以實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)生物學(xué)概念的形成
——“流動(dòng)的組織——血液”教學(xué)示例

于 永 田洪民

（1山東省日照市嵐山區(qū)教研室 山東日照 276800 2山東省日照市教育科學(xué)研究中心 山東日照 276826）

在科學(xué)史上，生物學(xué)概念本質(zhì)上是由觀察、實(shí)驗(yàn)、結(jié)果分析、總結(jié)歸納建立的。教學(xué)中，一些教師認(rèn)為關(guān)注科學(xué)概念的形成，教師就可多講一些知識(shí)，少搞探究活動(dòng)，這是一種誤解［1］。用實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)生物學(xué)概念的形成，是讓學(xué)生感受科學(xué)發(fā)現(xiàn)的歷程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究的方法，像科學(xué)家那樣通過質(zhì)疑、批判、實(shí)證，最終理解概念?！傲鲃?dòng)的組織——血液”一節(jié)，處于承上啟下的重要地位，是消化和呼吸的延續(xù)，又是循環(huán)與免疫的基礎(chǔ)。以往教學(xué)僅有1個(gè)實(shí)驗(yàn)“用顯微鏡觀察人血的永久涂片”，概念的形成略顯倉促，缺少探究與實(shí)證。筆者借鑒還原主義思想，利用7個(gè)實(shí)驗(yàn)層層遞進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑、驗(yàn)證、歸納得出血液不同層級(jí)的概念，并建立概念之間有意義的聯(lián)系。通過調(diào)查問卷和概念圖紙筆測(cè)試，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)教學(xué)方式能有效促成學(xué)生對(duì)概念的理解，建立概念群。

1 教學(xué)過程

1.1 教學(xué)流程圖解（圖1）

圖1 教學(xué)流程圖

教學(xué)從分離血液成分入手，抽絲剝繭，探索血液、血漿、血細(xì)胞的組成，探究紅細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的適應(yīng)性，滲透生物學(xué)的基本觀點(diǎn)，了解生物學(xué)研究的基本方法；層層遞進(jìn)，通過系列化實(shí)驗(yàn)，連續(xù)觸發(fā)一個(gè)個(gè)概念，最終建立一個(gè)有意義連接的概念結(jié)構(gòu)。

1.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)記錄

實(shí)驗(yàn)1：加熱血液，觀察燒瓶?jī)?nèi)壁是否有水珠，思考血液中含有什么物質(zhì)。分析想象：血液含有水。

實(shí)驗(yàn)2：用移液器取1 mL純凈水和血液（羊血），用電子天平稱量，重復(fù)3次。數(shù)值記錄如表1，分析數(shù)據(jù)：血液含有密度大于水的物質(zhì)。

表1 1 mL純凈水和血液（羊血）質(zhì)量比較

實(shí)驗(yàn)3：已知血液含有不同密度物質(zhì)，啟發(fā)學(xué)生利用離心方法將血液進(jìn)一步分離。該實(shí)驗(yàn)由教師演示，在課前開始離心分離血液：3 000 r/min，20 min，每支試管注入血液 5 mL，共 6管（圖2）。教師提問：①觀察血液有幾層，分別什么顏色？②類比河沙沉淀，推測(cè)不同血層密度大小關(guān)系。

圖2 血液分層

實(shí)驗(yàn)4：血漿中是否含有蛋白質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行血漿中蛋白質(zhì)的鑒定實(shí)驗(yàn)。提供信息：蛋白質(zhì)遇到雙縮脲試劑會(huì)發(fā)生紫色反應(yīng)。

吸取少量血漿等量滴入2支刻度試管中，稀釋至2 mL，加入2 mL 0.1 g/mL的氫氧化鈉溶液，震蕩。一支試管加入2滴0.01 g/mL的硫酸銅，另外一支試管不加硫酸銅作為顏色對(duì)比。加入硫酸銅后有明顯紫色，證明血漿中含有蛋白質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)5：細(xì)胞是生命功能的基本單位，啟發(fā)學(xué)生質(zhì)疑：血液中是否含有細(xì)胞？教師演示涂片制作，學(xué)生用顯微鏡觀察3個(gè)血層中是否含有細(xì)胞：用毛細(xì)吸管依次從3個(gè)血層吸取液體，分別制成涂片。中間血層用美藍(lán)染色劑染色。指導(dǎo)學(xué)生觀察：①3個(gè)血層，是否都存在細(xì)胞？不同血層的細(xì)胞在結(jié)構(gòu)、形態(tài)上是否相同？觀察結(jié)果：紅細(xì)胞呈兩面凹的圓盤狀，白細(xì)胞體積較大，形狀不規(guī)則，有細(xì)胞核。②提出問題，作出假設(shè)，分小組展開討論，例如：紅細(xì)胞為什么在最下層？紅細(xì)胞為什么是兩面凹的圓盤狀？紅細(xì)胞為什么數(shù)量最多？白細(xì)胞為什么邊緣不規(guī)則？白細(xì)胞為什么有細(xì)胞核？紅細(xì)胞為什么沒有細(xì)胞核？

實(shí)驗(yàn)6：小組探究活動(dòng)：為什么紅細(xì)胞是兩面凹的圓盤狀。將紅色氣球提前注入200 mL清水，讓學(xué)生嘗試將氣球捏成兩面凹狀。教師根據(jù)學(xué)生活動(dòng)情況，進(jìn)行啟發(fā)性提問：①水的體積是一定的，中央捏凹后數(shù)字“123”大小發(fā)生什么改變？氣球的表面積變大還是變小？（圖3）②兩面凹的形狀，S/V的比例變大還是變小？?jī)擅姘嫉慕Y(jié)構(gòu)在功能上有何優(yōu)點(diǎn)？③根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，討論紅細(xì)胞可能具有什么功能？

圖3 充水氣球凹陷后表面變化

實(shí)驗(yàn)7：血液能夠運(yùn)輸氧氣，將不同氣體通入血液，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象，教師演示血液通氣實(shí)驗(yàn)：準(zhǔn)備3支試管，分別加入等量含有抗凝劑的血液。1號(hào)試管為對(duì)照，2號(hào)、3號(hào)分別通入CO2和O2，O2用過氧化氫制取，CO2由學(xué)生吹氣獲取，觀察顏色變化（結(jié)果如表2）。教師提問：①通入O2后，血液顏色發(fā)生了什么變化？說明O2多的時(shí)候，紅細(xì)胞容易與O2發(fā)生結(jié)合還是分離？②通入人體呼出氣體后，血液顏色發(fā)生了什么變化？說明O2少的時(shí)候，紅細(xì)胞容易與O2發(fā)生結(jié)合還是分離？

表2 血液通入不同氣體后顏色變化

2 教學(xué)反思

2.1 材料與藥品的準(zhǔn)備 需嚴(yán)格規(guī)范各種溶液的濃度及滴加順序，避免一步差池滿盤皆輸。抽取血液分層液體時(shí)，可先將血漿抽除，再吸取白細(xì)胞，吸取白細(xì)胞時(shí)，要緩慢吸取，避免吸入紅細(xì)胞。

2.1.1 血液收集 結(jié)合材料易取性、易保存性，最終以羊血為實(shí)驗(yàn)材料。抗凝劑為：0.109 mol/L草酸鈉，抗凝劑與血液量之比為 1∶9［2］。在帶密封蓋的收集瓶中提前加入草酸鈉溶液，將收集瓶放到肉類食品加工廠，請(qǐng)屠宰師傅幫助灌裝。盡量選擇大小合適瓶子，要求師傅一次性灌滿。

2.1.2 試劑配制 雙縮脲試劑：硫酸銅0.01 g/mL，氫氧化鈉0.1 g/mL。試管加入3滴血漿，將血漿用純凈水稀釋2 mL后，先加入2mL氫氧化鈉溶液震蕩，再加入0.01 g/mL硫酸銅溶液2滴，現(xiàn)象若不明顯可以再次滴加硫酸銅溶液，直至有明顯紫色反應(yīng)發(fā)生為止。

美藍(lán)試劑：A液：亞甲基藍(lán) 0.6 g，95%酒精30 mL；B液：氫氧化鉀0.01 g，蒸餾水 100 mL。分別配制A液和B液，配好后混合即可。白細(xì)胞涂片標(biāo)本風(fēng)干后，滴加美藍(lán)試劑浸潤(rùn)1～2 min，用蒸餾水沖洗，觀察。

2.2 血液概念形成的分析 實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2提供感性的體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，降低認(rèn)知難度。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模悍治鲅撼煞?、性質(zhì)，從總體掌握血液特點(diǎn)。血液中有水，而密度又大于水，啟發(fā)學(xué)生思考血液中一定有比水密度大的物質(zhì)。借鑒還原主義思想，根據(jù)血液有不同密度組分，引領(lǐng)學(xué)生使用離心技術(shù)，將復(fù)雜的物質(zhì)分離出簡(jiǎn)單物質(zhì)進(jìn)行研究。

實(shí)驗(yàn)5是讓學(xué)生借助工具發(fā)現(xiàn)紅細(xì)胞和白細(xì)胞，而不是被告知血液中有白細(xì)胞和紅細(xì)胞；讓學(xué)生通過觀察提出問題，作出解釋，而不是僅僅比較紅細(xì)胞和白細(xì)胞的區(qū)別。實(shí)驗(yàn)6，小組活動(dòng)探究紅細(xì)胞結(jié)構(gòu)：學(xué)生由結(jié)構(gòu)特點(diǎn)推測(cè)功能特征，滲透生物學(xué)的基本觀點(diǎn)：結(jié)構(gòu)與功能的適應(yīng)性。實(shí)驗(yàn)7，讓學(xué)生觀察血液顏色變化，啟發(fā)學(xué)生思考：引起顏色變化的氣體，引起顏色變化的細(xì)胞，進(jìn)而引出血紅蛋白的概念。整個(gè)教學(xué)過程，通過環(huán)環(huán)相扣的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生建立一個(gè)相對(duì)完整的概念結(jié)構(gòu)（圖4，“*”表示將要學(xué)習(xí)的概念）。

圖4 血液概念圖

3 教學(xué)研究

實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)概念的教學(xué)，首先要對(duì)所學(xué)概念進(jìn)行選擇，明確實(shí)驗(yàn)的功能和定位，選擇最有利于學(xué)生概念形成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)組織方式。設(shè)計(jì)教學(xué)流程時(shí)，關(guān)注學(xué)生知識(shí)體系中已有的發(fā)展點(diǎn)，學(xué)習(xí)過程中認(rèn)知的障礙點(diǎn)，用實(shí)驗(yàn)引發(fā)質(zhì)疑，用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探索、驗(yàn)證。對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和流程，可在不同班級(jí)進(jìn)行教學(xué)對(duì)比；通過測(cè)評(píng)、問卷等方式了解實(shí)驗(yàn)在概念教學(xué)中的效果，從而不斷改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)。

教師可從裝置改進(jìn)、材料篩選、藥品選擇、流程優(yōu)化4個(gè)維度上不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn) ，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)操作，提高實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性，并做好實(shí)驗(yàn)記錄。還要注意檢查實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，例如血液的新鮮度，抽取白細(xì)胞的操作等?；趯?shí)驗(yàn)的概念教學(xué)研究思路可概括如圖5。

生物學(xué)教師要將課堂建設(shè)成模擬科學(xué)研究的殿堂，教學(xué)過程是對(duì)科學(xué)探索的濃縮，是將最精彩、最激動(dòng)人心的事實(shí)提煉、升華得以展現(xiàn)的過程?！霸谀撤N意義上說，探究也是科學(xué)的本質(zhì)之一。因此教師必須重視并上好那些通過探究活動(dòng)學(xué)科學(xué)的科學(xué)課。要展示探究過程，不要簡(jiǎn)單給學(xué)生以結(jié)論，讓學(xué)生體悟像科學(xué)家那樣思考和工作?！保?］少些死記硬背，少些單調(diào)重復(fù)的機(jī)械訓(xùn)練，就有足夠的時(shí)間開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教師備課充分些，動(dòng)手能力強(qiáng)一些，就能讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)開花結(jié)果，在學(xué)生心田播下科學(xué)的種子。

圖5 實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)概念教學(xué)的研究思路［3］

根據(jù)調(diào)查問卷和概念圖紙筆測(cè)試發(fā)現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)模式能夠顯著提高學(xué)生學(xué)習(xí)概念的興趣，幫助學(xué)生建立概念之間有意義的聯(lián)系，促成學(xué)生對(duì)概念的理解性學(xué)習(xí)。由于研究水平有限，研究時(shí)間較短，以實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)生物學(xué)概念形成的教學(xué)，仍有許多有趣的研究視角值得探索，有些教學(xué)效果需要長(zhǎng)期跟蹤分析才能證明?？傊?，實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)模式的研究值得生物學(xué)教育工作者給予更深入、更廣泛的研究和討論。