否定判断的句子，其表达语义（思想内容）能够被各个认知主体共同理解 • ——一个命题或判断必须是由多个词汇或一系列相关概念构成的 • ——从一个或几个已有的判断得出一个新判断的思维形式就是推理 • ——每门学科知识体系中的原理、法则、理论和模型等都是命题的不同形式

——命题不是指判断（陈述）本身，而是指所表达的语义，即由一个语句表达的能够被各个认知主体共同理解的思想内容的真实性（即真值）。例如，生物大分子以碳链为骨架，活细胞的细胞膜具有选择透过性，渗透是指水分子通过生物膜的扩散过程，都是真命题。——命题不是指判断（陈述）本身，而是指所表达的语义，即由一个语句表达的能够被各个认知主体共同理解的思想内容的真实性（即真值）。例如，生物大分子以碳链为骨架，活细胞的细胞膜具有选择透过性，渗透是指水分子通过生物膜的扩散过程，都是真命题。 • ——在一段时间内，表达判断的语句也可能是不真实的。例如，暗反应是不需要光的反应，低温抑制或使酶活性降低，ATP分子末端的P-O键是高能键，都是伪命题。

2.命题的结构要素 • ——简单命题由一个不能分割的完整句式表达，复合命题是由多个简单命题组成的。如“几乎所有的生物都是以 DNA分子作为遗传信息携带者，所以，DNA是主要遗传物质”由两个支命题构成。 • ——一个简单命题可以拆分为：主项、谓项、联项和量项等不同的构成要素。

㈢核心概念与命题的关系 • 1.核心概念是命题句式中不可替代的词项 • ——例如，自然选择使种群基因频率发生定向改变，决定着生物进化的方向。前个支命题中，自然选择、基因频率是核心概念；后个支命题中，除隐含的自然选择概念外，生物进化也是个核心概念。 • ——上述复合命题中的自然选择、基因频率、生物进化等词义，不能被同义词以外的其他概念所替代，否则命题的词义改变。

2.以核心概念为主体可以组成多个命题 • ——例如，以基因为主体组成的支命题有：基因是控制生物性状遗传的基本单位，基因在染色体上呈线性排列，基因是有遗传效应的DNA（或RNA）分子片段，基因中4 种核苷酸序列代表特定的遗传信息，基因是由编码区和非编码区两部分组成的，基因（依据蕴含的遗传信息不同）分为结构基因和调控基因两大类。 • ——上述6 个支命题，依次表述基因的功能、座位、本质、编码（效应）、结构和分类。这表明核心概念在构建单元知识体系过程中具有基础性、完整性和系统性

3.核心概念的泛化应用 • ——既然核心概念是指命题句式中不可替代的词项，且概念定义也是个命题陈述句，故有人将包容核心概念的命题陈述句泛称为核心概念 • ——泛化应用的核心概念与“前科学概念”和“错误概念”一样，其概念内涵与外延有所拓展。核心概念强调包容某概念的陈述句式；前科学概念指学习者在接受科学教育前积累的一些缺乏概括性和科学性的经验，是一些与科学概念相悖或不尽一致的观念和规则，强调对某概念理解的相异程度；错误概念是和科学概念明显冲突的观念，强调对某概念理解和应用的错误

——泛化应用核心概念的利弊有待教学实践的检验，现举例如下：——泛化应用核心概念的利弊有待教学实践的检验，现举例如下： • 2.1.1 DNA分子以复制方式使遗传信息在传递过程中保持不变 • ⑴遗传信息相同是指DNA分子的碱基对数目及排列顺序相同 • ⑵DNA分子通过复制使得亲代DNA与子代DNA分子所携带的遗传信息相同。 • 2.1.2 细胞中DNA分子复制的方式为半保留复制 • ⑴DNA分子的复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件。 • ⑵DNA分子的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，DNA复制时边解旋边复制，通过碱基互补配对，合成与母链互补的子链。 • ⑶DNA分子复制的结果是由原来的一个双螺旋分子变成了两个双螺旋分子。新形成的DNA分子彼此相同，与亲代DNA分子相同。

三、知识学习形式 • 知识学习基本上是命题学习，概念学习是知识学习的基本形式，解决问题与创造则是知识学习的终极目标 • ㈠概念学习 • 1.要素解析法 • ——概念学习的基本方法，有助于学生理解概念的要素组成 • ——先阅读一个概念定义的陈述句，从中找出具有核心作用的词项，解析词义表达的事物属性，把握其中的本质特征

——依次将概念的各个要素加以概括，形成知识点的层次结构——依次将概念的各个要素加以概括，形成知识点的层次结构 • ——如光合作用是指绿色植物通过叶绿体利用光能，将二氧化碳和水合成储能的有机物（主要是淀粉）并释放氧气的过程。其要素有：①光合作用是绿色植物细胞内有机物合成代谢；②叶绿体是光合作用的场所；③阳光辐射能是光合作用的能源；④CO2和H2O是原料，淀粉等有机物和 O2是产物；⑤光合作用实现两个转变：将光能转化为化学能，将无机物转变为贮存化学能的有机物

2.例证分析法 • —— 一个概念有若干肯定例证，先区分概念的肯定例证和否定例证，识别其中典型的肯定例证 • —— 剖析每个肯定例证的动态变化，用求同法找出相关例证共同的本质变化特征，以下定义形式加以归纳 • —— 例证分析法是学生以概念形成途径习得概念的重要方法 • ——如基因突变概念的生成

CTT TTT CAT GAA AAA GTA • 人类两种血红蛋白异常病变的起因轻度贫血异常(HbC) 镰状贫血异常(HbS）血红蛋白正常(HbA) β-6位赖氨酸谷氨酸缬氨酸 AAA GAA GUA mRNA β链基因转换颠换碱基置换突变

后移前移 • 大肠杆菌乳糖发酵调节基因的两个移码突变型 • ——基因突变是指染色体某座位上的基因内部可遗传结构的改变，是由DNA 分子片段中碱基对的置换、缺失或增添引起的。 • ——狭义上指基因中某个位点的碱基对置换，即位点突变或点突变碱基增添型 5’ GT CTGG CTGG CTGG CTGG C3’ 野生型 5’ GT CTGG CTGG CTGG C3’ 碱基缺失型 5’ GT CTGG CTGG C3’

3.实验探究法 • —— 用于形成某个概念的背景材料，来源于实验探究获得的数据 • —— 通常是在认识一类事物过程中发现和提出问题，围绕问题作出假设，依照课本给出的实验方案进行操作，整理和解读获得的实验数据 • ——运用资料分析法形成相应的概念 • ——如酶及作用特性的学习

酶与Fe3+对过氧化氢分解的催化效率

α-淀粉酶对淀粉和蔗糖的催化作用 蓝色砖红蓝色蓝色

4.演绎法 • ——中学阶段学生通过概念同化途径习得概念的一种方法 • ——学生认知结构中的某个已知概念与未知概念具有包容关系，以已知概念的诸要素为参照，推演未知概念的要素及特征，将新概念纳入原有的概念体系中，或者用新概念充实和完善原有概念体系。 • ——例如，同化作用是生物体从外界摄取营养物质，合成原生质并贮存能量的过程，分为自养型和异养型

自养型与异养型

5.归纳法 • ——由一系列具体事实或概念概括出一个上位概念或集合概念的方法 • ——学习程序是：列出与某事件相关的各种事实，或与某概念相关的下位（子）概念；分析相关事实之间的内在联系和共同的本质特征，或找出各个相关的下位（子）概念的共同属性；以下定义（命题句式）形式陈述其共同的本质特征，生成上位概念 • ——如生物膜系统概念的生成，涉及它的类别、关系、结构与功能的特征，图解如下：

结构上呈 密切联系胞外酶合成与分泌过程功能上呈协调一致

6.图式法 • —— 学生通过图文转换方式习得概念的一种重要方法 • —— 课本用图解呈示生物事件或事物变化过程，学生解读图解信息，揭示事物的本质特征，生成一个概念；课本用文字表述一个概念的内涵，学生在解析概念要素的基础上，用图示表达该概念的本质属性。 • ——如用图解-文字程序习得有氧呼吸的概念，用文字-图解程序习得转录的概念

有氧呼吸特征 • ——有游离氧参加 • ——有机物被彻底氧化分解（终产物为二氧化碳和水） • ——释放能量生成大量的ATP （2817kJ/mol葡萄糖/916.2kJ/30molATP ） • ——主要是在线粒体中进行（其中的ATP生成量占细胞呼吸的93.3%以上）

转录的概念 • ——转录在细胞核内进行 • ——以DNA分子一条链为模板合成RNA的过程 • ——通过转录形成的信使RNA携带着遗传信息，经核膜孔进入细胞质与核糖体结合，是合成蛋白质的直接模板

㈡命题学习方式 • 一个完整的知识学习过程分为：新意义的习得、新意义的保持、新意义的提取三个阶段，命题学习是指一个命题新意义的习得过程及方式 • 以概念定义形式表述一类事物的共同本质属性的二级抽象过程，以及原理、法则、理论和模型等知识的学习过程，都属于命题学习范畴 • 现代教学论将命题学习归纳为：类属学习、总括学习和类比学习三种基本方式。 • 在高中生物学教学研究中，命题学习研究是一个薄弱环节

1.类属学习 • ——有潜在意义的新概念或命题对原有概念或总命题呈下位关系 • ——引导学生迅速重现头脑中原有的知识信息 • ——将获得的新信息与原有概念或命题发生一定的联系，运用比较、归纳、分析和综合等思维加工过程，确认新信息与原有概念或命题之间固有的内在联系 • ——借助于属级概念或命题的固定作用，将新信息纳入原有概念或命题网络。 • ——如减数分裂是一种特殊方式的有丝分裂

有丝分裂对学习减数分裂的固定作用

4 双线结构染色体单线结构染色体相对数量 DNA含量 2 减Ⅰ期减Ⅱ期前间期子细胞 • 减数分裂时染色体数目与DNA含量变化染色体数目加倍交换复制联会单体分开同源分离平均分配

2.总括学习 • —— 以课本呈示与某个事件或问题相关的文字、数据和图表等资料，或学生搜集、教师提供的有关资料为素材 • —— 运用科学思维方式整理、解读资料中蕴含的信息，依据信息性质将其分类 • —— 从处理的各类资料信息中，找出事物本身具有的关键特征，分别用恰当的词项或短语表达判断的原意，再依次用命题的句式陈述 • —— 如生态系统的能量流动模型

分解者 14.6 微量 12.6 幅射能 497 539 J/cm2.a 2.1 生产者 464.6 植食类 62.8 肉食类 12.6 62.8 12.6 29.3 未固定 497 074 18.8 7.5 5.0 293 96.3 呼吸 122.6 未利用 327.3 赛达伯格湖的能量流动资料

生态系统的能量流动过程和特征 • ⑴传递过程 • ——始于生产者固定太阳能（输入能量），沿食物链的营养级依次传递（转移能量），最终以呼吸热的形式散失（输出能量） • ⑵传递数量 • ——系统内传递的能量低于净初级生产量 • ⑶传递方向 • ——单向流动（既不能逆向也不能循环） • ⑷传递效率 • ——逐级递减（遵循1/10法则）

3.比较学习 • ——新信息与原有概念或命题之间具有并列或交叉等特殊关系 • ——先回忆和剖析原有概念或命题的基本要素，参照原有概念要素或命题结构，通过比较、分析和综合等思维加工过程，揭示出新信息与原有概念之间的本质区别和内在联系，并将其纳入相应的命题网络 • ——如光合作用与化能合成作用是自养型概念下相同层次的种级概念，它们之间具有并列关系

光合作用型和化能合成型

4.析因学习 • ——简单命题是由一系列相关概念组成的判断，相关概念其（即词项）之间具有因果关系 • ——选择适当的概念学习方式，分别揭示作为命题主项和谓项的概念特征，运用逻辑推出命题词项之间固有的内在联系，领会命题句式表达判断的词义 • ——原理的要点、规律的论点和理论的观点，多是表达相关事物之间的因果关系，析因学习是主要学习方法 • ——如生物大分子以碳链为骨架，渗透是指水分子通过生物膜的扩散过程，染色体可能是基因的载体，自然选择使种群基因频率发生定向改变

生物大分子以碳链为骨架 • ——根据蛋白质和核酸的结构和功能，用例证分析法揭示生物大分子的本质特征，生成生物大分子的概念 • ——以生物大分子概念特征为依据，判断多糖和脂肪是否生物大分子 • ——解析多肽链、多核苷酸链和多糖链的构成方式，生成碳链骨架的概念 • ——分解该命题句式的词项，理解表达判断的词义

生物大分子的特征

多糖也是生物大分子

生物大分子的碳链骨架

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