概念教学刍议（三）——概念的类型与概念教学
人类在认识和改造客观世界的过程中，形成了浩如烟海的概念，建立了庞大而复杂的概念系统。这些概念可以归为不同的类型，同一类型的概念有着共同特性；不同类型的概念，其建构方式、性质和用途都有区别，因此，了解概念的类型，是搞好概念教学的基础。
关于概念的类型，逻辑学、心理学、教学论等不同学科从不同角度有不同的提法，例如，逻辑学上有单独概念与普遍概念、集合概念与非集合概念、正概念与负概念、相对概念与绝对概念、真实概念与虚假概念之分。考虑到它们与本文论述的概念教学关系较远，不作展开叙述。
与概念教学关系密切的概念类型知识主要源自心理学和教学论，有的与逻辑学有一定的联系，从不同视角会有不同的分类，如具体概念和抽象概念、上位概念和下位概念、科学概念和日常概念、前概念和错误概念等，科学教育领域近些年出现频率较高的概念类型词语有核心概念（大概念）、重要概念（主要概念）、基本概念等说法。
一、具体概念和抽象概念
传统逻辑学上的具体概念又称实体概念，是指反映具体事物的概念，如单子叶植物、动脉血、植物细胞、神经元、神经纤维、森林等，它的外延是指一个一个的具体事物［1］，如单子叶植物有小麦、玉米、狗尾草等。传统逻辑学上的抽象概念又称属性概念，是指以事物的某种属性为反映对象的概念，如动脉血的含氧量高、颜色鲜红等。“高”“红”作为属性概念，反映的不是具体事物本身（“红”的概念既能反映血液的颜色属性，也反映红旗、红裙、红宝石的颜色属性），而是从事物身上抽象出来的某方面的性质，因此称为抽象概念。它们的外延不是一个一个的具体事物，而是事物某方面的属性程度，如“红”的外延有深红、浅红、鲜红、暗红等。在辩证逻辑中，抽象概念只是认识事物的第一步，仅抽象出对事物某方面属性的认识；要达成对该事物全面深入的认识，还需要分析事物各方面属性之间的关系和内在联系，上升到事物整体层面认识事物，即由抽象再上升到具体，形成具体概念。
认知心理学上的具体概念和抽象概念则有另外的含义：具体概念是指能通过感官通道感知客体或自身动作，获得关于认识对象的表象进而通过抽象概括形成的概念，如根、茎、叶、保护组织、输导组织、薄壁细胞、叶肉细胞、握手、拥抱等；抽象概念是指不能通过感官通道获取认识对象的信息，而是通过理解认识对象抽象的意义来获得的概念，如营养、保护、能量、友好、热情、逻辑等。认知神经科学的研究发现，具体概念和抽象概念在大脑皮层中的加工区域是相分离的。这一发现在概念教学上有重要价值。
与上述分析异曲同工的是加涅的观点。加涅将概念区分为两种类型：具体概念和定义性概念。具体概念的关键特征只能通过对概念例证的观察而获得。这里“观察”一词的含义是用我们的感官（如眼、耳、鼻、舌、皮肤等）去感知。比如，红、黄、绿、酸、甜、苦等概念，只能通过上面所说的观察来获得，定义是很难下的。而定义性概念的关键特征一般不能通过对概念例证的观察而获得，必须通过下定义的方式才能习得。如，“方程”就是一个定义性概念：含有未知数的等式。此外，物质、能量、信息、功等概念也只能通过下定义的方式来获得。［2］
二、合取概念、析取概念和关系概念
根据概念所反映的事物的属性情况，可以将概念归为合取概念、析取概念和关系概念三类。［3］
有些概念其属性是固定不变的，一个事物必须具备这个概念的所有属性，才能成为这个概念的例子，这样的概念叫合取概念。如基因的概念，其定义是：“基因通常是有遗传效应的DNA片段。”“有遗传效应”“DNA片段”是基因的两个属性，缺少哪条属性，都会造成基因的概念不完整。
有些概念其属性不是固定不变的，一个事物只要具备其中一条属性，就能成为这个概念的例子，这样的概念叫析取概念。如基因突变的概念，其定义是：“DNA分子中发生碱基对的替换、增添或缺失，而引起的基因碱基序列的改变，叫作基因突变。”碱基对的替换、增添或缺失，只要具备其一，就是基因突变。
有些概念是反映事物之间关系的属性的，这种属性要依靠事物之间的关系来确认，这样的概念叫关系概念。如同源染色体、非同源染色体、姐妹染色体、非姐妹染色体、等位基因、非等位基因、子一代、子二代、父本、母本、载体、受体、抗原、抗体等。生物学中这样的概念不胜枚举。
应当补充说明的是，许多概念是采取属加种差的方式定义的，反映的是种概念与属概念的关系。这些概念一般都属于合取概念或折取概念，而不是关系概念。如：“基因通常是有遗传效应的DNA片段”，反映的是“基因”这个种概念与“DNA”这个属概念的关系；“真核细胞是指具有以核膜包被的细胞核的细胞”，反映的是“真核细胞”这个种概念与“细胞”这个属概念的关系。
在教学中注意辨别一个概念是合取概念还是析取概念，有助于提高概念教学的准确性。如果把合取概念当作析取概念来学习，就会导致概念理解的片面化；如果把析取概念当作合取概念来学习，就会导致概念理解的内涵扩大化和外延窄缩化。在教学中注意辨别概念反映的是事物本身的属性（合取概念和析取概念），还是事物之间关系的属性（关系概念），有助于学生理解概念的实质。
三、上位概念、下位概念和平行概念
由于人们认识对象的层次和范围不同，形成的概念在层次上也有差别，所以有上位概念、下位概念和平行概念的分别。
（一）上位概念
在逻辑学中，概念之间的关系包括全同关系、上属关系、下属关系、交叉关系和全异关系等。其中上属关系的表述是：“如果所有b都是a，但是，有的a不是b，那么a与b就有上属关系，或者说，a上属于b。”［4］在这种情况下，概念a就是概念b的上位概念，或称概念a为属概念，概念b为种概念。如果不用符号表示，仅用语言描述，属概念（上位概念）的定义则是：属概念是外延完全包含着另一个概念的外延，并且这另一个概念的外延仅仅是自己外延的一部分的那个概念。例如，腔肠动物、扁形动物、环节动物等都是无脊椎动物，“无脊椎动物”就是相应的属概念。
（二）下位概念
在逻辑学中，对概念之间下属关系的表述是：“如果所有a都是b，但是，有的b不是a，那么a与b就有下属关系，或者说，a下属于b。”［4］在这种情况下，概念a就是概念b的下位概念（种概念）。如果不用符号表示，仅用语言描述，种概念（下位概念）的定义则是：“种概念是外延完全包含于另一个概念的外延之中，并且仅仅成为另一个概念的外延的一部分的那个概念。”［4］例如，对应于“无脊椎动物”这一个属概念，“腔肠动物、扁形动物、环节动物”等都是种概念。
（三）平行概念
在逻辑学上，概念之间的关系还有全异关系，其具体表述是：“如果所有的a都不是b，那么，a与b就是全异关系。”［4］如果a与b在同一个范畴下，或者同样上属于某个属概念，那么，a与b就是平行概念。腔肠动物、扁形动物和环节动物是全异关系，这三个概念就是平行概念。
教育心理学中上位概念、下位概念和平行概念的含义与上述逻辑学的大体是一致的。奥苏伯尔基于对上述概念关系及其学习规律的研究，提出了上位学习、下位学习和并列结合学习三种概念教学模式，对概念教学产生了广泛的影响。［5］此外，厘清所学概念之间的关系，特别是弄清楚哪些是上位概念，哪些是下位概念和平行概念，对于建立良好的知识结构是十分必要的。
四、科学概念和日常概念
在维果茨基的研究中，儿童通过日常生活经验形成的概念称为日常概念，通过正式的科学教学而获得的概念称为科学概念。维果茨基认为，皮亚杰等心理学家研究的概念形成和概念转变等理论，都是关于儿童在生活中自然形成的概念，
也就是皮亚杰所说的儿童自发概念。［6］相应地，皮亚杰认为科学概念是从成人强加给儿童的，属于非自发概念。
皮亚杰认识到科学概念的非自发性，但是他未能阐明科学概念与日常概念的关系，甚至认为二者是毫无关系的。维果茨基对科学概念与日常概念的关系进行了深入的研究，提出以下主要观点：科学概念与日常概念的关系相当于外语和母语的关系，母语的学习过程是自发的、无意识的，但它为外语学习奠定语义的基础，比如，母语中掌握了“兄弟”的含义，就为学习英语中“brother”一词奠定了基础，同时，外语学习又在一定程度上加深对母语的理解；科学概念是成系统的，学习新的科学概念，必须将它放入科学概念的系统中去学习，而日常概念的建构过程是相对独立的，儿童可以在很长时间内将“花”与“玫瑰花”并列；自发概念使科学概念有可能在教学中产生，而教学则是科学概念发展的源泉；自发概念是从认识具体的事物开始经过漫长的过程才形成的，即自下而上形成的，甚至形成概念后也不认识这个概念，科学概念往往是从下定义开始学习的，即自上而下形成的，同自发概念相比在直接经验方面明显要弱；科学概念是通过日常概念向下生长发展的，日常概念是通过科学概念向上生长发展的，这两条发展路线之间的联系，就是最近发展区与现实发展水平的联系。
上述理论有助于我们在教学中有意识地寻找科学概念与学生日常概念的联系，让日常概念成为学习科学概念的资源和基础，让科学概念成为提升学生的日常概念和思维水平的助推器，从而促进学生的发展。
五、前概念和错误概念
“前概念（preconception）”与维果茨基所说“日常概念”的含义相近，是“前科学概念”的简称，指学生在通过正规的科学教学学习科学概念之前，在现实生活中通过长期的经验积累与辨别式学习而获得的一些感性印象，积累的一些缺乏概括性和科学性的经验，是一些与科学知识相背或不尽一致的观念和规则。
与“前概念”相近的术语有很多，除前面提到的“日常概念”“自发概念”外，还有“错误概念（misconception）”“迷思概念（misconception）”“相异概念（alternative conception）”“相异构想（alternative perception）”“模糊概念（fuzzy conception）”等。［7］李高峰教授对这些术语进行了深入的辨析。他在文章中指出，前概念与错误概念指代的并不是同一对象，前概念并不都是错误概念，有时也有合理的成分或与科学概念一致之处，它们是通向科学概念的基础和先导。错误概念往往也是基于经验的，有错误概念并不是概念持有者的错，为了表示对这些概念持有者的尊重，专家们建议用“相异概念”代之。
关于前概念的具体情况，李高峰作出如下总结：按照前概念产生的时间，可以分为原发性前概念和继发性前概念，前者是接受科学教育之前形成的，后者是在教师讲授指导下学习科学之后形成的；按照前概念的状态，可以分为空壳概念（知名称不知内涵）、不完整概念（漏掉某些属性或外延概括不全）、异质概念（扩大内涵，强加其他属性）、条件缺失概念（忽略了概念存在的前提条件）、绝对化概念（忽略了特例和反例）等。这对于我们在教学中有效甄别学生的前概念，从而有针对性地开展概念教学是有参考意义的。
奥苏伯尔有句名言：“影响学生学习的唯一最重要因素就是学习者已经知道了什么。”［8］了解学生的前概念（包括相异概念），是有效进行概念教学的前提。同时，学生的前概念乃至错误概念，也是有效开展概念教学的资源。教师可以利用学生的前概念，创设情境来引发认知冲突，激发学生的求知欲，进而引导学生否定先前的错误概念，建构科学概念。
六、核心概念（大概念）和基本概念
在国际科学教育界，核心概念一词成为大家耳熟能详的热词，已经有至少20年的历史。我国在2001年开始基础教育课程改革之前，与此相对应的常见用语是“基本概念”。对于“基本概念”，无须过多解释就能理解。而对于“核心概念”，专家们的解释却有各种说法，以至于到今天仍难以找到确定核心概念的可操作的标准。
核心概念对应的英文词有多个：key concept（关键概念）、core concept（核心概念）、core idea（核心观念）、big idea（大观念，也译作大概念），等等。美国课程专家费德恩（Feden）等认为，核心概念是一种教师希望学生理解并在忘记其非本质信息或周边信息之后，仍然能应用的概念性知识。埃里克森（Erickson）认为，核心概念是指居于学科中心，具有超越课堂之外的持久价值和迁移价值的关键性概念、原理或方法。这些核心概念具有广阔的解释空间，源于学科中的各种概念、理论、原理和解释体系，为领域的发展提供了深入的视角，还为学科之间提供了联系。［9］
北京教育学院科学教育团队提出，核心概念是构成学科骨架的，具有迁移应用价值的概念。它可以统摄一般的科学概念，可以揭示学科知识的功能，其特点是具有普适性和迁移性，即具有广泛的解释力，能统摄众多的学科知识；可以应用于新的情境，解决相关领域的新问题。［10］
虽然对核心概念有上述种种解释，但是究竟什么是核心概念、如何确定学科核心概念，似乎仍是可意会不可言传之事。
与核心概念相近的、近两年来比“核心概念”更热的词语是“大概念（big idea）”。其实，阅研美国2013年发布的《新一代科学教育标准》（NGSS）不难发现，大概念就是指学科核心概念和跨学科共通概念。换句话说，学科核心概念属于大概念，大概念的解释和选择标准与学科核心概念是一样的。
笔者在近年的普通高中课程标准培训讲座中提出，大概念是居于学科中心位置、对学科内众多的概念性知识起统摄作用和聚合作用、构成学科结构框架、对学科研究对象的上位的本质的认识。它具有以下特点。
1．大概念是教育领域特别是科学教育所倡导的概念，它不同于逻辑学或心理学中所说的概念，不能仅从类的抽象物这个层面去理解。它是指在基本概念、原理、理论等概念性知识基础上进一步提炼出的接近于观念的东西。
2．大概念是个相对的概念，其范围大小依研究者研究对象而定。大概念是一般概念的聚合器，它相当于文件夹。
3．大概念可持久存在。
4．大概念具有广泛迁移性。
5．大概念的形成是一个不断进阶的过程。
6．同一个大概念标题可以在小学、初中、高中、大学不断地学习，不断丰富、深化对它的理解（文件夹没变，其中文件越来越多且有更新）。
关于教学聚焦大概念（核心概念）的意义，笔者总结为以下四条。
1．聚焦大概念意味着不是让学生学习零散的、不连续的事实性知识和理论片段，所有知识性内容的学习都指向核心概念，学习的所有知识内容都对建构和理解核心概念有帮助。
2．聚焦大概念可以帮助学生将所学知识结构化，对自然界形成整体的连贯的解释，加深对科学的理解，避免机械记忆。
3．聚焦大概念可以将同一学科在不同学段的内容按同样的大概念框架来设计，有利于实现概念学习的进阶。
4．聚焦大概念可以减少不必要的学习内容，实现“少而精（less is more）”。
核心概念是在掌握学科的基本概念、原理、理论等基础上建构起来的，那些支持核心概念建构的不可或缺的概念就是基本概念。笔者曾尝试以花为例，类比性地解释了核心概念和基本概念的关系。如果将“花是被子植物通过有性生殖来传种接代的生殖器官”作为核心概念，那么，被子植物、花的基本结构、传粉和受精、胚的发育、种子和果实的形成等就是基本概念，而花的大小、颜色、类型、萼片、花柄等就属于非本质信息或周边信息，是学生在认识花的过程中可以有所了解但无须长久记忆的信息。
《义务教育生物学课程标准（2011年版）》列出了50条“重要概念”，《义务教育科学课程标准（2017年版）》则强调“主要概念”。这些“重要概念”“主要概念”的实质都与“大概念”“核心概念”并无二致，只是各课程标准修订组因各种原因在用词上略有变化罢了。
七、学科内概念与跨学科概念
科学教育中强调的大概念，不仅包括自然科学各个学科内的核心概念（disciplinary core ideas），还包括跨学科概念（crosscutting concepts）［11］以及关于科学本身的大概念。
跨学科概念是指应用于所有科学领域的概念，它比学科核心概念的概括程度更高，对学科核心概念起到组织和连接作用。［11］NGSS列出了七个方面的跨学科概念：1．模式；2．原因与结果；3．尺度、比例与数量；4．系统与系统模型；5．系统中的能量与物质；6．结构与功能；7．系统的稳定与变化。［11］这七大跨学科概念在NGSS各学科各年级的“预期表现”和“基础框”中，结合相关学科核心概念和科学与工程学实践的内容，都有具体的描述。例如，在高中“生物体和生态系统内的物质和能量”部分，关于“能量与物质”这一跨学科概念的描述是：一个系统内的物质和能量变化可以描述为物质和能量的输入、输出和系统内的流动；能量不会被创造或消灭，它只会在不同场所、不同物体（或场）、不同系统之间移动；能量驱动着系统内或系统间的物质循环。［12］
重视跨学科概念的教学，不仅有助于学生将不同学科的知识连接和组织起来，形成关于自然界的贯通一体的知识结构，还为学生从理解学科核心概念到建立科学的世界观铺平了道路。自然科学课程中各学科的教学，在这方面都是大有可为的。
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［12］NGSS Lead States．Next Generation Science Standards：ForStates, by States．Washington DC：The National Academies Press，2013：265．
作者简介：赵占良，人民教育出版社总编辑助理。中国教育学会生物学教学专业委员会理事长；首都师范大学客座教授、硕士生指导教师；北京教育学院客座教授；《课程·教材·教法》副主编；《生物学通报》常务编委。生物学课程标准制定专家组核心成员。