大概念教学的实践与探索

缘起概念教学之悖论《易经·系辞》形而上者谓之道，形而下者谓之器.大概念教学的实践和探索曹冬林特级教师工作室

嘉兴一中吴银峰大概念教学的实践和探索关于大概念、科学大概念和高中生物大概念大概念教学的基本策略和途径基于大概念的主题单元设计策略聚焦大概念教学的反思神经调节的课标分析基于大概念的主题单元设计策略由“自组织系统”引发对概念为中心单元设计的思考---管窥系统控制论作用例析科学本身大概念在高中生物课程中的内涵及在单元重难点突破中的实践主题单元知识提升和拓展中横向大概念的聚焦基于大概念的主题单元设计策略新课标对大概念教学的要求广义大概念大概念是一种高度形式化、兼具认识论与方法论意义、普适性极强的概念；大概念已经不再仅仅是一个简单的词汇，它背后潜藏着一个意义的世界，它超出了一个普通概念的应有内涵和外延，作为一种深刻思想、学说的负载体，已成为“思想之网”的联结枢纽；大概念发挥革新理念、活跃学术、推动理论变革与进步的重要作用。大概念的关系生物大概念科学大概念其他学科大概念科学大概念选择标准（义务教育阶段）对学生需要参与决策的问题，提供科学知识的基础，而这些问题会影响学生自己和他人的健康、福祉以及环境。具有文化上的意义。能够用于解释有关的大范围里的物体、事件和现象，而这些物体、事件和现象是学生在就学期间和毕业以后生活中会遇到的。能够对人们提出的有关自身和自然问题作出回答，或是寻求答案，将会给学生带来欢愉和满足。[英]温·哈伦编著韦钰译《科学教学的原则和大概念》[英]温·哈伦编著韦钰译《以大概念理念进行科学教育》（二）科学中的14个大概念1．宇宙中所有的物质都是由很小的微粒构成的。2．物体可以对一定距离以外的其他物体产生作用。3．改变一个物体的运动状态需要有净力作用于其上。4．在宇宙中能量的总量是不变的，但是，在某种事件的发生的过程中，能量会从一种储存形式转化成另一种储存形式。5．地球的构造和它的大气圈以及在其中发生的过程，影响着地球表面的状况和气候。6．宇宙中存在着数量极大的星系，我们所在的太阳系只是其中一个星系－－银河系中很小的一部分。7．生物体以细胞为基础构成，并具有一定的生命周期。8．生物需要能量和物质的供给，为此它们经常需要依赖其他生物或与其他生物竞争。9．生物体的遗传信息会一代代地传递下去。10．生物的多样性、存活和灭绝都是进化的结果。（二）关于科学本身的大概念11．科学是在究其所以，或是发现自然现象的原因。12．科学上给出的解释、理论和模型都是在特定的时期内与可获得的实证最为吻合的。13．将科学研究中得到的知识运用于工程和技术，以创造服务于人类的产品。14．科学的运用常常会对伦理、社会、经济和政治产生影响。（二）科学中的14个大概念生物课标——内容聚焦大概念大概念处于学科中心位置、对学生学习具有引领作用的基础知识。在生物学课程中，大概念包括了对原理、理论等的理解和解释，是生物学科知识的主干部分。高中课程围绕着几个大概念展开。基于大概念描述具有学科逻辑、符合高中学生认知特点的重要概念，形成课程内容框架。围绕大概念组织开展教学活动，能有效的提高教学效益，有助于学生对知识的深入理解和迁移应用，也有于发展学生的生命观念。课程标准课程开发课程实施课程对象高中生物学新课标中的大概念必修1分子与细胞1细胞是生物体结构与生命活动的基本单位1.1细胞由多种多样的分子组成，包括水、无机盐、糖类、脂质、蛋白质和核酸等，其中蛋白质和核酸是两类最重要的生物大分子。1.2细胞各部分结构既分工又合作，共同执行细胞的各项生命活动。1.3各种细胞具有相似的基本结构，但在形态与功能上有所差异。2

细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖2.1物质通过被动运输或主动运输方式进出细胞，以维持细胞正常代谢活动。2.2细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域。2.3细胞会经历生长、增殖、分化、衰老和死亡等生命进程。必修2遗传与进化3遗传信息控制生物性状，并代代相传3.1亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上。3.2有性生殖中基因的分离和重组导致双亲后代的基因组合有多种可能。3.3由突变和基因重组引起的变异是可以遗传的。4生物的多样性和适应性是进化的结果4.1地球上的现存物种丰富多样，它们来自共同祖先。4.2适应是自然选择的结果。4.3生物多样性为人类生存提供资源与适宜环境。选修模块1稳态与调节1生命个体的结构与功能相适应，各结构协调统一共同完成复杂的生命活动，并通过一定的调节机制保持稳态1.1内环境为机体细胞提供适宜的生存环境，机体细胞通过内环境与外界环境进行物质交换1.2内环境的变化会引发机体的自动调节，以维持内环境的稳态1.3神经系统能够及时感知机体内、外环境的变化，并作出反应调控各器官、系统的活动，实现机体稳态1.4内分泌系统产生的多种类型的激素，通过体液传送而发挥调节作用，实现机体稳态1.5免疫系统能够抵御病原体的侵袭，识别并清除机体内衰老、死亡或异常的细胞，实现机体稳态1.6植物生命活动受到多种因素的调节，其中最重要的是植物激素的调节选修模块2生物与环境2组成生态系统的生物成分与非生物成分相互影响，共同实现系统的物质循环、能量流动和信息传递，生态系统通过自我调节保持相对稳定的状态2.1不同种群的生物在长期适应环境和彼此相互适应的过程中形成动态的生物群落2.2生物群落与非生物的环境因素相互作用形成多样化的生态系统，完成物质循环、能量流动和信息传递2.3生态系统通过自我调节作用抵御和消除一定限度的外来干扰，保持或恢复自身结构和功能的相对稳定2.4人类活动对生态系统的动态平衡有着深远的影响，保护生态环境是人类生存和可持续发展的必要条件选修模块3生物技术与工程概念3发酵工程利用微生物的特定功能规模化生产对人类有用的产品3.1获得纯净的微生物培养物，是发酵工程的基础3.2发酵工程为人类提供多样的生物产品概念4细胞工程通过细胞水平上的操作，获得有用的生物体或其产品4.1植物细胞工程包括组织培养和体细胞杂交等技术4.2动物细胞工程包括细胞培养、核移植、细胞融合和干细胞的应用等技术4.3对动物早期胚胎或配子进行显微操作和处理以获得目标个体概念5基因工程赋予生物新的遗传特性5.1基因工程是一种重组DNA技术5.2蛋白质工程是基因工程的延伸概念6生物技术安全与伦理是当今社会必须面对的话题6.1转基因产品的安全性引发社会的广泛关注6.2中国禁止生殖性克隆人6.3世界范围内应全面禁止生物武器选修模块3生物技术与工程概念教学的方法基本方法：

演绎法：已有概念→新概念→巩固概念种属探究法：由种差入手，探究建构概念归纳法：例子→新概念→完善概念迁移与矫正法：已有概念→举例→引入新概念注：形式逻辑概念形式：属+种差类比法：将新概念和熟知的概念进行类比比较法：将不同的概念进行异同比较辅助方法：大概念教学的基本策略和途径归纳式----跨单元主题式新课教授演绎式----单元小结或复习课横向大概念的多层次统合----从多个大概念角度解读主题单元途径:形成符合学生认知规律的单元教学设计善于利用思维导图和概念图建构和应用大概念1、概述神经调节的基本方式是反射（可分为条件反射和非条件反射），其结构基础是反射弧2

、阐明神经细胞膜内外在静息状态具有电位差，受到外界刺激后形成动作电位，并沿神经纤维传导3

、阐明神经冲动在突触处的传递通常通过化学传递方式完成4

、分析位于脊髓的低级神经中枢和脑中相应的高级神经中枢相互联系、相互协调，共同调控器官和系统的活动，维持机体的稳态5

、举例说明中枢神经系统通过自主神经来调节内脏的活动6

、简述语言活动和条件反射是由大脑皮层控制的高级神经活动核心概念：神经系统能够及时感知机体内、外环境的变化，并作出反应调控各器官、系统的活动，实现机体稳态研讨课题：神经调节（选修模块1稳态与调节）

大概念：生命个体的结构与功能相适应，各结构协调统一共同完成复杂的生命活动，并通过一定的调节机制保持稳态研讨课题：神经调节课程对象：浙江省普通高中选考考生教材：以浙科版必修三为参考核心素养为宗旨生命观念结构与功能观物质与能量观稳态与平衡观进化与适应观科学思维归纳与概括模型与建构演绎与推理批判与创造性思维科学探究观察提问方案实施设计实验交流实施社会责任关注社会议题参与环保实践参与相关事务讨论解决现实生活问题主动宣传相关知识课程标准—通过大概念的学习，

帮助学生形成生命观念在教学设计和组织每个单元的教学活动时，应该围绕大概念和重要概念展开，依据重要概念精选恰当的教学活动内容和活动方式。所有的教学活动都要有利于促进学生对生物学概念的建立、理解和应用。为了帮助学生形成正确的生物学重要概念进而建立生物学观念，提供丰富的有代表性的事实来为学生的概念形成提供支撑；要通过对事实的抽象和概括，帮助学生建立生物学概念，并以此来建构合理的知识框架，为学生能够在新情景下解决相关问题奠定基础。还要重视学生的前概念，特别是与科学相抵触的错误概念，起到消除错误概念，建立科学概念的作用。科学思维特征的结构认知动机认知行为崇尚真知尊重事实和依据正确的逻辑分析质疑和批判逻辑思维的主要表现为：比较和分类、归纳和演绎、分析和综合、抽象与概括和批判性思维。认知方式认知品质逻辑思维基本问题：归因问题-----因果律的运用。抽象程度越高的概念，用到的逻辑思维方法就越高级。基于大概念的主题单元设计基于大概念的概念-中心单元设计1、围绕单元主题构建知识体系（从大概念到核心概念）2、识别、表述基本理解并编写相应的基本问题3、教学设计形成

着重强调教师要通过提出基本问题来刺激学生来思考，驱动教学活动的展开，这个过程可以使学生充分利用已学到的知识来解决当下面临的问题。这个过程能促进学生亲身体会新旧知识间的联系性，自己建构知识网络，这样就能生成整个学科结构的理解。核心概念的教学设计程序【美】维斯对364节课的系统分析，概括出优质课的特征：①多角度阐释某个科学概念；②能够引起学生的深入思考；③帮助学生理解学科的核心概念等。艾里克森提出的概念教学模式：①以教学单元作为建构核心概念的基本单位，从整体角度审视单元内容，系统分析教学单元内容知识的层次结构和相互联系，甄别、确定具有统摄性和迁移应用价值的核心概念，为思维过程指明方向。②把核心概念转化为一般概念（是在事实基础上形成的，是对核心概念基本含义的具体表达，它们能够反映一类事实的共性，但是超出了具体事实的局限，是对具体事实的抽象、概括，但是由于更靠近事实，因此解释力和迁移价值有限），这是期望学生在学习过程中掌握的。③把一般概念以“基本问题”的形式表达出来，以问题驱动教学和学习，促进学生对一般概念的理解。④根据基本问题设计教学活动，教师要精选支撑一般概念建构的学科事实。最终完成知识的建构，形成核心概念。他山之石——控制论与科学方法论系统的形成过程就是一个组织过程。自组织系统

-----学习就是一个自组织过程（内化建构）自组织系统的五个特点：

1、先有一个组织核心

2、系统内部存在着因果关系的自动选择链3、系统是一个不稳定的系统4、自组织过程的不可逆性

5、差之毫厘，失之千里----金观涛华国凡著他山之石——控制论与科学方法论★组织核心

神经调节的概念群组织核心是什么？

1、组织核心有统摄全局的能力

2、围绕主题构建知识体系，找出组织核心

2、组织核心与大概念（符合元认知理论）

3、有知识、方法和态度在里面例析：神经调节的知识体系反射弧反射非条件、条件感受器反射中枢感觉神经元运动神经元效应器神经元体温调节结构功能质膜上的钠钾泵电化学势能质膜上的K的渗漏通道静息电位质膜上的钠通道和钾通道动作电位质膜上受体和胞吐、胞吞突触的信号传递（细胞通讯）稳态他山之石——控制论与科学方法论自组织系统内部存在着因果关系的自动选择链常见因果类型

---因果链（例如：反射弧、食物链、代谢链等）

---互为因果（反馈机制成因、因果链的闭合）

---概率因果（例如：三高饮食与糖尿病）

---因果网络（有关实验数据正相关的归因）甲乙丙丁甲乙甲乙丙甲乙自组织系统内部存在着因果关系的自动选择链他山之石——控制论与科学方法论寻找“基本问题”的排序问题（教学活动展开的合理顺序）？“因果律”

---科学本身大概念教的内在要求

---科学探究和思维的逻辑基础例：实验设计中变量的确认和操纵

---符合认知规律和建构理论自组织系统内部存在着因果关系的自动选择链他山之石——控制论与科学方法论“基本问题”的排序问题顺序或倒序概念教学设计的重心是各个子概念因果关系的排序分子细胞反射弧功能分子细胞反射弧功能基本问题基本问题基本问题基本问题教学设计主线组织核心

倒序符合科学发现，利于情境教学有利于最大程度驱动思维和引发注意教学评价主线神经调节基本问题（活动）例序1、通过实例讨论稳态的意义？2、通过膝跳反射活动，提出一系列相关问题？3、通过视频资料呈现蛙腓肠肌标本实验，提出相关问题？特别是双向负电位不衰减，速度也没有普通电流快？4、给出测量膜电位的方法，给出静息电位概念和数学模型，追问原因和如何验证之？5、给出测量膜电位的方法，给出动作电位概念和数学模型，分别追问去极化和复极化原因及如何验证之？6、为什么动作电位传导的不衰减性？探寻动作电位的传导机制，并构建概念图？7、突触的信号传递为什么是单向的（概念图解释）？一定是兴奋性？8、在微观层面重新解释膝跳反射的过程（概念图）？9、我们是如何通过神经调节来实现高级神经活动的？他山之石——控制论与科学方法论

自组织系统是一个不稳定的系统，自组织过程的不可逆性，且差之毫厘，失之千里。意义：准确找出学生的错误的前概念，因为他们在知识正确建构中的破坏力巨大，继而寻找解决的方法和技巧。导学案学什么？导什么？-----误区(错误的前概念）和盲区部分

符合学生认知特点和能力的知识和技能，通过预习提前习得相应的知识，提高课堂效率。

有一定的挑战的知识和技能，可以准备相关的知识和资料为课堂教学提供活动的计划、内容和模型或者思考性问题！例如：电荷与电位，跨膜运输电荷的后果？细胞通讯?例析科学本身大概念在高中生物课程中的内涵及在单元重难点突破中的实践关于科学本身的大概念11．科学是在究其所以，或是发现自然现象的原因。12．科学上给出的解释、理论和模型都是在特定的时期内与可获得的实证最为吻合的。13．将科学研究中得到的知识运用于工程和技术，以创造服务于人类的产品。14．科学的运用常常会对伦理、社会、经济和政治产生影响。

科学本身大概念在高中生物课程中实际上是科学精神、科学思维和科学探究的集合体，是科学素养的核心。例析科学本身大概念在高中生物课程中的现实意义及在单元重难点突破中的实践实证-解释-验证模型与建构

反射弧结构模型、运动神经元结构模型、神经元质膜膜跨运输体系结构模型、突触的结构模型和静息电位和动作电位的数学模型等。

建构方法：活动模拟、绘图、数学建模、解构法和类比法静息电位---外因：膜内外离子浓度差内因：钾离子渗漏通道---实验验证动作电位---外因：膜内外离子浓度差内因：钠、钾离子通道---实验验证突触---前膜：递质的运输、释放和回收后膜：递质的识别、效应和灭活---实验验证高级神经中枢---各大脑皮层功能区---实验