作者：何耀华
出版社：知识产权出版社
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高中生物学概念的理解性教学与案例试读：
前言
概念理解，既是学生学习过程中的重要一环，也是教师课堂教学中的重要内容。所有学科教学活动都是围绕概念的理解而展开，促进学生对概念的理解，自然成了教师公认的教育命题。
然而，作为生物教师的我们，最初对“概念理解”的认识并不深入，甚至有些模糊，导致在教学过程中，目标是让学生“理解”所学概念，而实际达到的效果多半是仅仅让学生知道。随着课程改革的不断深入，如何让“理解性教学”落地，已是教师绕不开的课题。
为此，本书作者团队在完成北京市海淀区重点关注课题《高中生物学概念的理解性教学行动研究》基础上，借助“学习科学理论”及国内外理解性教学的研究成果，如布鲁姆的《教育目标分类学》、威金斯和麦克泰所创设的“逆向教学设计模式”（简称UbD），以及国内学者盛力群、何晔等多篇研究成果，对理解和理解力进行了深入研究。搜集了大量有关生物学概念教学的文献资料，学习总结教育学书籍中相关理论经验，并结合多年的课堂教学实践，从不同角度对人教版高中《生物》中的必修模块进行教学探索。
本书共分为“高中生物学概念的理解性教学概述”“基于先行学习的生物学概念理解性教学与案例”“基于科学史的生物学概念理解性教学与案例”“基于生物建模的生物学概念理解性教学与案例”“基于学科观点的生物学概念教学实践与教学案例”“基于生物科学技术应用的生物学概念理解性教学与案例”等六章，通过这些章节对高中生物理解性教学的目标、评价及实现途径进行了较为系统的阐述，并在每章的理论总结之后添加了一些具有指导意义的课例，在实践基础上总结归纳出了一些可资借鉴的教学经验，是一本兼顾理论性、实践性和可操作性的教学参考书。
本书编写目的是希望在“理解性教学”研究和实践方面抛砖引玉，为广大教师及教育工作者提供一个可供瞄准的靶子，激发大家更多地去思考、研究和实践，为提高课堂教学质量贡献绵薄之力。
本书第一章和第二章由何耀华负责编写、第三章和第四章由刘盈负责编写、第五章和第六章由张静梅负责编写，章节后案例分别由杨红玉、郑新欣、刘桂英、代俊萍等提供。
此外，本书还得到北京市海淀区教育科学研究所、北京市海淀区教师进修学校及北京师范大学多位专家、教授指导，在此，我们对他们无私的帮助，表示由衷的感激。何耀华二〇一五年十二月第一章高中生物学概念的理解性教学概述作为中学教师，站在三尺讲台上，耕耘复耕耘，究竟想培养学生的什么能力，怎样的能力是学生能带得走的，有助于学生终身发展的。这些问题，往往会困扰着中学教师。这是一个现实问题，也是一个教育目标的问题。在实践中，由于教师对这个问题认识得不深刻、不全面，教学设计、教学组织与生物课程所承载的学生能力培养的功能存在偏差，也正是这一现实而又重要的困惑促使广大教师越来越重视对这个问题的关注和研究。第一节理解力培养与学生发展一、理解和理解力（一）理解
理解，广义地说，是揭示事物本质的过程；狭义地说，是指向于揭示客观现实的对象和现象本质之间的联系，把它归于一定对象和现象类别中，并阐明其原因以及发生和发展的过程。《新华词典》中，理解是“明白，了解，懂”。《辞海》中，理解是“应用已有知识揭露事物之间的联系而认识新事物的过程”。《哲学大辞典》中，理解是一种“理性认识活动”, “是借助概念，通过分析、比较、概括以及联想、知觉等逻辑或非逻辑的思维方式，领会和把握事物的内部联系、本质及其规律的思维过程”。不同的心理学派对理解有不同的阐述。
行为主义把学习解释为刺激与反应之间的联结，认为学习过程是一种试误过程，刺激与反应的联结受到练习和使用的次数增多而变得越来越强，反之，变得越弱。个体对知识的理解就是记忆概念、规则和方法，并能迅速提取并用于解决问题。
认知学派认为，任何知识都是对按一定关系、一定模式构成的事物结构的认识。个体在认知中形成相应的知识结构后，对新事物进行认识时就把新事物同化于已有的认知结构，或是改组、扩大原有的认知结构，把新事物包括进去，这种心理活动就是理解。
现代建构主义认为，所谓理解，是新知识或新信息进入学习者原有知识结构的适当部位。这个原有知识结构的适当部位是以命题网络或认知图式表征和储存，新知识的理解过程也就是学习者认知结构中已有的适当图式同化新知识，使原有图式不断重新建构的过程。
1988年，哈佛大学教育研究院的零点计划负责人德纳珀金斯将“理解性学习”作为研究项目（简称LTFU）。项目围绕学生对知识理解的现状，探索如何在课堂教学中帮助学生真正理解所学知识，希望将理论研究与教学实践联系起来，帮助教育工作者认识到什么才是真正的理解，以及如何在教学实践中有效地帮助学生理解知识。项目试图改变指向技能训练、知识记忆的传统教学，实现“为了理解而教”，从而使学生从事实性的知识的接受者，转变为问题的解决者、创造性的思维者。
其中，“什么是理解（understanding）”是该计划致力于解决的一个核心问题，研究团队从“什么是知道（knowing）”开始推演，结合公众关于理解的普遍认识以及认知科学、教育心理学领域的前沿成果，从“表现的角度（performance perspective）”对理解进行了明确界定，认为理解就是能够围绕某个主题展开一系列思维活动（如解释、寻找证据和实例、综合、应用、类推、以自己的方式复述等）。
LTFU项目将理解定义为利用主题进行弹性（或称灵活性）解释、证实、推断、联系和以一种超越知识与常规技能的方式进行应用，换句话说，理解一个主题就是指能够利用所知道的有关这一主题的知识进行创造性的、有效的思维和行动。
例如，如果说一个学生理解了牛顿运动定律，是指他的理解达到了这样的程度，即他能够用他自己的话解释该定律，能解决他从未遇到过的问题，能探索出验证这一定律的方法等。
本课题组综合各种有关理解的定义，结合教学中对学生能力培养的认识，经过多次研讨，最终将理解定义为：让学生利用已有的知识，运用合理思维方法，去认识事物的联系、关系，以及事物的本质，最终将新知识纳入已有知识结构中并形成新的知识结构的过程。（二）理解力“理解力”这个词源自拉丁文“comprehendere”，意指“抓住总体”，意思是对某个事物或事情的认识、认知、转变过程能力。任何事情都要用到理解力，所以我们要增强理解力，促使自已提升。百度百科中指出，理解力是衡量学习效益的重要指标，它包括以下几个方面。
整体思考的能力：学习需要借助积极的思维活动，弄清事物的意义，把握事物的结构层次，理解事物本质特征和内部联系，需要对学习材料作整体性的思考。因此，个体应该培养自身的全局观点，考虑问题要从大局出发，着眼于整体问题的解决。这是因为整体思考能力的强弱影响着个体的学习效果。
洞察问题的能力：在学习中，我们需要不断地思考，在解决问题的过程中不断地发现问题，对问题要具有洞察力。只有这样才能更深刻地理解学习的材料，取得良好的学习效果。
想象力、类比力：正如想象可以让知识插上翅膀一样，想象力可以让个体学习知识的能力得到飞升。而类比力是将同类事物进行比较的能力。同类事物具有相似之处，也具有相异之处，对其进行比较、分析，可以加深对所学知识的理解，从而取得良好的学习效果。
直觉力：直觉力是个体学习能力达到一定程度而展现出来的一种能力。有些东西是要靠直觉把握的，学习有时也要靠直觉。直觉力高低对学习效果好坏有时也起重要作用。
解释力：即解释经验现象的能力，也就是运用观念进行逻辑推演的能力。学习需要将学到的知识经过概念、判断、推理的抽象思维过程转化为自身的一种东西，并能对其进行合理的解释。能否对所学知识进行合理的解释，是判断一个人理解力高低的最重要标准。
为了更好地指导教学，本研究项目组参照《普通高中生物课程标准（实验）》（以下简称《课标》）的课程目标及实施建议，提出理解力三个一级目标，即获取信息并领会、批判性思维能力、应用能力，并在一级目标研制可操作二级目标。
获取信息并领会：学生能够从生物教学内容中建构意义，整合新旧知识，能运用合理的思维技能扩展和精炼知识，揭示事物的内在联系和含义，并结合实际提出自己的观点和看法。
批判性思维能力：学生能多角度地看待事物，具有深刻的见解，并能很好理解他人，认识自己，具备一种质疑精神。
应用能力：学生能把所学的知识合理地运用于新的情境中，并能进行必要的创新，以解决实际问题。
获取信息并领会：批判性思维能力、应用能力不仅是学生理解力的具体体现，也反映了学生在学习过程中的不同理解水平，培养学生的理解力的实质就是促进学生的理解力从低级水平向高级水平发展，教师要在教学的不同阶段，设计合理的教学活动，运用恰当的教学方法，促进学生理解力的发展。二、学生理解力培养是课堂教学重要目标
帮助学生深入理解所学知识一直都是学校追求的重要目标，所有学科教学活动都是围绕这一目标展开。如何让学生对知识有深入理解，很大程度上与课堂教学是否促进学生理解力的发展有关。
首先，理解能力是学生基本的学习能力。理解的过程是内化知识的过程，用建构主义理论来说，理解的过程就是把新知识纳入到已有知识结构中去的过程，教师发现在教学中，对知识的理解程度高的往往是理解力强的学生，不仅如此，学生的实践能力、创新能力以及解决问题的能力都与学生理解力有关。实践证明，如果学生缺乏一定的理解能力，那么他的发展会受到影响。
其次，学生理解力培养是课堂教学有效性的关键。课堂教学的根本目的在于促进学生对知识的理解，促进学生理解力的发展。因此，教师在教学之前，对学生在学习过程中会发生哪些理解障碍需要进行深入了解，并运用学习科学理论设计课堂教学，课后对学生的理解结果进行反馈，借此来调整下一步的教学。
最后，学生理解力的发展与教师的教学组织有密切关系。影响学生理解力的发展有诸多因素，教师的教学则是其中一个重要因素。
总之，学生深入理解所学知识是有效课堂的判断标准之一，我们在教学中，致力于探索如何通过生物概念教学，培养学生的理解力。三、21世纪学生能力要求
进入21世纪后，现代社会在全球化浪潮和互联网技术等因素的推动下，具有开放、多元、快速变化、互联互通、信息来源广泛等特点，对从业者的要求越来越高，以前低技能层次的工作占大多数，如今在发达国家，只有10%的工作属于这一类，大部分工作需要专业化的知识和技能。同时，随着科技的发展，新型工作不断出现，这些工作往往是从业者从未见过的，学校也不可能教授。
自20世纪80年代以来，人们越来越重视将知识与其应用情境联系起来，多个教育研究机构建议通过探究、应用、创造、问题解决的学习来适应21世纪技能需求。美国“21世纪素质能力伙伴组织”刚刚发布了他们的最新成果，为美国青少年的教育目标做了新的诠释。虽然是针对美国的教育体系，相信对我们中学教学也会有借鉴意义的，这个框架为项目学习的教育目标提供了指引（阅读原文请参阅www.21stcenturyskills.org）。
在框架中，21世纪素质能力伙伴组织强调了一个问题：哪些知识、技能和素质是当今学生应该掌握的，具备哪些能力才能够成为合格的21世纪公民？他们认为青少年21世纪素质能力框架由以下部分组成。①核心科目与21世纪专题学习。核心科目包括：本国语言、外语、艺术、数学、经济、科技、地理、历史、政治与公民常识；21世纪专题学习包括：全球化理解、财务与金融、经济、商业与创业、公民常识、健康常识。②生活能力与职业能力。③灵活性与适应性。④主动意识与自我引导。⑤社会性能力与跨文化能力。⑥工作产能与主人翁意识。⑦领导力与责任心。⑧学习能力与创新能力。⑨创造与创新。⑩批判性思维与问题解决能力。⑪沟通与协作能力。⑬信息、媒体和科技应用能力（图1-1）。图1-1 21世纪素质能力框架
上述各种能力中，“核心科目与21世纪专题学习”克服了知识学习与社会实践的割裂状况，帮助学生不仅“知”，而且体验如何“行”，促进理解力提升；“生活能力与职业能力”支持学生学习和实践，“学习能力和创新能力”在多样的学生小组中创建积极的沟通范围和协作关系；“信息、媒体和科技应用能力”则是21世纪的人才素质技能关键。可见，个人的成功和社会的发展越来越依赖于每一个社会成员的学习能力。学校应注重培养学生的批判性思维、获取信息能力、解决问题能力、反思和改进自己行为的能力、创新能力。而这些目标的实现就要通过对学生理解力培养来实现。第二节高中生物学概念的理解性教学方法一、什么是生物学概念教学
生物学是一门研究生命现象和生命活动规律的自然科学，生物学知识主要由概念、原理、规律、理论等组成，而原理、规律和理论往往是由若干概念通过一定关系构成的。如果把生物学知识比喻为一个[1]生物体，那么，构成这个生物体的基本单位就是概念。近年来，随着人们对课程及教学深入研究，越来越认识到概念学习在理科教学中的重要性，众多学者强调，围绕各学科的核心概念组织课堂教学能促使学生超越对零散事实的记忆，达成对知识的深层理解，因此，有关理解性概念教学文章大量出现在各种教育教学期刊上。本书在现有研究基础上，结合教学实践，探讨什么是生物学概念教学。（一）生物学概念
在讨论生物学概念之前，我们需要思考人类为什么要学习知识？因为人类需要知道世界上的事物的行为和行为规律，没有这些知识，人们往往不能完成任何事情。例如，你不懂互联网，不去学习如何设置邮箱，收发邮件，那么你就不可能通过邮件来交流信息。又如，你从未见过烹调过程及了解其相关知识，那么你就不可完成烹调任务。简言之，人们的生活离不开知识。
新课程背景下的中学生物教学，并不强调让学生记住大量的生物学事实性知识，而更倾向于让学生掌握基本的规律性概念。
因为科学事实实在太庞杂，学生很难对这些零碎的事实性知识保持长久的记忆，而概念则不同，它们往往形成一定的关系和框架，容易帮学生建立一个记忆的结构。随着学生年龄的增长、更多事实的积累，掌握概念与概念之间的联系以及概念与事实的联系，学生更容易通过概念对生物学科进行整体的把握。可见，生物学概念作为生物学科基本知识的要素之一，既是学生学习生物学内容的基本框架，也是提高学生生物科学素养的重要内容。因此，在新课程的教学下，教师应该倡导自主学习、合作探究的教育理念，为学生提供丰富的教育资源，注重概念产生和发展过程的介绍，采用多种教学方式，让学生在一定的情景渲染下自主地建构概念和概念体系。
什么是生物学概念？学者一般认为生物学概念是客观存在、可反复测量的生命现象和生命活动规律，是通过人们的思维加工所形成的对一般特征和本质属性的概括性描述。生物学概念一般用词语来表示，但它们的表述往往是以陈述句的形式表达。例如，“酶”就是一个生物学概念，具体的表述就是“酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质”。在这个概念里，活细胞产生、生物催化剂、有机物，即体现了酶的本质属性，是概念的内涵；蛋白质、RNA是从化学成分的水平上界定了酶的范围，是概念的外延。（二）生物学概念功能
首先，生物学概念有助于提升学生的科学素养。2003年颁布的《课标》规定课程的具体目标包括知识、情感态度与价值观和能力三大目标，知识目标仍然是最基础的内容，是其他目标达成的前提。在知识目标中，要求学生“获得生物学基本事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识”。概念是整个生物学知识体系的基础，如果把生物学科比作高楼大厦，那么生物学概念就是构成这座大厦的基石。前面已提到知识是人们解决问题的基础，而《课标》对生物科学素养定义是：生物科学素养是指公民参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学知识、探究能力以及相关的情感态度与价值观。它反映了一个人对生物科学领域中核心的基础内容的掌握和应用水平，以及在已有基础上不断提高自身科学素养的能力。
在对北京市某中学进行生物学素养调查时，提出了3个问题：①你知道血液的成分是什么吗？②你是怎么知道的？③知道血液的成分有什么意义？多数学生对第一个问题的回答都正确；对第二个问题，多数学生回答，教师教的或书上写的；对第三个问题，2/3学生回答[2]对考试有用，1/6学生回答对健康有用，其余学生没有作答。调查反映了目前生物教学中一种普遍现象，教师在教学过程中更多关注“是什么”的生物学事实，而对于知识是如何产生的，知识有什么用重视不够，也就是教学多半是引导学生进行机械学习，意义学习没有引起足够重视。
教学任务并不是简单地向学生传授知识，而是要帮助学习者对所学内容进行反思和创新，为将来的生活做好充分的准备，能够在今后遇到的各种问题和事件中熟练地运用所学知识。美国著名的认知教育心理学家奥苏伯尔的有意义学习理论强调了三个不同却相互关联的学习目标。第一，帮助学生掌握重要的知识和技能。第二，帮助学生对知识进行意义建构。第三，帮助学生有效地在新情境中运用所学知识和技能。
学生首先要掌握事实性的知识和技能，这是前提条件，但是光有知识和技能还是不够的，我们需要教会学生对知识和技能进行意义建构，并特别强调那些与实际生活相联系的问题，促进学生知识和技能的迁移。提高科学素养不能没有科学知识的教育，但是并不追求对科学事实和信息量的更多占有，而是要求对核心概念和科学思想的深刻领悟。
其次，生物学概念具有培养思维和方法的功能。生物学概念的形成过程，就是一个探究的过程，是在碰撞与争论中发展，既包含着思维方式，也包含着研究方法。
下面，以基因概念的形成与发展为例说明这个问题。从达尔文的进化论到孟德尔（1822—1884）的遗传理论，“基因”概念在150年前就被提出。19世纪60年代，遗传学家孟德尔提出了生物的性状是由遗传因子控制的观点，这种遗传因子就是基因。此时，基因概念是假说——演绎思维的产物。20世纪初期，现代实验生物学奠基人，美国生物学与遗传学家摩尔根（Thoman Hunt Morgan）创立了染色体遗传理论。通过果蝇的遗传实验，摩尔根认识到基因存在于染色体上，并且在染色体上呈线性排列，从而得出染色体是基因载体的结论。这过程包括观察与实验科学实践方法。20世纪50年代以后，随着分子遗传学的发展，尤其是沃森（James Dewey Watson）、克里克（Francis Harry Compton Crick）、富兰克林（RosalindElsie Franklin）、威尔金斯（Maurice Hugh Frederick Wilkins）等发现DNA分子的双螺旋结构以后，人们才真正认识到基因的本质，即基因是DNA分子上具有遗传信息的特定核苷酸序列的总称。研究结果表明，每条染色体只含有1～2个DNA分子，每个DNA分子上有多个基因，每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。不同基因的脱氧核苷酸排列顺序（碱基序列）不同，致使不同的基因含有不同的遗传信息。此结论得出运用模型建构研究方法。人们对基因的概念已由最初的粗浅认识发展到今天分子水平上的认识，生动具体地反映了科学的本质特征：定量化、观[3]察、实验、在自我更正中完善和积累等。（三）生物学概念教学
任何一个概念的形成都经历着由感性到理性的抽象概括过程，是学习者从大量同类事物的具体例证中以辨别、抽象、概括等形式发现同类事物的共同本质特征，从而获得概念。
概念教学正是通过应用一定的方法策略，达成对概念的引入、形成、巩固和深化，以纠正、补充、完善学生的前概念，建构正确的认知为己任，对学生的日常生活、学习及以后的人生产生有意义的影响。
在高中生物教学中，概念的作用不容忽视，理解概念及概念体系的形成与否对于学生真正地掌握生物学知识至关重要。理解概念的关键是要分清概念的本质，在对感性材料的抽象过程中，不要把附带属性作为概念的内容。
1．生物学概念教学三个重要环节
任何学科核心概念的获得和形成均有一个循序渐进的过程，包含很多组成环节。高中生物学教学重视以下三个重要环节。
第一，注重观察，获得关于事物表象的初步认识。大多数学科知识的最初感知与获得均是通过对事物现象的观察，把通过视觉、听觉等感官得到的第一手感性材料上升为感性认识，当感性认识积累到一定程度时，就形成了生活经验。感性认识越深刻，生活经验越丰富，对于概念的初步形成和掌握也就越有利。
第二，由表及里，对观察到的表象认识进行归纳总结。生物学核心概念的获得与形成，每一个环节都是加深理解的过程。通过仔细的观察和留意生活中的生物学现象，学生积累了一定的感性认识，但只有感性认识是不够的，还必须将感性认识进行深化，将感性认识上升为更进一步的理解，形成一个知识体系。学生通过对观察到的表象认识进行归纳总结，可以将自己最初对生物学核心概念的感性认识转化为理性认识，这是一个从认知到理解的过程。在学生进行归纳总结的过程中，画图分析法有助于学生更好地对知识进行理解，帮助他们找到生物学对象的共同特点并进行发散思维，从而将所学知识归纳形成一个完整的体系。
第三，深化总结，初步形成核心概念的知识体系。概念的深化就是将获得的概念整合到原有的认知结构中，使之成为整个概念系统的一部分，是运用概念进行推理、作出判断、解决问题的过程。在这个过程中，教师扮演着一个重要的角色，就是引导学生将知识和概念进行融会贯通，促使其原有的相对零散的概念形成一个较为完整的体系。在生物教学中，教师要注意教学内容各章节之间的内在联系性和整体性，要对课程教学内容进行宏观上的把握，对教学内容进行带有层次性的分析，以构建具有系统性、联系性的核心概念体系。
2．生物学概念教学的三个策略
一是生物学概念教学要由浅入深、循序渐进，遵循生物教学的客观规律。在教学过程中，教师要给学生搭建循序渐进的学习阶梯。例如，教学DNA时，可以设置如下的学习阶梯：①DNA的组成单位是什么？它由哪三部分组成？②DNA的组成单位有几种？怎样制作它们的纸质模型？③怎样将制作的脱氧核苷酸纸质模型连接成长链？这样既可以帮助学生更好地发现和思考，掌握每个学习阶梯内的核心概念，又可以使学生享受到学习的成就感，提升他们学习生物学的积极性和主动性。
二是生物学概念的建立是以丰富的生物学事实为基础。生物学事实和生物学概念都属于生物学知识，从教学角度来看，生物学概念属于“为什么”，生物学事实属于“是什么”。生物学事实是客观存在的，是可以感知、观察或者测量的，高中生物教材中所列举的生物事实是用来构建生物学概念的。因此，生物学概念教学过程中要引导学生对一些重要的生物学事实的理解，有助于学生理解生物学概念。不能将概念与事实割裂开。在教学中，教师要认识到两点：一是生物概念理解建立在丰富的具有代表性的生物学事实基础上。二是将生物学事实置于生物学概念框架下。
例如，在人教版“基因在染色体上”一课中，“基因位于染色体上”是一个概念（概念性知识），但该概念的得出是一个事实的发现过程（事实性知识），在此过程中科学家运用了类比推理、假说演绎等方法（方法性知识），而在将基因定位于染色体上之后，就可以从基因水平上去理解孟德尔遗传规律的实质（价值性知识）（图1-2）。图1-2 基因位于染色体上的解释
三是抓区别找联系，深化概念。高中生物教材中相似的概念很多，有的则一字之差，却表示两个不同的生命本质属性。例如，原生质与原生质体，有丝分裂与减数分裂，生长素与生长激素，甲状腺激素和促甲状腺激素，有性生殖和无性生殖，原核细胞和真核细胞，同化作用和异化作用，光反应和暗反应，有氧呼吸和无氧呼吸，自养型和异养型，需氧型和厌氧型，自交、杂交和测交，特异性免疫和非特异性免疫等，引导学生类比区别相似概念，可以收到事半功倍的教学效果。案例一“细胞呼吸”一节对“无氧呼吸”就是以抓区别找联系的方法，通过与有氧呼吸进行比较（表1-1），从而深化概念。表1-1 有氧呼吸与无氧呼吸的区别二、高中生物学概念的理解性教学方法
中学生物教学历经多次变革，无论中学生物学教学大纲、教科书、教学和教学评价，均发生了明显的变化，但是在中学教学中，教师的教学行为并没有发生根本性变化，课程观念仍是以知识为中心，甚至是强化。高中生物教材内容越来越多，从20世纪八九十年代一本生物书到21世纪初三本书，以及现在六本书，可以说中学生教材成了大学教材的缩写本，虽然教学大纲上依据生物知识在生物知识体系中位置，分别标出“了解”“理解”“掌握”等要求，实际上高考什么都考，甚至考到教材的注释部分，防不胜防。莘莘学子，苦不堪言。
随着世界教育改革的不断推进以及学习科学的创建及发展，人们积极探索培养学生理解力的课堂教学途径。本书研究团队在长期教学实践过程中，对培养学生理解力的课堂教学进行深入思考：理解有多种多样的表现形式，因此促进“理解”的教学方法也应是多种多样。
理解力培养是个非常复杂的课题，但是我们不是无能为力，相反由于理解力培养对学生发展的重要性，我们围绕学生理解力的具体表现进行专题研讨，研讨中我们发现，教师在培养学生对理解方面有着很多非常好的做法和经验：一是在教学中，把提高理解力放在首要位置。我们学习的目的一方面是获得知识，但是为了学习更多的知识，要让学习给我们提供更好的理解力的锻炼。时刻记住我们的理解力培养是核心的任务，也许我们就能不断的提高。二是尝试从多个角度看问题。既然理解力是整体的和结构的，从单个侧面不能完成理解的任务，我们只有尝试从多个角度去观察才有可能完成理解。三是不断让学生体验，创造更多学生主动学习的机会。理解力并不是与生俱来的，而是后天锻炼的结果。为了提高理解力，我们需要不断地接触新事物，并不断地总结新事物，这样我们才有机会提高我们的理解力。（一）激发学生探究的欲望，是培养学生理解力的基础
激发学生探究的欲望和学习中强烈而持久的兴趣，是生物教师苦苦追求的目标，同时生物教师潜意识中认为学生对生物多半不感兴趣，事实上，这种观点是站不住脚的。我们不妨看看绝大多数儿童对生物的兴趣，回忆一下自己少年时代对生物的兴趣，即便我们成年了，对纪录片《动物世界》依然充满了浓厚的兴趣，许多步入老年的人，对花草、动物的爱好依然不减。人依存于自然界，依存于其他生物而生存，人体生命活动的规律和其他生物是相似的。这种天然的联系，势必使生物课生动，比较容易引发学生学习的兴趣和探究的欲望。作为生物教师，首先要承认这一点。
原本易引起学生兴趣的生物课，为何多数教师认为学生对学习生物缺乏兴趣呢？根源出在教师自身上，我们教师往往认为生物是一门科学，科学是严肃的，有体系的，生物课就是讲细胞结构、有丝分裂、DNA分子、遗传规律等A、B、C一大串知识及知识结构，很大程度上抑制了学生研究问题的兴趣。其实，课堂上提出一个新的学习主题，学生总会有已有的相关体验，或来自于日常生活，或来自于新闻媒体，或来自于自己的探究和思考，积累了相关知识并存在着相关的问题。每当我们组织一个学习活动时，学生首先渴望的是表现他自己，积极尝试去解决，而教师对学生诉求不予以关注，教师的“教”与学生的“学”就会产生偏离，课堂就会出现“离心力”，学生对学习不感兴趣，则是自然的事情。
有位教师在讲“遗传和变异”时，先让学生观看小品《产房内外》，通过黄宏精湛、滑稽的表演，让学生知道生孩子对家庭的重要性。然后，适时提问到底是什么决定生男生女，引入性染色体的知识。拿来围棋，用黑白两色相同数量的棋子分别代表含“X”染色体的精子和含“Y”染色体的精子，把它们混合在一起，让学生到前面来随机地拿一个棋子，然后说出此种精子与卵细胞结合所决定的性别，并记录下来。再把棋子放回，让其他学生重复这个过程。通过统计，算出男孩和女孩出现的数量是接近相等的。从而轻松得出结论，人的性别是由性染色体决定的，生男生女的概率是均等的。
教育家杜威特别强调兴趣是教学的出发点，培养学生兴趣的根本原则是把要学生学习活动与学生成长有机结合，兴趣是对于行为者自[4]身成长的指导，如果行为者要完成自我发展，就迫切需要兴趣。（二）先行学习，让学生在“做中学”
学习是学生自己的事，别人只能提供帮助，但无法替代。就像学走路，哪怕从爬行开始，都是从跌跌撞撞开始，后学会独立行走，而不是让人“抱着走”中学会独立行走。教学的最高境界是引发学生自主地学，先给学生以合适的任务，放手让他们先学，并适时组织小组讨论，当学生需要教师帮助时再介入，即让学生先行学习。
本书所提“学生先行学习”，与传统意义上的学生提前预习的本质区别是，学生在教师组织和问题驱动下，对教材中某一内容进行研究性学习。其有两层含义：一是“让一部分人先学起来”。从班里选取几位同学，针对某一课程内容提前做研究性学习，即理解将要学习课程的内容，发现学习过程中遇到的问题。二是“让一部分人先教起来”。
在教师指导下，让先行学习的学生，以向全班同学进行课堂展示为任务目标，通过对自身学习过程中遇到的问题的解决，实现学生向教师角色的转换，让学生在“做中学”。
1．先行学习，有助于学生理解生物概念
本课题教师在实践中发现，采用先行学习的学生在知识的掌握方面显著地优于以教师为中心方式学习的学生；其次学生对知识的理解深度与迁移、运用能力也比以教师为中心方式学习的学生好。
2．先行学习，能够显著地提高学生的批判性思考能力
对于学生的心理发展，先行学习有利于学生在学习态度、工作习惯和自尊方面的改善和发展，能够增强自信和持续学习的能力。对于不同学习风格与能力学生的表现方面，先行学习“比传统教学方式更适应不同学习风格和智力倾向的学生”。
3．先行学习能有效提高学生合作能力和深度反思的能力
在先行学习小组合作中，学生主动参与到学习中，通过自主学习或小组协作，在原有知识的基础上去寻找答案，真正体现学习主体的地位。在先行学习中，教师是学生学习的引导者、帮助者、鼓励者，在学习过程中建议或提示学生发现问题，并完成学习进展的记录和评估。
4．先行学习也可以培养学生认知能力
先行学习对教师的益处是：使教师能够聚焦在核心想法和突出问题上，在课堂上设计出吸引人积极参与的、富有挑战性的活动，并能够支持学生的自主学习。在实施项目学习的过程中，改善学生学习环境，提供个性化的教育；鼓励教师的协作；激励学生取得成就。（三）利用生物科学史引导学生构建概念
概念是从大量的事实中抽象概括出来的，因此概念的形成需要大量代表性的生物学事实来支撑。生物科学史详实地记录了科学家进行科学探索的过程和方法，同时也呈现了知识的形成过程，而知识的核心就是概念。因此，教师可以利用科学史引导学生构建概念。
1．利用科学史帮助学生构建概念
首先，生物科学史可帮助学生渐进性理解生物学知识，突破重点和难点。生物科学史是生命科学研究成果的发现过程，是揭示生命奥秘的过程。在生物教学的过程中，以科学史作为教学材料，能够顺理成章地展现生物科学知识的形成过程，有助于学生全面理解生物学基础知识，构建完整的知识体系，这也符合学生的认知规律。另外，层层递进的科学史知识，能够帮助学生深入地理解生物课堂上的重难点内容。
其次，由于教材内容的编写受多方面的限制，对部分知识的编写缺乏铺垫。例如，人教版教材中“促胰液素的发现”的内容是作为“胰液的分泌不仅有神经调节还有激素调节”的概念支撑的。但是，仅依据教材的内容开展教学很容易让学生构建出“胰液的分泌不是神经调节而是激素调节”的错误概念。这种误会的产生与教材中未提到巴甫洛夫在当时消化生理学领域权威的影响有关。事实上，巴甫洛夫已经成功证明了胰液的分泌受神经调节，后人是在他的基础上进一步发现除了神经调节还有激素调节方式。因此，在教学过程中补充巴甫洛夫对促胰液素发现的影响要比教师一味地重复强调更能有效地避免误解的产生。
2．通过科学史，理解生物学概念所蘊含的科学思想和方法
首先，概念形成过程，蕴涵着独特的生物学思维和科学研究方法。利用科学史上的经典实验进行教学，是培养学生探究学习能力的一个有效措施。在生物科学史课堂中，教师要灵活运用科学史，引用科学史资料来导入新课，创设探究情景、营造探究氛围，以发散学生思维，提高其科学探究能力。
其次，利用生物科学史可以让学生体验生物探究的过程且了解生物探究的一般方法。生物科学发展的历史就是一部科学探究的历史，在教学中可普及一些科学史的知识，让学生从中体验科学探究活动的整个过程。教师把经典的科学探究实验引入生物课堂，让学生身临其境地思考与探索，自主设计实验方案，感悟科学探究过程，理解科学家发现、探索和解决问题的科学精神，从而培养学生的理解力。
例如，在讲授“遗传定律”的内容时，可以融入奥地利生物学家格里哥·孟德尔经典豌豆实验的科学史，按照“假说—演绎法”的推理探究模式进行教学，使学生在体验遗传规律探究发现的过程中，不断深化对遗传定律基础知识的认识，掌握科学探究的基本方法，提高探究学习的能力。可见，教师在生物课堂上可以通过具体的科学史实例，让学生亲身体验科学探究的一般过程，即观察科学现象—提出科学假设—设计科学实验—假设的证实或证伪，培养学生的发散思维，提高其探究能力。从而提高学生的科学素养，并了解科学研究方法和思维方法，从而积累更多的知识经验，拓展学生的思维空间。
最后，科学史能按照历史顺序呈现出具有线性逻辑顺序的事实，而这逻辑有可能与学生分析推理得出概念的逻辑相符。那么，教师就需要对科学史进行巧妙的加工和处理，将具有一定逻辑的科学史事实呈现在学生面前，启发学生通过对事实的抽象和概括，揭示其本质特征而形成概念。
3．利用科学史对前概念进行修正、促进概念迁移
多数教师都面临着这样的教学困境：某一概念讲了很多遍，刚讲完带着做题的时候学生是会的，可是过一段时间，就遗忘了。造成这种困境的一个重要原因是教师在教给学生科学概念时，往往忽略了学生头脑中已有前概念的存在。如果前概念没有被修正，且存在的时间比科学概念长，一段时间后，学生自然就用具有错误性的前概念解决新问题。要走出这种教学困境，教师要正视前概念的存在，并让前概念成为科学概念形成的基础。
此外，要真正掌握和理解的概念，还需让学生在实际情境中迁移和运用概念知识，从而帮助学生巩固和发展概念。
例如，在讲授高中生物“光合作用”的内容时，教师可将光合作用的发现史贯穿在课堂教学中，如讲授光合作用的产物时，可结合1864年德国科学家萨克斯的绿叶遮光实验来讲解；讲授光合作用的场所时，可通过1880年德国科学家恩吉尔曼的水绵实验来讲解；讲授光反应中氧气的来源时，可以结合1939年美国科学家鲁宾和卡门的氧同位素标记的实验来讲解。可见，不同的实验体现了不同的研究方法和思维方法，可加深学生对单一变量、对照等实验原则的理解，以及对同位素标记法等科学研究方法的掌握，从而使生物教学的重难点知识得以突破，提高学生解决问题的综合能力。
4．利用生物科学史的严谨性，帮助学生树立科学观念
培养科学素养包括两个层面：一是对知识、情感和技能的掌握程度。二是在原有的基础上不断提升自身科学素养的能力。新课程改革的理念倡导转变学生的学习方式，变被动为主动，提倡学生主动参与、勤于动手、乐于探究，注重培养学生搜集和处理信息的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力，全面提高学生的科学素养。学习生物科学史，就是追寻科学家探索生物奥秘的脚步，深入地理解生物科学的本质和科学研究的方法。生物科学史的故事中蕴涵了科学家的科学态度及精神。
例如，青霉素的发现是1928年英国细菌学家弗莱明严谨不苟、求真务实态度的成果；自然选择学说的创立是英国生物学家达尔文合理质疑、勇于创新意识的指引；奥地利生物学家格里哥·孟德尔潜心研究了八年的植物杂交实验，最终总结出重要的孟德尔遗传规律，也体现出科学研究需要坚持不懈、一丝不苟的科学精神。
在课堂教学中，教师应渗透这些生物科学史教育，有助于学生养成科学态度和科学精神，让学生在理解科学实验的发展过程中，提高学生发现、探索与解决问题的能力。因此说，科学实验的严谨性渗透在科学史中，能够帮助学生树立科学观念，培养其科学素养。
综上所述，生物科学史中蕴涵着科学家对生命世界探索的精彩片段，有效的生物科学史教学应选择适合的材料，运用恰当的手段，才能达到最佳的教学效果，让学生身临其境般地感受和领悟科学探索的过程。生物科学史是一部揭示生命科学发展历程的探究史，科学史的学习将知识传授、能力培养和情感态度价值观的发展等三个方面的教育融合起来，其趣味性能够激发学生的学习兴趣，使学生主动地沿着科学家探索生物奥秘的道路去发现与解决问题，真正理解生物科学的本质，感受生物科学蕴涵的精神，从而培养学生的科学思维方法和科学探究能力，促进学生科学而全面的发展，对培养学生的科学素养具有重要作用。（四）生物建模，有助于学生理解力培养
1．模型建构是学生将来从事科学研究的必备能力《课标》明确要求：使学生了解建立模型等科学方法及其在科学研究中的作用，培养学生的建模思维和建模能力，领悟、建立数学模型等科学方法及其在科学研究中的应用，培养学生的建模思维和建模能力，使学生获得生物学的基本事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识。详见表1-2。表1-2 《普通高中生物课程标准（实验）》内容
这是首次在高中生物基础知识目标中提到“模型”一词，目前，国内使用的各个版本的生物教材中，均有一定数量的模型建构活动，这是我国中学生物学课程发展历史上第一次如此重视“模型”。
由此可见，建模能力在高中生物课程标准中被提到较高的高度，模型建构被认为是学生将来从事科学研究的必备能力。
如何落实新课程标准中模型建构能力的培养？本书将在第四章从模型建构的理论基础、生物模型的类型、教学价值和培养策略四个方面进行探讨，以期为广大教师提供有关生物模型建构的实践方法。
又如“细胞的分裂和分化”很难，很抽象，怎样将抽象的知识通俗地呈现给学生？首先给学生阅读一段资料，即一个成年人大约拥有100万亿个细胞，这些细胞都源自一个细胞。当学生阅读了这段资料后，最大的疑惑是：人为什么要这么多的细胞，而不能由几个巨大的细胞组成？答案是因为细胞很小。紧接着学生又有疑惑了：细胞为什么这么小？仅凭学生已有的生物学知识，要解释清楚“细胞的体积只能很小”是不可能的。教师利用数学建模的方法可以让学生轻松地理解“细胞的体积为什么只能很小”。第一步，假设细胞为立方体形（便于计算）；第二步，分别设立方体的边长为1cm、2cm、3cm和4cm；第三步，先分别计算每个立方体的表面积和体积，再计算表面积和体积之比。表面积代表细胞膜的大小，体积代表细胞的大小，将计算结果列表呈现。当学生看了表中数据后，对“细胞体积只能很小”的原因一目了然：细胞长大需要通过细胞表面从外界吸收营养物质，表面积越大，吸收的营养物质越多。随着细胞的长大，其表面积与体积之比却在变小，即表面积增大没有体积增大得快。当细胞长到一定大时，由于细胞得不到足够的营养物质而无法继续长大。因此，细胞的体积只能很小。
2．生物建模，让学生“做”科学
在生物教学中以模型建构为突破口，让学生在平等、激励、和谐的课堂气氛中通过“做”科学的过程，把微观抽象的知识简单化、具体化，既落实基础知识、基础原理，又能锻炼学生运用知识、解决问题的能力，必然对实现并提高生物课堂教学的有效性大有裨益，对实现教学目标，促进学生理解力具有十分重要的意义。
例如，在进行“生物膜结构模型”教学时，先给学生提供这样的教学情景：科学研究发现，脂溶性物质极易通过细胞膜，并且细胞膜易被脂溶性溶剂所溶解；细胞膜易被蛋白酶水解。分析得出细胞膜的主要组成成分是蛋白质和磷脂。然后，教师鼓励学生大胆想象，尝试建构磷脂在空气和水面的排列方式，以及它们是如何构成细胞膜的，给学生提供充分的自主学习的空间和时间，并引导学生不断修改自己构建的模型，引导和促进学生主体性发展。教师在放手让学生独立思考、自主建构的基础上组织全班学生进行合作交流。通过交流合作使学生能从不同的角度去思考问题，能对自己和他人的成果进行反思，在合作交流中相互启发、共同发展，培养合作精神和参与意识。在模型建构的课堂中有一种和谐、宽松的学习氛围，教师成为学生学习活动的引导者、组织者，学生真正成为学习的主人。
总之，在生物教学过程中，根据具体教学内容，组织学生进行生物模型建构，发挥学生的主体地位，让学生通过自主学习，掌握获取知识的科学方法，有助于学生理解力的培养。（五）让生物观点引领学生理性思维
生物学是中学基础理科课程。理科（science departments）是指自然科学、应用科学以及数理逻辑，与文科相对立，理科学科主要有：数学、物理、化学、生物学、计算机软件应用、技术与设计实践等，理科的诞生与发展是人类智慧发展的结果，标志着人类真正懂得了思考自然，因此理科的发展也是人类科学与自然思维发展的关键。生物
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