例談在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中構(gòu)建生物學(xué)概念

施佳樂(lè)+麻敏珍

摘要：在新課程改革背景下，兼顧知識(shí)獲取與能力培養(yǎng)無(wú)疑成為教師教學(xué)關(guān)注的焦點(diǎn)。生物學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，而在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行概念的教學(xué)，對(duì)于學(xué)生知識(shí)遷移，概念構(gòu)建，理論提升有著十分重要的作用。本文試從驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、探究性實(shí)驗(yàn)、觀察類實(shí)驗(yàn)和模擬實(shí)驗(yàn)四方面入手，探討如何通過(guò)生物實(shí)驗(yàn)來(lái)加強(qiáng)概念教學(xué)，以及如何培養(yǎng)學(xué)生形成、理解、掌握重要概念。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；概念教學(xué)；策略

中圖分類號(hào)：G633.91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1672-1578（2017）05-0247-02

《高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生"獲得生物科學(xué)基本事實(shí)、概念、原理、規(guī)律和模型等方面的基礎(chǔ)知識(shí)，了解并關(guān)注這些知識(shí)在生活、生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展中的應(yīng)用"?！稑?biāo)準(zhǔn)》期望使每個(gè)學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)生物，對(duì)生物學(xué)知識(shí)有更深入的理解；初步學(xué)會(huì)生物科學(xué)探究的一般方法，具有較強(qiáng)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作技能、搜集和處理信息的能力、獲取新知識(shí)的能力、批判思維的能力、分析和解決實(shí)際問(wèn)題能力以及交流與合作的能力。

生物學(xué)核心概念是生物學(xué)最核心的概念性知識(shí)，是反映學(xué)科本質(zhì)的概念，這些概念相互組合構(gòu)成學(xué)科基本結(jié)構(gòu)的框架。隨著高中生物學(xué)課程改革的深入開展，越來(lái)越多的的高中生物學(xué)教師關(guān)注核心概念的教學(xué)，嘗試引導(dǎo)學(xué)生從繁雜的"單純"概念的記憶中解脫出來(lái)，轉(zhuǎn)向?qū)诵母拍畹臉?gòu)建和深層次的理解，實(shí)現(xiàn)零散的概念知識(shí)科學(xué)系統(tǒng)的整合及遷移應(yīng)用，有效地提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)[1]。

然而生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，生物學(xué)概念的獲得往往建立于實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，是對(duì)生物學(xué)事實(shí)的總結(jié)與提升。新課程高中生物實(shí)驗(yàn)設(shè)置了"思考與討論"、"資料分析"、"資料收集"、"實(shí)驗(yàn)"、"探究"和"模型建構(gòu)"等44個(gè)活動(dòng)，主要分為演示、活動(dòng)、建議活動(dòng)3類，為學(xué)生提供了更多的實(shí)驗(yàn)探究的機(jī)會(huì)，對(duì)領(lǐng)悟科學(xué)研究方法，體驗(yàn)科學(xué)過(guò)程，形成一定的科學(xué)探究能力和科學(xué)態(tài)度等有十分重要的作用。

由上表可知，對(duì)于浙教版生物必修的三冊(cè)教材44個(gè)活動(dòng)，我校只開設(shè)了必修Ⅰ中的8個(gè)實(shí)驗(yàn)，必修Ⅱ和Ⅲ中其他的實(shí)驗(yàn)或因時(shí)間限制、實(shí)驗(yàn)材料限制、缺少評(píng)價(jià)難操作等等原因未開設(shè)。通過(guò)對(duì)其他學(xué)校的生物教師和部分學(xué)生的詢問(wèn)調(diào)查，其他學(xué)校也只開設(shè)6～8個(gè)實(shí)驗(yàn)。

新課程有好的課程資源，有先進(jìn)的理念，從"提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)"出發(fā)，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性提高到更加突出的地位。我們都清楚生物實(shí)驗(yàn)的重要性，可是在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，由于課時(shí)不足、學(xué)校實(shí)驗(yàn)辦學(xué)條件、師資等種種原因，真正的實(shí)驗(yàn)教學(xué)卻偏離了應(yīng)有的方向；如果這個(gè)問(wèn)題不解決，那么，有最好的理念和課程資源也是空的。所以，分析高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)尷尬現(xiàn)象的成因并尋找解決對(duì)策勢(shì)在必行。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上學(xué)生通過(guò)推理歸納，最終得出結(jié)論，再將該結(jié)論推廣，應(yīng)用在其他的情境中，從而獲得了概念。因此在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行概念教學(xué)是兼顧知識(shí)與能力的有效教學(xué)方法。下面就結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)際，談?wù)勅绾瓮ㄟ^(guò)改善原有實(shí)驗(yàn)活動(dòng)完成概念教學(xué)，實(shí)現(xiàn)兩者有效整合的策略。

1.通過(guò)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，化繁為簡(jiǎn)

生物教學(xué)中有大量驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，它強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)操作和觀察等個(gè)別操作技能，強(qiáng)調(diào)如何快速經(jīng)濟(jì)地獲得生物知識(shí)。學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證已學(xué)過(guò)的生物學(xué)原理、概念或性質(zhì)。

例如"細(xì)胞膜的選擇透性"這一概念的理解，教材中安排了煮過(guò)的和未煮過(guò)的玉米籽粒為實(shí)驗(yàn)材料，染色后察看胚著色特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也可以選擇其他實(shí)驗(yàn)材料來(lái)直觀證明這一概念：

實(shí)驗(yàn)材料和用具：新鮮的紅色玫瑰、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%HCl、清水、燒杯、量筒、記號(hào)筆

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）選兩只大小相同的燒杯，用記號(hào)筆標(biāo)上1和2。

（2）在1和2兩只燒杯中，分別加入等量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的HCl和清水。

（3）選取等量的紅色玫瑰花瓣，分別放入1和2兩只燒杯中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后觀察。

結(jié)果與討論：

（1）結(jié)果：1號(hào)盛有鹽酸的燒杯中花瓣的顏色逐漸褪去，而溶液變紅色；2號(hào)盛有清水的燒杯中花瓣仍為紅色，水呈無(wú)色。

（2）鹽酸溶液中結(jié)果出現(xiàn)的原因是酸性不良環(huán)境破壞了細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的作用，使細(xì)胞

內(nèi)色素分子被釋放出來(lái)進(jìn)入了溶液。

又如證明酶的化學(xué)本質(zhì)是有機(jī)物（大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)），可以利用稀釋雞蛋清和人的新鮮唾液（含唾液淀粉酶）為實(shí)驗(yàn)材料，依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理蛋白質(zhì)與雙縮脲試劑產(chǎn)生紫色反應(yīng)，進(jìn)行分組對(duì)照實(shí)驗(yàn)，如果兩組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相同，從而證明唾液淀粉酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，讓學(xué)生直接對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的酶的化學(xué)本質(zhì)有了定性直觀的認(rèn)識(shí)。

顯然通過(guò)上述驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生對(duì)相應(yīng)概念的理解與掌握記憶深刻，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分析推理能力也得到了鍛煉。

2.通過(guò)探究性實(shí)驗(yàn)，化整為零

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)往往只是驗(yàn)證課本上的知識(shí)，學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中處于從屬的被動(dòng)的地位，學(xué)習(xí)方式通常也是機(jī)械、僵化的，他們關(guān)注的是實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而是實(shí)驗(yàn)的原理的設(shè)計(jì)分析不夠重視。新課程理念倡導(dǎo)探究性。探究即是學(xué)習(xí)的策略和方式，又是學(xué)習(xí)的內(nèi)容，但探究性實(shí)驗(yàn)具有較大的開放性，需要教師引導(dǎo)學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，自主靈活設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)反思與總結(jié)，形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、養(yǎng)成科學(xué)的思維方法和科學(xué)探究意識(shí)，促進(jìn)重要概念建構(gòu)。

例如，酶的催化特性（專一性）的實(shí)驗(yàn)，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生先自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并適時(shí)進(jìn)行引導(dǎo)和補(bǔ)充修正。經(jīng)過(guò)學(xué)生的交流和討論，有學(xué)生提出用不同底物、同一種酶，也有學(xué)生認(rèn)為不同酶、同一底物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。究竟兩種方案能否得出相應(yīng)結(jié)論，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)的探究。首先根據(jù)第一種方案讓學(xué)生來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

思路：

實(shí)驗(yàn)組：淀粉+淀粉酶——檢測(cè)淀粉被分解（或有產(chǎn)物生成）

對(duì)照組：蔗糖+淀粉酶——檢測(cè)蔗糖被分解（或有產(chǎn)物生成）

實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)、結(jié)果：

步驟實(shí)驗(yàn)操作試管1試管2

1加入淀粉溶液2ml/

2加入蔗糖溶液/2ml

3加入新鮮唾液2ml振蕩2ml振蕩

4將試管放置于37℃恒溫水浴保溫5min5min

5加入本尼迪特試劑2ml振蕩2ml振蕩

6將試管下半部分放于熱水中加熱煮沸2～3min2～3min

7觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有紅黃色沉淀無(wú)紅黃色沉淀

結(jié)論：淀粉酶只能催化淀粉的水解，不能催化蔗糖的水解。

第一種方案可行，能說(shuō)明酶的專一性，學(xué)生可嘗試第二種方案繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。

師：本實(shí)驗(yàn)中自變量是什么呢？因變量、無(wú)關(guān)變量又是什么？

生：自變量是不同底物。因變量是有無(wú)產(chǎn)物形成。底物的量、試劑的量、反應(yīng)溫度等。

反映出學(xué)生對(duì)變量、對(duì)照實(shí)驗(yàn)、對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組概念的理解基本形成。

思考：

（1）選擇本尼迪特試劑作為檢測(cè)試劑是對(duì)應(yīng)思路中的哪一條？是否可以選用碘-碘化鉀溶液檢測(cè)呢？理由是什么？

（2）選擇37℃水浴保溫的原因是？如果選擇的是α-淀粉酶是否也是相同溫度？

（3）如果2號(hào)試管內(nèi)也出現(xiàn)輕度陽(yáng)性反應(yīng)，應(yīng)該如何解釋？能否設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)自己的假設(shè)？

通過(guò)逐步深入的實(shí)驗(yàn)探究，使學(xué)生建立對(duì)酶專一性的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也間接引入了溫度對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響，為之后的教學(xué)介紹酶的作用受多種因素的影響打下伏筆。

在探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和問(wèn)題解決過(guò)程中，教師應(yīng)當(dāng)有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生對(duì)所要解決問(wèn)題的歸類和總結(jié)，引導(dǎo)他們思考現(xiàn)在的問(wèn)題和以前解決的問(wèn)題之間的聯(lián)系，選用的材料、試劑、實(shí)驗(yàn)方法是否恰當(dāng)，有無(wú)更好的解決方法等，通過(guò)思維碰撞和對(duì)方法的總結(jié)、提煉、升華，幫助學(xué)生靈活地掌握概念知識(shí)，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自我監(jiān)控意識(shí)，進(jìn)一步拓展學(xué)生的思維平臺(tái)。

3.通過(guò)觀察類實(shí)驗(yàn)，由表及里

形成重要概念的基礎(chǔ)是感性認(rèn)識(shí)，這要通過(guò)仔細(xì)觀察才能獲得。通過(guò)觀察類實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚝芎玫嘏囵B(yǎng)學(xué)生的觀察能力，觀察能力是基礎(chǔ)，思維能力是關(guān)鍵，學(xué)生通過(guò)觀察獲得豐富的感性材料，在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行積極的思維活動(dòng)，然后形成重要概念。例如，細(xì)胞是生命體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位?；罴?xì)胞中的細(xì)胞質(zhì)處于不斷地流動(dòng)狀態(tài)，是多種代謝活動(dòng)的場(chǎng)所。在缺少黑藻材料時(shí)，也可以選擇紫鴨跖草雄蕊的花絲表皮作為實(shí)驗(yàn)材料觀察毛細(xì)胞質(zhì)環(huán)流。

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）從紫鴨跖草花上取一枚雄蕊，摘去花藥，迅速將花絲放入滴有質(zhì)量濃度適宜的蔗糖溶液的載玻片上，蓋上蓋玻片。

（2）輕輕按壓蓋玻片，使花絲平貼。

（3）顯微鏡觀察。

觀察現(xiàn)象：紫鴨跖草花絲表皮毛細(xì)胞由多個(gè)細(xì)胞構(gòu)成，呈念珠狀排列，1個(gè)念珠即1個(gè)表皮細(xì)胞。它們的細(xì)胞質(zhì)里有小油滴和其他顆粒內(nèi)含物，這些物質(zhì)隨細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)。紫色液泡能與細(xì)胞質(zhì)區(qū)別開來(lái)。

注意事項(xiàng)：9月間，在室溫26℃～28℃條件下，不用蔗糖溶液也能觀察到細(xì)胞質(zhì)的環(huán)流。最好選擇細(xì)胞中部呈細(xì)線條的細(xì)胞質(zhì)來(lái)觀察，可看到小的顆粒像青蛙的紅細(xì)胞流過(guò)毛細(xì)血管那樣流動(dòng)。

通過(guò)學(xué)生的觀察、討論、交流，胞質(zhì)環(huán)流這個(gè)概念變得更加具體實(shí)在，學(xué)生一看到這個(gè)詞，腦海里立馬就聯(lián)想到他所看到的細(xì)胞，鮮活生動(dòng)的細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)，有助于理解胞質(zhì)環(huán)流對(duì)于活細(xì)胞正常代謝活動(dòng)的意義。事實(shí)上把重要概念和實(shí)驗(yàn)聯(lián)系起來(lái)，它避諱的是生硬和勉強(qiáng)，有助于學(xué)生對(duì)重要概念的理解及學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)。觀察類實(shí)驗(yàn)也能增加學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì)，通過(guò)簡(jiǎn)單易操作的實(shí)驗(yàn)來(lái)加深學(xué)生對(duì)抽象概念的理解，使生物抽象知識(shí)的學(xué)習(xí)變得生動(dòng)有趣，容易理解，從而也能避免填鴨式教學(xué)。

4.通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，由淺入深

在生物學(xué)探究過(guò)程中，有些研究對(duì)象是難以直接做實(shí)驗(yàn)的，此時(shí)用模型來(lái)做實(shí)驗(yàn)，即模仿實(shí)驗(yàn)對(duì)象制作模型，或者模仿實(shí)驗(yàn)的某些條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)——模擬實(shí)驗(yàn)。模型是從原型出發(fā)，根據(jù)某一特定目的，抓住原型的本質(zhì)特征，對(duì)原型進(jìn)行抽象、簡(jiǎn)化和純化的物質(zhì)形式或思維形式的類似物。它既是原型的抽象化表達(dá)，又是生物學(xué)原理和理論的具體化表現(xiàn)[2]。由于它是模擬的某種條件和狀態(tài)，控制起來(lái)相對(duì)容易，克服了生物實(shí)驗(yàn)過(guò)程中某些不易控制的變量因素的影響，獲得的結(jié)論可能更直觀，對(duì)某些概念的理解和把握更準(zhǔn)確。

例如設(shè)計(jì)活動(dòng)"模擬傳染病傳播過(guò)程"。

目的要求

（1）通過(guò)學(xué)生自身的體驗(yàn)，總結(jié)傳染病傳播的幾個(gè)環(huán)節(jié)。

（2）培養(yǎng)學(xué)生思考和分析問(wèn)題的能力，并嘗試?yán)L制概念圖。

活動(dòng)設(shè)計(jì)

利用粉筆模擬病原體，通過(guò)學(xué)生之間傳遞粉筆，傳遞方式可以多樣，不需要按座位順序進(jìn)行，游戲時(shí)間為1分鐘。

思考與討論

（1）給他人傳遞粉筆前提條件是什么？

（2）粉筆在傳染病的傳播過(guò)程中代表什么？

（3）拿粉筆的人代表什么？

（4）不管是直接遞給他人，還是仍給他人，都需要借助一定的途徑，傳遞方式有代表什么？

（5）接受粉筆的人代表什么？

（6）假如這個(gè)人不在，你能將粉筆傳給他嗎？

（7）歸結(jié)總結(jié)傳染病傳播的三個(gè)環(huán)節(jié)。

（8）以傳染病為核心概念，嘗試構(gòu)建繪制其概念圖。

5.小結(jié)

實(shí)驗(yàn)是在具備一定概念知識(shí)基礎(chǔ)上，進(jìn)行操作以鞏固和完善知識(shí)的過(guò)程。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，既培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立科學(xué)思考、解決問(wèn)題的能力，又培養(yǎng)了他們觀察實(shí)驗(yàn)、探究知識(shí)的自學(xué)能力，也培養(yǎng)了他們交流與合作能力，有助于拓展視野、增進(jìn)理解、提高能力。因此，教師需要進(jìn)一步改變以往通過(guò)講授式使學(xué)生獲得事實(shí)性知識(shí)的教學(xué)方式，促進(jìn)學(xué)生轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式，幫助學(xué)生積極主動(dòng)地探尋事物變化發(fā)展的規(guī)律，構(gòu)建、理解、應(yīng)用科學(xué)概念。

參考文獻(xiàn)：

[1]高孝妃.探索高中生物學(xué)核心概念教學(xué).福建基礎(chǔ)教育研究，2014（11）：84～85.

[2]譚永平.高中生物學(xué)新課程中的模型、模型方法及模型建構(gòu).生物學(xué)教學(xué)，2009（1）：10～12.