體驗科學(xué)探究，建構(gòu)重要概念

姚國平

(江蘇省無錫市南湖中學(xué) 214121)

生物學(xué)重要概念處于學(xué)科中心位置，包括了對生命基本現(xiàn)象、規(guī)律、理論等的理解和解釋，對學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)及相關(guān)的科學(xué)具有重要的支撐作用[1]。學(xué)科的概念原理體系只有與相應(yīng)的探究過程及方法論結(jié)合起來，才能有助于學(xué)生形成一個既有肌體又有靈魂的活的學(xué)科認(rèn)知結(jié)構(gòu)，才能使學(xué)生的理智過程和精神世界獲得實質(zhì)性的發(fā)展與提升[2]。本文探討通過科學(xué)探究來實現(xiàn)重要概念建構(gòu)的教學(xué)策略。

1 考量學(xué)習(xí)環(huán)境，精設(shè)探究空間，促進(jìn)概念建構(gòu)

建構(gòu)主義認(rèn)為，有效的學(xué)習(xí)環(huán)境為學(xué)習(xí)者提供了一個促進(jìn)其情境認(rèn)知、知識建構(gòu)和深度理解的學(xué)習(xí)支持體系。如果說教師和學(xué)生是探究活動的主角，那么良好的探究環(huán)境就好比是他們活動的舞臺，這個舞臺為學(xué)生自主探究提供了體驗的場所和機(jī)會，也為學(xué)生提供了感受意義、建構(gòu)意義的信息來源。就學(xué)習(xí)空間而言，為了提高學(xué)生概念建構(gòu)的有效性，促進(jìn)學(xué)生對不同概念的深層理解，教師需要精心設(shè)置具有開放性、支持性，能激發(fā)多種思維、滋養(yǎng)多樣性的探究環(huán)境，充分利用實驗室、植物園，甚至是社區(qū)公園、濕地等場所，引領(lǐng)學(xué)生去觸摸課內(nèi)無法取得的東西，接收課內(nèi)無法取得的信息。

例如，“哺乳類的主要特征”這一概念，是以觀察家兔的形態(tài)特征為范例的，如果僅僅是觀察圖片和標(biāo)本，在間接經(jīng)驗基礎(chǔ)上建立起來的概念無疑是蒼白的。在實踐中可以采用戶外教學(xué)的形式，讓學(xué)生在草坪上直接觀察幾只家兔，通過現(xiàn)場觀察，學(xué)生獲得如下事實和信息：家兔全身披滿了毛，有純白的、灰色的，灰兔躲在灌木叢的落葉里很難發(fā)現(xiàn)；家兔會不停地進(jìn)食，吃的時候會不時地抬頭向四周張望，每當(dāng)周圍出現(xiàn)異常的聲音，便會立即豎起原本下垂的雙耳，緊張地四處張望，確認(rèn)無危險時才會繼續(xù)吃草；家兔前肢短小，后肢發(fā)達(dá)，跳躍時后腿用力一蹬，一蹦一跳，一溜煙就不見蹤影……這一切都體現(xiàn)了哺乳動物對外界生存環(huán)境的變化有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。

這樣，由于教師創(chuàng)設(shè)了一種合乎自然的探究空間，學(xué)生獲得了豐富的信息，在“結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一”“生物與環(huán)境相適應(yīng)”的觀念根植下，自然而然地領(lǐng)會到哺乳動物的主要特征，重要概念的建構(gòu)也就水到渠成。

2 改變學(xué)習(xí)方式，精選探究資源，促進(jìn)概念建構(gòu)

課程實施的范圍和水平取決于課程資源的豐富程度和適切程度，改變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，突出學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，是課程資源開發(fā)的重要原則之一。資源無限，貴在開發(fā)。學(xué)具是一種優(yōu)秀的課程資源，課程學(xué)習(xí)中操作學(xué)具能改變學(xué)生被動、接受的學(xué)習(xí)方式，促使他們主動投入到知識真理的探究中。生物學(xué)概念的形成離不開個體對具體事物的感知和判斷，離不開身體自身的感知經(jīng)驗。運用學(xué)具操作這一具身性活動，有利于學(xué)生通過動手、觀察、表達(dá)、交流等方式自主獲得概念的意義，建立概念間的聯(lián)系，構(gòu)建自己的概念體系。

例如，蘇科版七年級上冊中“呼吸運動”是一個重要概念，初一學(xué)生由于缺乏必要的生理知識和有關(guān)“壓強(qiáng)”的物理知識，學(xué)習(xí)這一生命現(xiàn)象比較難。傳統(tǒng)教學(xué)中，運用玻璃鐘罩模型類比胸廓來演示，由于學(xué)生在學(xué)習(xí)中處于被動接受的地位，收效甚微。針對上述問題，在課前布置學(xué)生用雪碧、可樂等軟塑料瓶和心形氣球制作胸廓模型(剪除底部的軟塑料瓶代表胸廓，氣球剪成的橡皮膜代表膈，心形氣球代表雙肺。在塑料瓶底部套上橡皮膜，將氣球箍緊瓶口后倒扣入瓶內(nèi)，就能制作成一個簡易模型。這一模型取材方便，制作簡單，由于塑料瓶質(zhì)地軟，還能演示胸廓的變化)作為學(xué)具在課堂上自主探究呼吸運動的原理。首先讓學(xué)生雙手輕按胸部，體驗呼吸與胸廓運動有關(guān)，然后以小組為單位完成探究任務(wù)：操作胸廓模型，運用不同的方式使得“肺”擴(kuò)張和收縮，并說明原理。小組成員有的捏塑料瓶，有的拉橡皮膜，在獲得感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上積極思考、交流發(fā)生變化的原因。

這樣，在互相交流、補(bǔ)充中理解“呼吸運動引起胸廓體積變化，而后導(dǎo)致氣體進(jìn)出肺”的生理過程，同時轉(zhuǎn)變學(xué)生普遍存在的“吸氣，胸廓擴(kuò)大；呼氣，胸廓縮小”的錯誤前概念。

3 厘清知識網(wǎng)絡(luò)，精置探究活動，促進(jìn)概念建構(gòu)

加涅提出了知識網(wǎng)絡(luò)的概念，指出知識是作為一個整體進(jìn)行表征的。生物學(xué)重要概念居于生物學(xué)知識的主干地位，是一個較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部具有多層次、多部分且各個部分相互聯(lián)接、嵌套，具體表現(xiàn)為重要概念和相關(guān)下位概念間的關(guān)系以及重要概念和生命現(xiàn)象、生物學(xué)事實的有機(jī)聯(lián)系。厘清重要概念系統(tǒng)內(nèi)部的關(guān)系，還原知識網(wǎng)絡(luò)為知識點，進(jìn)而選擇適切性強(qiáng)的探究活動是概念教學(xué)設(shè)計的基本前提。這樣，有利于引導(dǎo)學(xué)生更加全面觀察生命現(xiàn)象、深入分析生物學(xué)事實，促進(jìn)學(xué)生由局部到整體、由感性到理性、由現(xiàn)象到本質(zhì)一步步去把握生命活動規(guī)律，從而為理解或領(lǐng)悟重要概念的本質(zhì)打下堅實的基礎(chǔ)。

例如，“呼吸作用”涉及能量的轉(zhuǎn)換和物質(zhì)的變化，這一復(fù)雜概念和“呼吸釋放能量、呼吸分解有機(jī)物、呼吸消耗氧氣、呼吸產(chǎn)生水、呼吸產(chǎn)生二氧化碳”5種生命現(xiàn)象之間存在高度的關(guān)聯(lián)性，任何一種現(xiàn)象的認(rèn)知缺失都會影響到概念的準(zhǔn)確建構(gòu)。在蘇科版教材“能量的釋放和利用”一節(jié)中，設(shè)置了如下探究活動：①通過測量不同生活狀態(tài)下的呼吸頻率，讓學(xué)生自己體驗呼吸和能量釋放的關(guān)系(教師引導(dǎo)學(xué)生回憶能量儲存于有機(jī)物中)；②設(shè)置植物呼吸的2個探究性實驗，驗證呼吸過程中消耗了氧，釋放出二氧化碳。不過，這些探究活動尚不足以充分解決概念內(nèi)涵，因為學(xué)生對于呼吸作用“產(chǎn)生水”并沒有任何感性或理性的認(rèn)識。教學(xué)中可增設(shè)一則資料探究：“動物和人為什么需要氧氣呢? 這是因為在氧氣的參與下，有機(jī)物會被分解并放出能量。那么，‘氧’是被如何利用的呢?英國生物化學(xué)家克雷布斯(H.Krebs)等進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)，原來有機(jī)物在復(fù)雜的轉(zhuǎn)化過程中，不斷地脫氫，這些脫出的氫再與氧結(jié)合生成了水?！弊寣W(xué)生經(jīng)分析得出“呼吸過程中產(chǎn)生了水”這一結(jié)論。顯然，對這些關(guān)聯(lián)性現(xiàn)象的探究過程是對概念的深度理解過程。

這樣，在一系列探究活動的引領(lǐng)下，學(xué)生將最終認(rèn)識生命活動所需的能量是生物體細(xì)胞通過分解有機(jī)物釋放出來的，同時還產(chǎn)生了水和二氧化碳。由此，深刻理解呼吸作用的含義，并逐步構(gòu)建并完善了“呼吸作用”的概念。

4 把握認(rèn)知規(guī)律，精準(zhǔn)探究邏輯，促進(jìn)概念建構(gòu)

有邏輯的教學(xué)能夠使教學(xué)變得有序、有效，能夠幫助學(xué)生建立良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，進(jìn)而順利實現(xiàn)知識的內(nèi)化。在探究活動中，教師既要依循教材所提供的教學(xué)內(nèi)容及其水平，也要遵從學(xué)生發(fā)展的實際狀態(tài)，精確找準(zhǔn)學(xué)生探究的邏輯起點，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計清晰的探究教學(xué)邏輯，以促進(jìn)概念的穩(wěn)固建構(gòu)和深刻理解。否則，探究過程就會雜亂無序，概念建構(gòu)變得支離破碎，重要概念的統(tǒng)領(lǐng)性、遷移性將不復(fù)存在。

例如，關(guān)于“家鴿適應(yīng)空中飛行的特征”的探究活動，常見的教學(xué)設(shè)計是：教師創(chuàng)設(shè)特定情境后，學(xué)生在問題的引領(lǐng)下，亦步亦趨觀察家鴿的模型、圖片，結(jié)合資料分析，最后歸納總結(jié)出主要特征。這樣的教學(xué)過程看似比較流暢，教學(xué)目標(biāo)也似乎容易達(dá)成。不過，這種設(shè)計封閉性極強(qiáng)，離開了教師的引導(dǎo)，學(xué)生會束手無策，不利于學(xué)生獨立探究能力的提高和對生物學(xué)概念的自主建構(gòu)。因為對于學(xué)生來說，鳥類是“熟悉的陌生者”，他們雖然具備了鳥類形態(tài)、結(jié)構(gòu)方面的一些日常概念，但是如何從理性角度梳理“適于飛行的特征”則缺乏相應(yīng)的內(nèi)在的邏輯依據(jù)，即不清楚應(yīng)該從哪幾個角度入手來探究這一主題。據(jù)此分析，教師首先通過創(chuàng)設(shè)情境(如小時候玩紙飛機(jī)的經(jīng)驗，或者英國每年舉辦 “國際鳥人大賽” 的新聞)讓學(xué)生厘清這樣一個邏輯思路：若要穩(wěn)穩(wěn)地“飛”起來，必須要解決好“減少飛行阻力、減輕自身體重、增加飛行動力”三個方面的問題。然后，引導(dǎo)學(xué)生緊緊圍繞以上三個方面進(jìn)行自主探究，在此基礎(chǔ)上學(xué)生就會形成和理解“鳥類的主要特征”這一重要概念。

學(xué)生學(xué)習(xí)的邏輯起點決定了教學(xué)的邏輯起點，案例中教師通過精心預(yù)設(shè)包攝性更強(qiáng)的上位觀念，精準(zhǔn)定位學(xué)生學(xué)習(xí)的邏輯起點，為實現(xiàn)有效探究以及對概念的深刻理解打下了基礎(chǔ)。