生物学教学中促进错误概念转变的策略_袁维新

物技术新产品的评价应建立于与传统产品进行比较的基础之上,如分析比较其表型性状、分子特性、关键营养成分、抗营养因子、有无毒性物质、有无过敏原等特性。对转基因产品的检测方法的研究已成为各国关注的热点,检测技术不仅要求快速准确而且要定性、定量,同时由于新的转基因产品不断出现,使得这类研究增加了难度。欧盟已经成立了由十多个国家组成的研究小组,期望通过分子生物学技术来解决这个难题。我国也开展了这方面的研究,湖南农业大学承担了转基因产品安全性研究的国家级课题,我国农业部也已颁布了《农业生物基因工程安全管理实施办法》成立了农业生物基因安全管理办公室。相信在行之有效的检测方法及管理下转基因植物的育种及转基因产品的开发必将走上良性轨道,真正成为第二次“绿色革命”。

生物学教学中促进错误概念转变的策略袁维新　刘孝华　(江苏省淮阴师范学院生物学系　223300)

大量的教学实践表明,学生在学习生物学课程之前,头脑里并非是一片空白。学生通过日常生活的各种渠道和自身的实践,对客观世界中的各种生物学现象已经形成了自己的看法,并在无形中养成他们独特的思维方式。这种在接受正规的科学教育之前形成的概念一般称之为前科学概念或前概念。

对于前概念,自20世纪70年代以来,西方一些从事科学教学研究的学者经过大量的研究后发现,学生形成的前科学概念由来以久、根深蒂固,这些前概念中有些是对客观世界的朴素观念,更多的则完全与科学概念相悖,因此,人们一般也把前概念叫做错误概念。在生物学教学中,同样会产生各种各样的前概念。例如,把植物的地下部分叫做根;把茎一概视为地上部分;把复叶的小叶当作叶;把植物学上的花冠部分叫做花;把肉质可食的果皮叫做果实,等等。一般来说,学生头脑中的前概念不但会妨碍新知识的理解,而且会导致学生产生新的错误概念。因此,加强对学生的前概念或错误概念的研究就成为教学的一项重要任务。本文拟对生物学教学中的错误概念及其转变作初步探讨。

1　错误概念对生物学概念学习的影响

学生在进入课堂的时候,他们已经在日常生活中建构了大量有关生物或生命的朴素概念。这些前概念有的与科学概念相一致,有利于促进科学概念的形成,但更多的是貌似正确,实际上与科学概念相去甚远的错误概念,从而会严重阻碍他们对科学概念的学习。研究发现,学生头脑中的错误概念有极强的顽固性。学生甚至在学习了生物学课程几周后,又恢复了最初的错误概念。为什么错误概念如此顽固呢?这是因为学生花了相当多的时间与精力建构了自己的朴素理论,他们无论在感情上还是在理智上都离不开它们。学生头脑中的错误概念含有自己对自然界的先入为主的印象,又是自己切身体验的东西,同时,学生又要凭借这种错误概念来认识世界。因此,学生往往对自己早先形成的各种错误概念深信不疑,并试图将这些错误概念迁移到对新环境新现象的解释中去。因此,这种错误概念有很强顽固性,不可能通过传统教学那样的知识传递,就能使学生轻而易举地形成科学概念。笔者曾做过关于初中学生的生物学前概念的调查研究。在调查中,720名被调查者被要求回答几个多项选择题,结果表明:45%的回答者认为菊花是一朵花;仅有24%的回答者认为一粒玉米是一个果实;68%的回答者认为癌症与遗传有关,他们认为癌症有传染性并对此表示忧虑;92%的人担心接触癌症患者会给自己带来危险。这些数据表明,用传统传授方法学习生物科学概念是无效的。

2　促进错误概念转变的理论基础

近十几年来,西方科学教学研究者(波斯纳等)以建构主义思想为指导,对科学概念学习过程进行了深入研究,提出了概念转变学习模式,这是一种新型科学概念学习观,是矫治错误概念,实现错误概念转变的重要理论基础。

波斯纳等人在皮亚杰的认知建构主义理论和库恩(T.S.Kuhn)的“范式更替观”的基础上,提出了概念转变学习的机制:①同化,指学生用自己已有的观念理解新现象的过程;②顺应,指学生转变或重组原有观念以便更好地理解和接受新现象的过程。为了促使学习进行概念转变,他们认为必须提供以下四个条件:①学习者对当前的概念产生不满。假如学生认为他们的概念(错误的)能够解释科学现象,他们可能看不出有转变它们的迫切需要。②学习者必须尽可能地理解科学概念。没有这种最基本的理解,学生就不能评价它们的意义。③学习者必须认为科学概念是合理的。假如概念与保留在学生记忆中的其它概念相矛盾,就不可能引起学生对它们的强烈的关注。④学习者必须认为科

学概念是有用的。它们可用于解释和预测各处现象。根据波斯纳的观点,如果满足了上述概念转变学习的四个条件,学生的错误概念就会被科学概念所替代或改变。

由此可见,所谓概念转变学习,就是学生原有观念改变、发展和重建的过程,就是学习者由前科学概念向科学概念的转变过程。为了促进学生实现概念转变,就要进行概念转变教学。为此,教师必须充分了解学生相关学科的原有知识经验背景,了解学生有哪些错误概念,并充分运用学生的原有概念创设教学中的认知冲突(情境),以此作为引发学生进行概念转变学习的契机。因为要转变学生的错误概念,仅仅告诉学生“正确”的概念是无效的。只有在激励性的情境中,在学生的前概念与科学概念的激烈碰撞中,才能解决前概念与科学概念之间的矛盾冲突,实现由前概念向科学概念的转变。

3　促进错误概念转变的教学策略

如何使学生抛弃错误概念形成科学概念呢?根据前述概念转变学习理论,学习就是学生原有概念的转变、发展和重建,就是学生的前科学概念向科学概念的转化过程。因此,教学的主要任务就是帮助学生像科学家那样去理解事物。发生在学生头脑中的观念转变如同科学发展中的范式转换那样,为此,必须让学生自主发现自己的原有经验与新发现的现象或事实之间的不一致或矛盾冲突,从而反思和修改自己的原有经验和认识,提出或接受(重建)科学的观念(新解释、新假设、新概念)。这是学习者自主建构的过程,是“同化”与“顺应”的统一的过程。在这一过程中,学生才能自主建构起新观念(新概念、新假设、新概念),才能形成科学的认知结构。具体地说,促进错误概念转变必须注意以下几点。

3.1　揭示学生的前科学概念,这是实现概念转变的前提　了解或诊断学生的前科学概念的最有效方法是进行诊断性评价。个别谈访也是一种常用方法。具体地说,在教学中,教师应有意识地引导学生去论及自己的思想。教师不仅可以借此更好地了解学生的已有观念,而且外部的表达也必然会促使学生的自我意识和自我反省,而后者正是概念转变学习的一个必要条件。例如,许多学生对生物进化过程中自然选择存在错误认识,教师可设问:你能说出自然选择的机制吗?学生在回答中必然包括对这一科学问题的理解。如有的学生可能把生物进化过程中发生的适应性变异理解成一种有目的的生物行为等,由此,就能帮助教师弄清学生产生错误观念的原因。

3.2　引发学生的认知冲突,这是实现概念转变的契机和动力　所谓认知冲突,就是学生原有认识结构与新现象之间无法包容的矛盾。学生在学习新的科学知识之前,头脑绝不是一片空白,而是有了形形色色的原有认知结构,在学习新知识时,他总是试图以这种原有认知结构来同化对新知识的理解。当遇到不能解释的新现象时,就会引发认知冲突。一旦引发认知冲突,就能激起学生的求知欲望和好奇心,促使学生进行认知结构的同化与顺应。所以说,引发认知冲突是促使学生实现概念转变学习的契机和动力。

如何引发学生的认知冲突呢?教学中一般采用以下两种策略来引发认知冲突。

(1)通过特殊文本产生认知冲突　古泽蒂等人认为有两种文本,一种是批驳性文本,也就是直接呈示学生的错误观念,然后予以批驳,接着再呈现正常的科学观念。另一种是非批驳性文本。在这种文本中,首先呈示与错误观念无直接关系的新现象、新事实,以此来激活学生头脑中与新信息相关的原有的错误观念,进而促使学生对原有的错误观念与新信息之间的异同点作出比较,由此引发认知冲突。例如,在讲述氧气的运输时,为了激发学生头脑中原有的错误观念(认为氧是溶解在血液中被运输的)与新信息之间的矛盾,教师提供如下具体数据:已知人体约有4000mL血,可溶解约12～15mL的氧。而人体对氧的最低需要量和实际含量是1200～1500mL。这一矛盾事实能引起学生思考,促进学生预期氧在血液中除了以溶解状态存在外,还具有其他存在(运输)形式。而且一定与血液中除水以外的其他组成成分相关。这时,教师及时设问:血液中哪种成分能运输氧气呢?随后,教师再组织学生通过显微镜观察血涂片,发现血液中的成分主要是红细胞,在分析红细胞的结构与成分的基础上,最终“发现”红细胞有运输氧气的功能。由此可见,教师正是通过揭示事实之间的矛盾,来引发学生的认知冲突的。

(2)通过合作学习中学生的讨论与对话引发认知冲突　社会建构主义认为,知识具有社会性,即通过社会性相互作用,可以加速知识的意义建构。在这种社会建构中,认知冲突是由他人的不同观点引发的。对于每个学习者来说,由于对问题的认识的深度和广度不同,对事物的理解都会受到自身条件、认知水平的局限,尤其会受到原有认知结构的影响。因此,对同一问题的认识往往会因人而异,有的较全面,有的较片面,有的较深刻,有的则完全错误。这样,学习者之间就会产生不同观点的对立、交锋,从而引发学习者的认知冲突。即当学习者发现自己所持的观念与他人不同时,他们往往会对自己先前所持有的这些观念产生怀疑,进而引发认知冲突。“处于同样认知水平的同学之间

通过同略有差异的观点与认识的碰撞,各自产生内部的认知冲突,这种认知矛盾的解决将会引起每一个个体内部的知识的重新建构。”总之,只有通过这种认知冲突,学习者才易于接受新的、正确的科学观念,实现错误概念向科学概念的转变。

3.3　鼓励认知顺应,这是实现概念转变的关键　按照皮亚杰的观点,学生改变原有认知结构的主要机制是顺应。所谓顺应,是指对原有认知结构的调整和改变,以便更好地理解和接纳新现象。也就是说,当新知识与原有认知结有较大的差异或矛盾时,必须将原有认知结构进行调整和改变,通过顺应学习才能接纳新知识,解决认知矛盾,实现由原有的前概念向新的科学概念的转变。

在教学中一般可以通过探究性实验来引发和解决认知冲突,实现认知顺应,重建新的生物学概念。例如,关于绿色植物有氧呼吸的概念,大多数学生根据直观经验,误认为绿色植物白天只进行光合作用,晚上才进行呼吸作用。他们认为光合作用比呼吸作用重要,因为光合作用能够合成有机物。为了消除学生这一错误概念,可以让学生做测量绿色植物(白天)有氧呼吸释放二氧化碳的实验。将新鲜绿叶放入锥形瓶内,瓶内注水并用弯管与盛有溴代麝香草酚蓝试剂(BTB)的试管相连接。通过观察学生发现,瓶内产生的气体进入BTB试剂内,试剂逐渐由蓝色变成红黄色,这是由于绿叶通过呼吸作用产生二氧化碳进入试剂的结果。从而使学生认识到绿色植物白天也能进行呼吸作用。这里,实验实际上发挥了两个作用:一是通过实验观察,引发认知冲突,使学生陷入认知失衡状态;二是通过实验现象的观察,进一步确认了科学概念,并修改或转变了原有的错误概念。换句话说,实验使学生通过认知顺应,实现了概念转变,从而建构起新的科学概念。

(本文系江苏省哲学社会科学“十五”规划基金项目“认知建构教学的理论与实践”的阶段成果。)

谈研究性学习与终身教育

石光才　(江苏省如东县丰利级中学　226408)

今天,谁都不能再希望在自己的青年时代就形成足够其享用一生的原始知识宝库,有能力在自己的一生中抓住和利用各种机会,去更新、深化和进一步充实最初获得的知识,使自己适应不断变革的世界。基于此,研究性学习的推出,以其丰富的教育内容、开放的教学空间,把学生从原来标准化和刻板化的学校课程中解放出来,并将为今后的终身教育奠定坚实的基础。1　研究性学习课程标准的多元化,使学生在求知中学做人

研究性学习的评判标准,除了强调知识能力的获得外,更注重突出了情感、态度、价值观的培养目标。以往的传统教学往往割裂了人的各种心理因素,或是片面强调认知,割裂了它与情感、态度的联结,在课程教学中只有认知而无体验,或是片面强调行为习惯的养成,分离其与一定认知、情感倾向之间的关系,学生作为一个人未能完整地进入学习过程,学习的结果当然也不可能是完整人的发展,课程呈现在学生面前的世界也是一个事实世界与价值意义世界二元对立的世界。研究性学习使整个学习过程成为完整生命的投入过程,成为完整心理结构参与的过程。学习的结果不仅是知识的获得、认知水平的提高,尤其关注正确态度、价值观的形成,充分地培养人格成长和道德发展的基础。例如,在观察青蛙的外部形态后,把青蛙放回大自然中,强调爱护动物良好习惯的养成;学习生物圈时,模拟召开“国际保护生物圈”的研讨会,倡导保护环境的生态意识;学习完线虫动物和扁形动物时,以小组为单位,分工合作,调查本地常见的寄生虫病,关注人类健康和良好生活习惯的养成。教育要为人生敷彩,教学要让思想添翼。研究性学习在科学探究的同时,注重心灵世界的丰富、正确态度的养成和价值观的形成,使学生既学会求知,又学会做人,在求知中学做人,在做人的关照中学求知,超越当代,塑造未来,为今后的生存和发展打下基础,这种真善美的尺度将与人的发展整合为一体,贯穿于人的一生。

2　研究性学习施教范围的生活化、社会化,使学习与生存和生命的意义相关联

研究性的案例、问题取材于生活,关注于社会,而传统的学习重书本知识,轻实践知识。斯宾塞说:“局限于书本知识……危害极大!”因为它弱化降低了人的生存能力这一最为基本的东西。研究性学习无可否认地要为学生的未来生活做准备,重视、关注怎样去改善促进学生正在进行中的生活,为学生的将来获得满意的生存、充分的发展所需的所有知识,包括那些与提高生存质量密切相关的大量的有实用价值的知识,以及对社会、环境的可持续发展的知识。生物学研究性学习中选取了学生身边广泛的生活实例:例如调查人类活动破坏或改善生态环境的实例;调查班级学生的近视率,分析其中的原因;收集糖尿病或地方性甲状腺肿病的资料并提出预防的办法;探究食物的保鲜方法等。研究性学习聚焦的是活生生的人的生活,是人的活生生的可持续发展,学习为生存服务,学习为发展奠基,把课堂与社会交融在一起,把学习与生活联系在一起,

生物信息学的现状与前景

余　波　(江西教育学院理学分院　南昌　330029)

摘　要　生物信息学是生物科学中的一门新兴的交叉学科,它运用现代信息技术,在对DNA测序、功能基因组等大量的数据进行分 析的基础上,进行蛋白质结构的模拟与预测,并用于药物设计,将对生命科学的发展起巨大的推动作用。

关键词　生物信息学　人类基因组计划　DNA测序

现代生物学的研究如人类基因组计划、DNA测序、蛋白质结构预测及药物设计等,都会产生大量复杂的生物学数据,要想利用这些数据来揭示生命的本质,就必须运用跨学科的知识和现代科学技术(如计算机技术等)来对生物学信息进行获取、处理、存储、分析和解释等,于是便产生了一门新兴的交叉学科———生物信息学(bioinformatics)。

生物信息学是把基因组DNA序列信息分析作为源头,破译隐藏在DNA序列中的遗传语言,寻找基因编码区,阐明非编码区的实质;同时在发现新基因信息的基础上进行蛋白质空间结构模拟和预测,并依据特定蛋白质的功能进行药物设计。

生物信息学的研究目标是揭示“基因组信息结构的复杂性及遗传语言的根本规律”。它是当今乃至整个21世纪自然科学和技术领域中“基因组”、“信息结构”和“复杂性”这三个重大科学问题的有机结合。这方面的研究不仅有助于认识遗传语言,读懂人类基因组全部DNA序列,认识人类自身,而且也必将有助于揭示“信息结构”和“复杂性”的深刻内涵,以及遗传、发育和进化的联系,大大丰富和发展现有的物理学、生物学、化学、数学、计算机科学、信息科学和系统科学的理论和方法,从而推动学科群的发展。

1　生物信息学的主要内容

1.1　基因组信息学　基因组信息学是生物信息学的源头和基础。美国人类基因组计划的最初文本中,对基因组学有这样的定义:它是一个学科领域,包含着基因组信息的获取、处理、存储、分配、分析和解释的所有方面。

1.1.1　DNA测序的信息分析　大规模测序是基因组研究的最基本任务,它的每一个环节都与信息分析紧密相关。图1给出了一个典型大规模测序及信息处理的流程图。图中清楚地显示从测序仪的光密度采样与分析、碱基读出、载体标识与去除、拼接与组装、填补序列间隙到重复序列标识、读框预测和基因标注的的每一步都是紧密依赖基因组信息的软件和数据库的。

通过DNA测序的信息分析,可以将已知基因的序

本期导读

实践证明,我们的学生在学习生物学课程前,已经在日常生活或自身的实践中,形成了大量有关生物或生命的朴素概念,这些有的与科学概念相一致,有利于促进科学概念的形成,但有的则是与科学概念相去甚远的错误概念,如不给予重视和转变,则可能严重阻碍他们对科学概念的学习。“生物学教学中促进错误概念转变的策略”一文在分析学生的错误概念对生物学概念学习的影响的基础上,提出了促进错误概念转变的教学策略,可供生物学教师应用或参考。

“中学生生物学兴趣的分层及培养”一文通过对中学生物学教学现状的分析,按中学生对生物学的喜好程度进行了“兴趣分层”,将之归纳为“无趣—有趣—乐趣—形成稳定态度—志趣”几个阶段,并对这些不同层次的学生提出了“分层培养”的建议,以最大程度地提高学生学习的积极性。这种按中学生个体差异分层培养他们的兴趣,进行有的放矢的因材施教,也是促进学生生物学学习的重要途径之一,可供其他生物学教师参考。

现实生活中的“问题”很多,随便地提出几个问题并不难,但是要提出有科学意义的问题却很不容易。对于中学生来说,能否发现问题、提出问题主要依据于教师在教学中对问题情境的创设。“科学探究中问题的创设”一文联系问题理论及教学实际,提出了问题情境创设的基本方法,提出问题的过程,以及教学中发现问题、提出问题应注意的方面等,可供生物学教师在实践应用中参考。

“美国科学教育标准中的生命科学教育”一文介绍了美国相关教育领域对各年龄段的学习者或学生,其中包括幼儿园～四年级、五年级～八年级、九年级～十二年级学生对生命科学学习的不同内容和要求,并对教师提出了应用讨论、实验探索、实践、信息探索与总结等方法,引导学生开展积极主动和延伸性科学探究的要求,有利于中学生生物学教师了解国外教育动态,也可供有关教师在实践中参考。