学科核心概念是学生理解复杂科学现象和解决挑战性问题的基础。它们帮助学生构建一个连贯的知识结构，将不同学科的基本概念（包括概念、理论和原则）整合在一起，从而形成对科学的全面理解。通过学科核心概念，学生不仅仅是记忆孤立的事实，而是能够深入理解科学概念之间的联系，促进深度学习和长期记忆。
学科核心概念图谱帮助学生通过可视化的方式理解复杂的概念和它们之间的关系，从而促进学生的意义构建过程，即学生如何解释和理解科学概念和现象。
最新研究概述
2024 年 11 月一篇名为《Exploring Science Teacher’s Perspectives on the Disciplinary Core Idea Map of Genetic Variation》（探索科学教师对生物学学科核心概念图的看法——以遗传为例）的论文发表在 SSCI 期刊 Science & Education 上，本文概述如下：
文章旨在探索科学教师对遗传变异学科核心概念图谱的看法，并评估其在不同教育阶段（从1年级到12年级）的应用。研究发现，将此类图谱融入科学课程和教学过程中，有助于支持学生的理解。教师反馈显示，该图谱能够支持学生的理解，是有价值的学习材料，并促进了21世纪技能、知识和职业意识之间的联系。建议增加跨学科内容和数字化方法，以增强图谱的教学效果。
研究采用了定性方法，包括半结构化访谈，共有12名爱沙尼亚的中学科学教师参与。介绍了样本选择、数据收集和分析方法，以及如何确保研究的可靠性和有效性。
关键段落
学科核心概念图谱的重要性: 该研究强调了将遗传变异的学科核心概念图谱整合到科学课程中的重要性，以支持学生构建知识结构和21世纪技能。
教师反馈: 教师指出，图谱能够帮助学生更好地理解遗传变异的复杂性，并促进学生对科学概念的深入理解。
促进21世纪技能和职业意识: 图谱不仅展示了遗传变异的学科核心概念，还强调了与21世纪技能和科学相关职业的联系，有助于学生的职业规划。
跨学科连接的需求: 教师建议图谱应增加跨学科内容，以展示与其他学科的更多联系，帮助学生在现实世界背景下理解科学问题。
数字化方法的必要性: 许多教师提出，将图谱数字化可以提高其在科学课程中的使用效果，特别是在远程教学和学生自学中。
经典学科概念图谱示例
文章主要的研究的目的，即评估科学教师对新开发的遗传变异学科核心概念图的评价。该概念图谱如图所示：
逻辑性和系统性：概念图按主题划分成多个层级，从基本概念（如DNA、基因变异）到更复杂的遗传传递机制（如细胞分裂、基因编辑）。每个主题都以连线和箭头连接，展示了概念之间的因果关系和逻辑关联，清晰地描绘出遗传信息从父代到子代的传递过程。 关联性：不同主题之间用关键词（如“变异”、“遗传”）进行关联，便于理解概念如何在不同层面上相互联系。例如，“基因变异”通过“DNA链”与“基因”相关，而“遗传”又通过“细胞分裂”和“性繁殖”实现。这种关联性有助于学生更深入地理解遗传学的全貌。 学科术语和简明定义：图谱中提供了遗传学的关键术语和简明定义（如“基因变异是DNA序列的永久性改变”），这些术语帮助学生掌握学科核心词汇，形成对遗传学基本概念的初步认知。 可视化层次结构：图谱通过颜色、箭头、方框等可视化手段，使概念的层级关系和方向性更加明确。这种结构化的信息呈现方式有助于增强记忆和理解，适合用作教学工具。
10-12年级：
基因突变是DNA序列的永久性改变，这种改变使基因的序列与大多数人的不同。
突变可能由环境因素引起，如吸烟、阳光和辐射。突变也可能在DNA复制过程中发生，如果出现错误且未能及时纠正。
DNA是由两条多核苷酸链组成的分子，它们盘绕在一起形成双螺旋结构，携带着所有已知生物体和许多病毒的发育、功能、生长和繁殖的遗传信息。它是一种核酸。
遗传变异指的是基因频率的多样性。遗传变异可以指个体间的差异或种群间的差异。
基因是编码特定蛋白质的一段DNA。基因组工程（或基因编辑）改变生物体的遗传密码。改变包括：• 删除核苷酸以敲除基因 • 添加核苷酸以敲入蛋白质 • 编辑核苷酸以创造突变 基因编辑可以在DNA、RNA或表观遗传水平进行。
DNA是一种复杂的分子，由许多组成部分构成，其中一部分在生物繁殖过程中从亲本传递给后代。
7-9年级：
在单细胞生物中，细胞分裂是繁殖的手段；在多细胞生物中，它是组织生长和维持的手段。
单细胞合子开始分裂形成一个实心的细胞球。
在有性生殖过程中，一个雄性和一个雌性配子将融合形成新的生物体。两个单倍体细胞将融合形成一个双倍体细胞-合子。
遗传，或称生物遗传，是特征从亲本传递给后代的过程；无论是通过无性生殖还是有性生殖，后代细胞或生物体都获得其亲本的遗传信息。
像染色体一样，基因也是成对的。后代的每个亲本都有两份各自的基因拷贝，每个亲本传递一份拷贝来构成后代的基因。
每个生物体的特征都是通过DNA的传递从亲本那里继承的。
4-6年级：
后代与亲本相似是因为基因决定了它们生长和发育的方式。
个体生物从其亲本那里继承许多特征。一些行为特征是通过与环境的互动学习获得的，而不是遗传的。
为了使后代继承特征，必须有一个可靠的机制来将遗传信息从一代传递到下一代。
1-3年级：
后代与其亲本非常相似。
所有动物都有后代，通常涉及两个亲本。
这种年级划分反映了生物学知识教学的螺旋上升特点：
低年级关注简单的现象观察（如相似性）
中年级开始引入基本概念（如遗传、细胞）
高年级深入到分子水平（DNA结构、突变机制）
总结
在当今世界，理解核心概念对于教育至关重要。然而，学生往往需要帮助才能理解核心概念的重要性和复杂性，因为他们的知识往往是碎片化的，并且需要更多地意识到不同概念之间的相互联系。学生在理解遗传变异等复杂科学概念时面临挑战，这通常是因为他们缺乏对这些概念之间联系的认识。因此，需要一种方法来帮助学生构建一个连贯的知识结构，使他们能够更好地理解科学概念。当前的科学教育往往未能提供跨学科的整合理解，学生通常学习的是不同学科中孤立的基本思想，而没有完全理解它们之间的相互联系。这种脱节需要通过创建教学和学习工具来弥补，这些工具能够说明概念之间的联系，并促进21世纪技能的发展。
