劉 楊，任媛媛，王 飛，李高峰

美國于2013 年4 月發(fā)布的《下一代科學(xué)標準》（Next Generation Science Standards，NGSS）特別強調(diào)學(xué)科核心概念（Disciplinary Core Idea），“以確保學(xué)生獲得關(guān)于世界的圖像不是一些相互無關(guān)的斷言的集合體，而是一些相互有聯(lián)系的組件”［1］（P52）。NGSS提煉了反映生命科學(xué)統(tǒng)一原則的四個核心概念：核心概念1 是“從分子到生物體：結(jié)構(gòu)與過程”；核心概念2是“生態(tài)系統(tǒng)：相互作用、能量和動態(tài)”；核心概念3是“遺傳：性狀的遺傳與變異”；核心概念4 是“生物進化：統(tǒng)一性和多樣性”。［2］核心概念是高度抽象的，并與學(xué)生的實際經(jīng)驗相去甚遠，因此子概念需要有效地連結(jié)核心概念與學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)驗，將核心概念“落地”。［3］（P10）四個核心概念分別具有2至4個子概念，子概念是對其上位概念的進一步細化，旨在使學(xué)生明晰核心概念的知識體系。核心概念及其子概念構(gòu)成的整體框架，有利于學(xué)生形成完整的認知結(jié)構(gòu)、構(gòu)建全面的思維體系。

核心概念1 是基于“細胞是生命的基本單位”提出的，闡述了從分子到生物體的結(jié)構(gòu)變化和生命現(xiàn)象，解釋了生物體由哪些結(jié)構(gòu)組成及這些結(jié)構(gòu)如何施行功能來支持機體生長、發(fā)育、行為和繁殖，包括4個子概念，分別是：結(jié)構(gòu)與功能、生物體的生長和發(fā)育、生物體物質(zhì)組織和能量流動、信息處理。核心概念2探索的是生物體之間的相互作用及其與周圍無機環(huán)境的相互影響，內(nèi)容主要包括生物如何獲得資源，如何改變周圍環(huán)境；正在變化的環(huán)境因素如何影響生物和生態(tài)系統(tǒng)；社交行為和群體行為如何在物種內(nèi)和物種之間發(fā)生，包括4個子概念，分別是：生態(tài)系統(tǒng)中的相互依賴關(guān)系；生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動；生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)、功能和恢復(fù)；社會交往和群體行為。核心概念3敘述的是世代間性狀的遺傳和變異，側(cè)重于遺傳信息在世代之間的流動；解釋了遺傳的機制，描述了影響基因突變和基因表達的遺傳物質(zhì)因素與環(huán)境因素，包括兩個子概念：性狀的遺傳、性狀的變異。核心概念4 主要從生物進化的角度解釋了生物的統(tǒng)一性和多樣性，探討了種群特征隨著時間推移的變化以及物種統(tǒng)一性和多樣性的原因，包括4個子概念：共同祖先和多樣性的證據(jù)、自然選擇、適應(yīng)、生物多樣性和人類。（表1）通過深入分析核心概念及其子概念構(gòu)成的概念體系，筆者在生物學(xué)課程標準的修訂、教材的編寫及教學(xué)的建議等方面形成幾點思考，望與同行研討。

表1 . NGSS生命科學(xué)概念體系

一、統(tǒng)籌規(guī)劃幼兒園至高中的科學(xué)課程體系

落實核心素養(yǎng)，必須統(tǒng)籌規(guī)劃幼兒園、小學(xué)、初中和高中的課程體系，通過每一學(xué)段各學(xué)科素養(yǎng)的積累，使學(xué)生能夠養(yǎng)成綜合的核心素養(yǎng)。這就需要課程設(shè)計者“統(tǒng)籌學(xué)前、小學(xué)、初中、高中、本?？?、研究生等學(xué)段的課程結(jié)構(gòu)”［4］；以系統(tǒng)論和歷史發(fā)展論為指導(dǎo)思想，統(tǒng)整學(xué)前至高中的課程體系，以核心概念為中軸，以學(xué)習(xí)進階為設(shè)計理念，統(tǒng)籌規(guī)劃學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的路徑（見圖1）。

（一）從幼兒園開始實施科學(xué)教育

在許多科學(xué)家、科學(xué)教育學(xué)家、科學(xué)課程專家的不懈努力下，2017年我國頒布的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標準》終于將1～2 年級學(xué)生納入科學(xué)教育的范疇。［5］（P5）然而，應(yīng)該看到，無論是1996 年的《美國國家科學(xué)教育標準》，還是2013年的NGSS，都將科學(xué)教育的起始學(xué)段設(shè)定為幼兒園。“所有的學(xué)生，無論他們將來成為醫(yī)院的技術(shù)人員、在高科技制造工廠工作，還是博士研究人員，都必須要有從幼兒園到12 年級的扎實的科學(xué)教育?！保?］我國要培養(yǎng)全面發(fā)展的人，也要“從娃娃抓起”，從幼兒園開始即實施科學(xué)教育。

圖1 課程體系設(shè)計思路

（二）以“核心概念”編制各學(xué)段生物學(xué)課程標準

新修訂的小學(xué)科學(xué)課標和中學(xué)生物學(xué)課標特別重視“大概念理念”［6］（P36），并向“大概念”的方向邁進了一大步，但是還沒有到位。首先，要統(tǒng)一“大概念”的術(shù)語。《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標準（2017年版）》（以下簡稱“小學(xué)科學(xué)課標”），用的術(shù)語是“主要概念”，而《義務(wù)教育生物學(xué)課程標準（2011 年版）》（以下簡稱“初中生物學(xué)課標”）和《普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版）》（以下簡稱“高中生物學(xué)課標”）用的都是“重要概念”（見表1），這種不統(tǒng)一會使教學(xué)論教師、教研員、中小學(xué)科學(xué)教師陷入“術(shù)語”內(nèi)涵的糾結(jié)中。作為國家指令性文件的課程標準，要統(tǒng)一用詞，比如都用“核心概念”。其次，統(tǒng)一以“核心概念”呈現(xiàn)課程內(nèi)容。雖說都是修訂版課標，但是“初中生物學(xué)課標”仍以10 個一級主題來編制課程內(nèi)容（見表2），這與“小學(xué)科學(xué)課標”和“高中生物學(xué)課標”的編制理念是不一致的。小學(xué)、初中、高中的科學(xué)課程，至少是生物學(xué)課程內(nèi)容，應(yīng)統(tǒng)一以“核心概念”來編制。

表2 . 小學(xué)、初中、高中課標中的“生物學(xué)課程內(nèi)容”

（三）依據(jù)一個尺度，確定一套核心概念

“小學(xué)科學(xué)課標”選擇了6 個適合小學(xué)生學(xué)習(xí)的生命科學(xué)主要概念，“初中生物學(xué)課標”選擇了50個“處于學(xué)科中心位置”，“對學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)及相關(guān)科學(xué)具有重要的支撐作用”［2］的重要概念，“高中生物學(xué)課標”確定了4個重要概念。這些概念不在一個維度上，而且確定的尺度相異。課程標準還具有比較大的完善空間，首先，核心概念確定的依據(jù)要統(tǒng)一。核心概念的確定不能只依據(jù)學(xué)習(xí)者，而要以學(xué)科為首要和主要依據(jù)。這些生物學(xué)概念，必須是：生物學(xué)科中的重要組織性概念；可以用來理解更為復(fù)雜的生物學(xué)概念；與學(xué)生的興趣和生活經(jīng)歷相關(guān)；可以在各個年級進行教學(xué)，隨著年級的升高，其內(nèi)涵不斷增多。其次，小學(xué)、初中、高中生物學(xué)核心概念要一致?，F(xiàn)在小學(xué)生學(xué)習(xí)6 個生命科學(xué)核心概念，到了初中學(xué)習(xí)50個，升至高中學(xué)習(xí)4個。不同學(xué)段的生物學(xué)具有不一樣的核心概念，在不同學(xué)段學(xué)習(xí)不一樣的生命科學(xué)核心概念——這樣的“學(xué)科核心概念”和“學(xué)生頭腦中的核心概念”是要受到質(zhì)疑的。應(yīng)依據(jù)一個尺度，在生命科學(xué)中確定“少數(shù)幾個”核心概念，“這些概念和過程必須能夠在幼兒園至12年級教育期間以一種由淺入深的方式表達，讓學(xué)生體會?！保?］（P139）

二、突出學(xué)習(xí)進階，明確概念的進展過程

科學(xué)教育要設(shè)置正確的“導(dǎo)航路線”，指明達到科學(xué)教育各個方面目標的清晰進程，指出在不同階段需要掌握的概念［1］（P10），引導(dǎo)學(xué)生從思維起點有序地進行探索、思考，規(guī)避那些由直覺形成的非科學(xué)概念，使學(xué)生對事物的理解隨著經(jīng)驗的增長，不斷“演進”，不斷增加復(fù)雜性。這就需要學(xué)習(xí)進階，明確概念進展的方向和特性。無論課標、教材還是教學(xué)，不僅要提煉出核心概念，而且要明晰概念的發(fā)展路徑。作為知識載體的核心概念，若沒有明確的進展過程，學(xué)生會毫無頭緒，在頭腦中會形成雜亂無章的概念圖式（見圖2），難以形成有序的知識結(jié)構(gòu)。所以，課標、課程和教學(xué)，都應(yīng)重視學(xué)習(xí)進階的理念，通過分析學(xué)生的認知發(fā)展規(guī)律以及概念之間的邏輯關(guān)系（復(fù)雜的概念是基于哪些簡單概念建構(gòu)的），明確概念的進展路徑，使學(xué)生有序地、漸進地學(xué)習(xí)。這樣，學(xué)生便會像“穿針引線”一樣將各個孤立的概念串聯(lián)起來，在頭腦中形成系統(tǒng)的概念圖式（見圖3）。

圖2 缺乏進展過程的概念圖式

圖3 基于學(xué)習(xí)進階的概念圖式

例如，高中生要形成的核心概念“細胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動的基本單位”，在小學(xué)一年級時就開始建構(gòu)了，首先要認識到“動物和植物都是生物”；二年級時要明確“生物與非生物具有不同特點”；小學(xué)畢業(yè)前（5～6 年級）形成“細胞是生物體的基本組成單位”。在初中階段（7～9 年級），要基于1～6 年級的理解，進一步學(xué)習(xí)5 個子概念；到了高中，繼續(xù)進階，擴展內(nèi)涵——“細胞由多種多樣的分子組成……”“細胞各部分結(jié)構(gòu)既分工又合作……”“各種細胞具有相似的基本結(jié)構(gòu)……”。持續(xù)12 年的學(xué)習(xí)，最后形成核心概念“細胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動的基本單位”（見圖4）。

圖4 核心概念“細胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動的基本單位”的學(xué)習(xí)進階

三、側(cè)重于評價核心概念，不評價惰性知識

對科學(xué)學(xué)習(xí)的成績進行評價，一定“要集中在對學(xué)生最重要的科學(xué)內(nèi)容上”［7］（P99）、“最被重視的內(nèi)容上”［7］（121）。評價的目的不在于看學(xué)生是否獲得了大量的信息、所有的事實，而是看其是否掌握了足夠的核心知識，以后是否可以自我學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)。為此，不要評價惰性知識，即支離破碎的知識，而要側(cè)重于核心概念的評價：一是不僅要將核心概念跨學(xué)年的具體內(nèi)涵整合起來，而且要將多個核心概念整合起來進行評價；二是不要測評學(xué)生對核心概念的記憶和復(fù)述，而要測評其對核心概念的深入理解和運用；三是要將核心概念與科學(xué)和工程實踐結(jié)合起來進行評價；四是創(chuàng)設(shè)新的情境，在不同的情境下測評，也就是說，測評學(xué)生是否能夠“展示各種情境和科學(xué)工程實踐中的知識”。［2］

例題：2003年，兩匹名叫“寶石”和“星星”的騾子在美國出生了。它們是由一只經(jīng)常在賽跑中奪冠的騾子克隆的。寶石和星星看起來都很健康，它們分別被送到了不同的地方去飼養(yǎng)、訓(xùn)練賽跑。到目前為止，寶石比星星的比賽成績突出，因為寶石和幾匹普通騾子比賽，贏了好幾場。它們的兄弟、第三個克隆騾子“先鋒”沒有參加過比賽。

A.這幾匹騾子的基因完全相同。你如何解釋寶石在幾場比賽中優(yōu)于星星的事實？

B.你認為為什么會有一匹克隆騾不參加比賽？

C.科學(xué)家們正在仔細監(jiān)測實驗的進展。你認為從這些動物身上可以得到什么類型的數(shù)據(jù)？［8］（P120）

參考答案：

A.它們是在不同的地方飼養(yǎng)和訓(xùn)練的，所以影響它們競技能力的是環(huán)境因素。

B.“先鋒”作為控制組，看看不把它訓(xùn)練成一匹賽跑的騾子，它的狀況怎樣。

C.關(guān)于飲食、駕馭、訓(xùn)練強度的影響等方面的數(shù)據(jù)資料，還有騾子的脾氣、奔跑速度、耐力等方面的數(shù)據(jù)資料。［9］（P120）

這個試題在新的情境中，測評了學(xué)生對“變異”、“繁殖”、“生物技術(shù)（克?。币约啊翱茖W(xué)探究”四個核心概念的理解和運用，沒有測評事實性的知識，亦沒有測評零碎的記憶性知識。