科学概念教学五要素

科学概念教学五要素李高峰　唐艳婷　(陕西师范大学生命科学学院　西安　710062)摘　要　科学概念教学的五个基本要素是概念的语词、内涵、外延、例证及其前科学概念。

语词是概念的符号,语词和概念之间并不是一一对应的。

内涵和外延是概念的两个基本特征。

内涵是概念的含义,是通过定义的方法来界定的;外延是概念的全部对象,是通过划分的方法来明确的。

概念的例证是形成科学概念的必要支持。

前科学概念是科学概念教学的重要课程资源。

关键词　科学概念　教学要素　概念教学 科学概念是客观事物的共同属性和本质特征在人们头脑中的反映,是对科学事物的抽象,是人们观察、实验和思维相结合的产物,是组成科学知识的基本单元,是形成科学学科结构的基础[1]。

进行科学概念的教学,提高概念教学的效率,要关注与科学概念相关的五个基本要素———科学概念的语词、内涵、外延、例证及其前科学概念。

1　科学概念的语词概念是人们认识的结果,它反映客观事物的思想;语词是一些表示事物或表达概念的声音与笔划;“概念是语词的思想内容”,“语词是概念的语言形式”[2],概念与语词是密切联系的。

概念的存在,必须依附于语词;不依附于语词的赤裸裸的概念是不存在的。

语词的学习属于表征学习的范畴,即学习单个符号或一组符号的意义;表征学习是概念学习的基础和前提。

语词和概念之间并不是一一对应的。

1.1　同一概念可以用不同的语词来表达　语词是民族习惯的产物,不同的民族用来表示同一事物的语词可以是不同的,如中文和英文对同一概念就是用不同的语词来表达,像“细胞”和“cell”、“脱氧核糖核酸”和“DNA”、“基因”和“gene”、“反射”和“reflex”,两者都表达相同的概念。

有时,在同一民族语言中,也常常用不同的语词来表达同一概念。

如生物多样性保护的方式之一“易地保护”也称为“迁地保护”;又如“过敏反应”、“超敏反应”和“变态反应”三词都表达同一概念。

1.2　同一语词也可以表达不同的概念　同一个语词在不同的语境中可以表达不同的概念,即一词多义,必须结合具体语境加以理解。

例如,“白头翁”既可以表达一种鸟,也可以表达一个老头;“杜鹃”既可指一种叫“杜鹃”的鸟,也可以指一种叫“杜鹃”的花。

另外,许多科学概念都有狭义和广义之分。

如“新陈代谢”,狭义指生物体活细胞中全部有序的化学变化;广义指生物体与外界环境之间的物质和能量的交换以及生物体内的物质和能量的转变过程[3]。

又如“翻译”,既指“把一种语言文字的意义用另一种语言文字表达出来”,也指“做翻译工作的人”,在生物学中还指“游离在细胞质中的各种氨基酸,以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质”的过程。

2　科学概念的内涵概念的内涵,“就是概念所反映的事物的特有属性”[2],又称概念的含义;内涵是概念的质的规定性,它表明概念所反映的对象“是什么”。

任何一个概念都是有内涵的。

在科学教学中,科学概念常常是通过对“事物的本质特征”或其内涵的“确切而简要的说明”[4]来界定的,也就是概念的定义。

定义是“揭示事物的特有属性(固有属性或本质属性)的逻辑方法”[2]。

定义的方法主要有两种:2.1　属加种差定义　“属加种差的定义,就是定义项是由属与种差组成的定义”[2]。

例如,“基因”的定义“基因是有遗传效应的DNA片段”,被定义项是“基因”,定义项是“有遗传效应的DNA片段”,即被定义项(基因)=属(DNA片段)+种差(有遗传效应的)。

定义“表现型是指生物个体表现出来的性状”,定义项是由属“性状”与种差“生物个体表现出来的”组成的。

科学概念的定义还常用事物发生或形成过程中的情况作为种差,这种定义方法称为发生定义。

如“转录”的定义“RNA是在细胞核中,以DNA的一条链为模板合成的,这一过程称为转录”[5];“二肽”的定义“由两个氨基酸分子缩合而成的化合物,叫做二肽”。

发生定义中,还有一些以事物发生的原因作为种差,称为因果定义。

例如,“光合作用第一个阶段中的化学反应,必须有光才能进行,这个阶段叫做光反应阶段”;“(人类的红绿色盲、抗维生素D佝偻病的遗传表现与果蝇眼色的遗传非常相似,)它们的基因位于性染色体上,所以遗传上总是和性别相关联,这种现象叫做伴性遗传”。

2.2　语词定义　“语词定义就是规定或说明语词的意义的定义”。

有的科学概念是说明的语词定义,如“ATP是三磷酸腺苷的英文名称缩写。

……其中A代表腺苷,P代表磷酸基团,……ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物”;“出生率是指在单位时间内新产生的个体数目占该种群个体总数的比率”。

有的科学概念是规定的语词定义,之所以要规定,是因为在科学研究中,有些词或词组太长了,说起来或写起来很不方便,就用一个简短的词或词组去代替它,有时是造出一个词或词组,并给它规定一个意义[2]。

如,“孟德尔把F1中显现出来的性状,叫做显性性状”,“未显现出来的性状,叫做隐性性状”;“种群经过一定时间的增长后,数量趋于稳定的增长曲线,称为‘S’型曲线”。

3　科学概念的外延概念的外延,“就是具有概念所反映的特有属性的事物”[2],即具有概念所反映的本质属性的全部对象。

外延是概念的量的规定性,它表明概念所反映的对象“有哪些”。

例如,生物群落指的是“同一时间内聚集在一定区域中各种生物种群的集合”,“生物群落”这个概念的外延,就是具有这些特有属性的对象;“生态系统”这个概念的外延,就是具有如下特有属性的所有对象,即“由生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体”。

要使概念的外延明确,特别是一个概念的外延有很多甚至无穷的事物的时候,我们不能一一列举这个概念所表示的事物;概念的外延,是用划分的方法确定的,即“把一个概念的外延分为几个小类的逻辑方法”[2]。

例如,根据细胞内有无以核膜为界限的细胞核,把细胞分为真核细胞和原核细胞;生态系统的外延,包括自然生态系统和人工生态系统。

但是并不是所有的概念都有外延。

真实概念,如“细胞”、“鸟”、“体液”、“突触”,在客观世界中存在有相应的事物,它们是有外延的。

虚假概念,由于在客观世界中不存在相应的事物,它们是没有外延的[2]。

例如,“凤凰”是百鸟之王,羽毛美丽,雄的叫凤,雌的叫凰”,此概念有内涵,但其仅是古代传说中的鸟,是一种主观的虚构,在客观世界中没有相应的事物,它没有外延;此外还有“鬼”、“神”、“龙”等。

相反,已经灭绝的物种,如冰岛大海雀、北美旅鸽、南非斑驴、澳洲袋狼、台湾云豹,虽说在地球上再难觅其踪影,但其并不是虚构的,其概念仍是真实概念,仍然有明确、具体的外延。

4　科学概念的例证内涵和外延是概念的两个重要方面。

概念的内涵规定了概念的“质”,概念的外延规定了概念的“量”;但是,在概念教学中,通过对概念的“质”和“量”两方面的学习,常常难以形成科学概念。

科学概念的掌握,还需要概念的例证的支持。

概念的例证包括正例、特例和反例。

4.1　概念的正例　概念的正例指的是包含概念所反映的本质属性的具体事物,是概念所反映的具体对象,即包含概念的本质特征的肯定例证。

概念的外延是一个集合,概念的正例是这个集合中的元素;概念的外延是整体,概念的例证是个体;概念的外延是一个范围,概念的例证是此范围中的具体事例。

总之,概念的外延是笼统的、抽象的,概念的例证是具体的、明确的。

在概念教学中,列举概念的肯定例证,有利于学生分析、概括。

以“生态系统”的概念为例:“由生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体,叫做生态系统”[7],“生态系统”的例子(正例)有:一个池塘、一片草地、一块农田、一片森林、一条河流等。

“病毒”的正例有脊髓灰质炎病毒、艾滋病病毒、肝炎病毒、烟草花叶病毒、噬菌体等。

4.2　概念的特例　概念的特例指的是特殊的例子,属于概念的外延这一集合,但它不具有或不完全具有概念所反映的本质属性。

其特殊性在于,从概念的内涵上来看,它不符合“概念的质的规定性”,但从概念的外延上来看,它是这一概念的对象。

在概念教学中,忽略特例,往往会导致概念的内涵混淆,外延扩大或缩小。

所以,应列举充分和典型的特例。

例如,微生物是一类形体微小、结构比较简单,一般要借助于显微镜或电子显微镜才能观察到的一大类微小生物的总称。

“微生物”的特例就有蘑菇、银耳、黑木耳、金针菇等。

这些生物,形体并不微小,但它们都属于微生物。

又如,真核生物的细胞一般都有细胞核,但高等哺乳动物成熟的红细胞没有;植物细胞有叶绿体,但根尖细胞没有;一般的酶具有专一性,固氮酶例外。

4.3　概念的反例　反例指的是不具有某种属性的具体事物,即不在某一概念的外延中。

反例属于与某一正概念相对的负概念的外延。

运用反例可以加深学生对(正)概念的准确把握,提高科学概念的教学效率。

概念教学中,反例的列举是非常必要的。

这是因为,区别某种事物的本质属性和非本质属性,从而舍去后者并抽取出前者,是概念形成的主要方法之一。

例如,竞争指的是利用共同资源的两种生物之间,由于争夺食物和空间等而发生的斗争,“鹊巢鸠占”是其正例,“两狗争骨”是其反例。

病毒是一类体积极小、没有细胞结构……的微生物,它就是细胞的反例。

类病毒、朊病毒是病毒的反例。

其他诸如鲸是鱼的反例,蝙蝠是鸟的反例等。

5　前科学概念前科学概念指的是个体拥有的概念的内涵、外延及其例证与科学概念不尽一致的概念。

前科学概念也叫错误概念、相异概念、迷思概念。

学习者是带着各种各样的前科学概念来到科学教育中的,其科学概念的建构并不是从零开始的。

科学概念教学就是要将学生的前科学概念转变为科学概念。

前科学概念是科学概念教学以至科学教育的重要课程资源,科学教育工作英国中学生物学奥林匹克竞赛的启示李　琳　蔡秋实　郑晓蕙3　(华东师范大学生命科学学院　上海　200062)摘　要　英国中学生物学奥林匹克竞赛(BBO)和中国中学生物学竞赛(CHS BO)均为国际中学生物学奥林匹克竞赛(I B O)选拔了大量优秀选手。

本文分析了BBO竞赛的考试大纲和试卷,希望从中得到启示,为我国生物学竞赛提供借鉴。

关键词　中学生物学奥林匹克竞赛　英国　中国 英国中学生物学奥林匹克竞赛(B ritish B i ol ogy O2 ly mp iad,简称BBO)自1995年设立至今已有14年历史,选拔的国际中学生物学奥林匹克病竞赛(I B O)参赛队多次在国际竞赛中取得优异的成绩。

我国中学生生物学竞赛(CHS BO)自1992年至今也已有17年的历史,同样为参加I B O比赛选拔出众多优秀的选手。

借鉴其他国家的经验,在培训中更注重培养学生设计、创新和解决实际问题的能力,对于不断完善CHS BO竞赛机制,提高我国I B O参赛水平,是十分重要的。

本文分析总结了英国中学生物学奥林匹克竞赛给我国的启示。

1　BBO简介BBO是由从教经验丰富的教师志愿者委员会组织运作,为培养生物学习人才而设立的生物学竞赛。