基于知識(shí)發(fā)生過程的概念教學(xué)在“光合作用”教學(xué)中的應(yīng)用

趙曉燕 徐益苗

摘 要：知識(shí)發(fā)生過程教學(xué)即揭示知識(shí)的來(lái)龍去脈，還原知識(shí)生產(chǎn)的原始背景，讓學(xué)生親身體驗(yàn)和感受知識(shí)發(fā)生和發(fā)展的全過程。在生物重要概念教學(xué)中進(jìn)行知識(shí)發(fā)生過程教學(xué)的內(nèi)涵是：讓學(xué)生追溯生物學(xué)概念的形成過程，讓學(xué)生親歷生物學(xué)概念的建立過程，讓學(xué)生體驗(yàn)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程。

關(guān)鍵詞：知識(shí)發(fā)生過程；生物重要概念；光合作用

2011版生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)提出了50個(gè)重要概念，光合作用的概念是學(xué)生習(xí)得的第一個(gè)復(fù)雜的重要概念。在傳統(tǒng)的生物學(xué)概念教學(xué)中，側(cè)重對(duì)概念定義的解釋，明確概念的內(nèi)涵、外延以及相關(guān)概念間的聯(lián)系與區(qū)別，而對(duì)概念的形成與發(fā)展過程，則輕描淡寫。這種做法強(qiáng)化了學(xué)習(xí)的結(jié)果，卻弱化了學(xué)習(xí)的過程，不僅對(duì)學(xué)生立體地把握概念的實(shí)質(zhì)是不利的，也有礙于對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)。本文以“光合作用”這一重要概念為例，談?wù)勅绾位谥R(shí)發(fā)生過程開展概念教學(xué)。

一、追溯歷史，讓學(xué)生體驗(yàn)概念的形成過程

生物學(xué)重要概念是從大量的生物現(xiàn)象和過程中抽象出來(lái)的，它深刻地反映了事物的共同特征和本質(zhì)屬性。因此可以說(shuō)，概念是濃縮的理論知識(shí)。人們對(duì)概念的認(rèn)識(shí)是一個(gè)不斷深入的發(fā)展過程，它從感性直觀出發(fā)，達(dá)到抽象概括，進(jìn)而發(fā)展到理論水平。在教材中“光合作用”只有結(jié)論性的描述，考慮到人們對(duì)“光合作用”的認(rèn)識(shí)是隨著生物學(xué)的發(fā)展不斷豐富和清晰的，教師在教學(xué)中如若能重現(xiàn)“光合作用”概念的形成過程，必然能促進(jìn)學(xué)生更加立體地認(rèn)知“光合作用”。

兩千多年前，亞里士多德認(rèn)為：植物體是由“土壤汁”構(gòu)成的，即植物生長(zhǎng)發(fā)育所需的物質(zhì)完全來(lái)自土壤；1648年荷蘭人范·海爾蒙特的柳苗實(shí)驗(yàn)得出了“構(gòu)成植物體的物質(zhì)來(lái)自水，土壤只供給極少量物質(zhì)”這一結(jié)論；1771年英國(guó)普里斯特萊通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了植物能更新由于蠟燭燃燒或動(dòng)物呼吸而污濁的空氣；1779年荷蘭英格豪斯在實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，只有在光照條件下，植物才能更新由于蠟燭燃燒或動(dòng)物呼吸而污濁的空氣；1782年瑞士謝尼伯的實(shí)驗(yàn)揭示了在陽(yáng)光作用下，植物依靠著二氧化碳的“營(yíng)養(yǎng)”，釋放氧氣；1804年瑞士索熱爾通過定量測(cè)定發(fā)現(xiàn)：在光合作用過程中，植物制造有機(jī)物和氧釋放量之和，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過二氧化碳吸收量，由此明確了水是光合作用的原料之一；1864年德國(guó)薩克斯實(shí)驗(yàn)證明了綠葉在光合作用時(shí)形成淀粉；1880年美國(guó)恩吉爾曼通過水綿實(shí)驗(yàn)證實(shí)葉綠體在光下可以產(chǎn)生氧氣；1941年美國(guó)魯賓和卡門利用同位素標(biāo)記技術(shù)揭示了光合作用產(chǎn)生的氧氣來(lái)自于水；1945年美國(guó)卡爾文用同位素示蹤法得知光合作用中間產(chǎn)物和環(huán)節(jié)，確定暗反應(yīng)過程。

通過對(duì)光合作用發(fā)現(xiàn)史的學(xué)習(xí)，學(xué)生如科學(xué)家一般經(jīng)歷探索光合作用的“心路歷程”，有助于更加全面了解光合作用的實(shí)質(zhì)。實(shí)踐表明，由一定的教學(xué)過程孕育和發(fā)展而形成的生物學(xué)概念，才會(huì)使學(xué)生感到有血有肉，清晰豐滿，從而內(nèi)化于自己的原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)之中。

二、滲透方法，讓學(xué)生參與問題的解決過程

生物學(xué)重要概念不僅是人類認(rèn)識(shí)世界的結(jié)論，更是人類的智慧結(jié)晶，其本身就蘊(yùn)含著人類認(rèn)識(shí)事物的方法和心智操作的方式。這種原始的認(rèn)識(shí)過程是相當(dāng)復(fù)雜、曲折、豐富的，其中包含著知識(shí)初創(chuàng)者大量的直覺想象、猜測(cè)與假說(shuō)、觀察與實(shí)驗(yàn)、推理與建模等。生物學(xué)的研究方法和思維模式，是構(gòu)成這門學(xué)科的重要組成部分，是生物學(xué)最精彩的內(nèi)容。讓學(xué)生重溫科學(xué)家當(dāng)年發(fā)現(xiàn)光合作用的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，教師要結(jié)合教材有取舍地選用科學(xué)史，將其與教材內(nèi)容有機(jī)結(jié)合。教師精心設(shè)計(jì)教學(xué)過程，同時(shí)充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，引導(dǎo)學(xué)生分析經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，理解這些實(shí)驗(yàn)的原理和目的，以及科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上的巧妙之處，學(xué)生可在此過程中主動(dòng)獲取知識(shí)，獲得科學(xué)思維方法的熏陶和引導(dǎo)，提升科學(xué)素養(yǎng)。

光合作用概念的建構(gòu)離不開實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生動(dòng)手重復(fù)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)可在客觀實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上抽象概括光合作用的概念。如在學(xué)生動(dòng)手重復(fù)1864年德國(guó)科學(xué)家薩克斯的實(shí)驗(yàn)前，可設(shè)置問題引導(dǎo)分析薩克斯的關(guān)鍵步驟，啟發(fā)學(xué)生思考設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)考慮哪些重要問題。

1864年德國(guó)科學(xué)家薩克斯的實(shí)驗(yàn)（下圖）：將一種植物的葉片放在暗處幾小時(shí)，再將這片葉片一半照光，一半遮光。一段時(shí)間后，用碘蒸汽處理葉片，發(fā)現(xiàn)遮光的一半葉片的顏色沒有發(fā)生變化，而照光的一半則呈深藍(lán)色。

思考：

（1）實(shí)驗(yàn)前，為什么要將天竺葵進(jìn)行暗處理？排除葉片中原有的淀粉對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。

（2）為什么要對(duì)葉片進(jìn)行脫色處理呢？脫色處理，排除綠色對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中顏色觀察的干擾。

啟示1：實(shí)驗(yàn)過程中要處理好實(shí)驗(yàn)材料以消除材料自身因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾，才能增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度。即控制單一變量原則。

（3）對(duì)一片葉子部分遮光的目的是什么？這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有什么好處呢？設(shè)置對(duì)照，通過對(duì)照可排除無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，又體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)變量的作用。

啟示2：通過對(duì)照增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的說(shuō)服力，綠葉制造淀粉需要光。即設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)原則。

（4）往葉片上滴加碘液的目的是什么？檢驗(yàn)淀粉。

（5）經(jīng)過碘液處理后，葉片發(fā)生了什么變化？如何解釋這一現(xiàn)象？遮光部分不變藍(lán)，未遮光部分變藍(lán)。說(shuō)明綠葉在光下制造淀粉。

啟示3：實(shí)驗(yàn)時(shí)，要選擇恰當(dāng)?shù)挠^測(cè)指標(biāo)使結(jié)果較易觀察。

通過對(duì)光合作用經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的分析和重復(fù)，學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐中不僅獲取知識(shí)，還能體會(huì)科學(xué)家們開展科學(xué)研究的方法和思維。有時(shí)，學(xué)生持有的觀點(diǎn)會(huì)與科學(xué)概念不一致，教師可以引導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)、探索知識(shí)。例如，有學(xué)生認(rèn)為植物白天只進(jìn)行光合作用，吸收二氧化碳，放出氧氣；而晚上只進(jìn)行呼吸作用。為了消除學(xué)生“呼吸作用只能在（晚上）無(wú)光時(shí)進(jìn)行”這一錯(cuò)誤概念，可以讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)證明“植物在（白天）有光的條件下也進(jìn)行呼吸作用”。實(shí)驗(yàn)原理為黃化苗中不含葉綠體，在不能進(jìn)行光合作用的情況下，呼吸作用顯著些，便于觀察。將綠豆幼苗進(jìn)行遮光處理，形成黃化苗，轉(zhuǎn)入透明塑料瓶?jī)?nèi)密封后光照8小時(shí)后作為實(shí)驗(yàn)組，空瓶密封后同時(shí)進(jìn)行光照8小時(shí)后作為對(duì)照組。分別用點(diǎn)燃的小木條迅速伸入兩個(gè)瓶?jī)?nèi)，觀察火焰是否有變化，向兩個(gè)瓶?jī)?nèi)注入50ml澄清石灰水，輕輕搖晃，然后倒入兩支試管中，觀察石灰水是否有變化。

參考文獻(xiàn)：

封晶晶.初中生物科學(xué)史有效教學(xué)的策略研究[J].教師，2010（8）：29.

編輯 趙飛飛