基于生命觀念培育的生物概念教學探索
——以“滲透作用”為例

（長汀縣第二中學，福建 長汀 366300）

概念教學是課堂教學的重要組成部分，是落實生物學課程標準的關(guān)鍵。概念是一種理性知識，是對生命現(xiàn)象本質(zhì)特征的高度概括，是從感性認識上升到理性認識的過程。概念教學不是給學生零散的、不連貫的具體概念知識片段，而是圍繞概念幫助學生有效地構(gòu)建起知識的體系。

生命觀念位于生物學學科四大核心素養(yǎng)之首，最具生物學學科特色。生命觀念的建立以概念學習為基礎(chǔ)，其形成過程需要科學思維和科學探究。因此，生命觀念教學需要進一步加強問題引導下的思維教學，進一步強化任務驅(qū)動下的科學探究［1］。筆者以“滲透作用的概念”為例，闡釋指向生命觀念的概念教學。

一、高中生物學課程標準的概念體系

《普通高中生物學課程標準（2017 年版）》是在實驗稿的基礎(chǔ)上，凝練了學科核心素養(yǎng)，更新了教學內(nèi)容，內(nèi)容聚焦大概念，教學過程重實踐。課程標準規(guī)定的內(nèi)容，是由大概念、重要概念、次位概念的三級概念體系構(gòu)成知識框架，大概念是最上位的，需要在重要概念的基礎(chǔ)上建立，而重要概念的獲得需要概括眾多的次位概念［2］，次位概念的建構(gòu)則需要眾多的生物學事實來支撐。

新課標的概念體系由必修模塊和選擇性必修模塊組成，其中必修模塊有4 個大概念、11 個重要概念、45 個次位概念；而選擇性必修模塊有6 個大概念、20個重要概念、75 個次位概念。這些概念之間彼此交織在一起，共同組成高中生物學概念體系。

二、課程標準中對“滲透作用”概念的闡述

“滲透作用”概念出現(xiàn)在2019 年版《生物學·必修1·分子與細胞》第4 章第1 節(jié)“被動運輸”中問題探討欄目，教材以實驗裝置圖和問題串的形式呈現(xiàn)。新課標對本節(jié)內(nèi)容作如下描述：“物質(zhì)通過被動運輸或主動運輸方式進出細胞，以維持細胞的正常代謝”。在學習本節(jié)內(nèi)容之前，已經(jīng)學習了細胞膜的成分與結(jié)構(gòu)，知道了細胞膜具有控制物質(zhì)進出功能，細胞內(nèi)的各部分結(jié)構(gòu)分工合作共同完成生命活動。

植物細胞和動物細胞的吸水和失水是由細胞膜兩側(cè)的濃度差引起。植物細胞和動物細胞在結(jié)構(gòu)上有差別，植物細胞的最外面有一層細胞壁，主要成分是纖維素和果膠，對細胞起支持和保護作用，細胞壁具有全透性；動物細胞膜相當于半透膜，植物細胞的原生質(zhì)層相當于半透膜。細胞膜具有選擇性透過性功能，這體現(xiàn)了“各種細胞具有相似的基本結(jié)構(gòu)，但在形態(tài)與功能上有所差異”，所以本節(jié)以細胞維持有序性離不開物質(zhì)的輸入和輸出，引導學生樹立結(jié)構(gòu)與功能相適應的生命觀念。

三、借助演示實驗為理解概念鋪墊

教材中“擴散”和“半透膜”都有簡單介紹，但學生缺乏直觀性認識，因此借助演示實驗有助于理解“擴散”和“半透膜”概念。

演示實驗1：演示把紅墨水滴一滴在水中和香水瓶蓋打開放在講臺上，學生分別從視覺和嗅覺角度感知物質(zhì)擴散的過程，獲得擴散的概念，即物質(zhì)分子從高濃度向低濃度運動，直到均勻分布的過程。

演示實驗2：兩套滲透作用裝置，如圖A 和圖B所示。

實驗現(xiàn)象：A 裝置，漏斗管內(nèi)淀粉呈現(xiàn)藍色，燒杯中的碘液沒有呈現(xiàn)藍色，說明碘液分子可以通過半透膜進入漏斗管內(nèi)，淀粉不能通過半透膜進入燒杯；取B 裝置中燒杯的溶液加入斐林試劑加熱后呈現(xiàn)磚紅色沉淀，說明葡萄糖分子可以通過半透膜進入燒杯。

實驗結(jié)論：大分子物質(zhì)不能通過半透膜，小分子物質(zhì)可以通過半透膜。

圖A

圖B

四、指向生命觀念的概念教學實施建議

（一）聯(lián)系生活經(jīng)驗，豐富概念的內(nèi)涵

陶行知提倡“生活即教育”思想與新課標的建議相契合：為幫助學生建構(gòu)生物學概念，需要給學生提供相關(guān)的生物學事實性材料。學生的生活經(jīng)驗是教學資源的重要組成部分，有利于課堂教學的開展，有利于教學目標的達成。

細胞是最基本的生命系統(tǒng)，每時每刻與外界進行物質(zhì)與能量的交換，以維持細胞內(nèi)部的有序性。水又是細胞中含量最多的化合物，水分子是如何進出細胞膜的？學生在生活中有涼拌青瓜、腌制蘿卜干和制作香腸的經(jīng)歷，這些生活經(jīng)歷可以引起學生的共鳴，但學生不明白水分子以什么方式進行跨膜運輸，水分子的流動方向，水分子跨膜運輸?shù)膭恿κ鞘裁矗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的“燒苗”是什么原因造成的，等等。這些生活中的例子可以為本節(jié)概念教學提供生物學事實材料。

（二）設(shè)計問題串，訓練模型思維

模型是人們?yōu)榱四撤N特定的目的而對認識對象所作的一種簡化的概括性的描述。模型可以直觀展示研究對象的本質(zhì)屬性特征，幫助學生深入理解概念本質(zhì)。因為動植物細胞很小，肉眼無法直接觀察到水分子進出細胞，所以構(gòu)建滲透作用模型，突破概念建構(gòu)過程中的障礙。為此，可引導學生思考下列問題：

①水分子是如何通過細胞膜的？怎樣才能觀察到水分子進出細胞？②用什么裝置模擬細胞的吸水和失水的過程？根據(jù)什么樣的結(jié)果可以判斷出細胞有吸水和失水的發(fā)生？③選擇什么材料代替細胞膜？選擇什么溶液代替細胞液？為什么？④要使實驗現(xiàn)象更明顯、更直觀該如何進行處理？

結(jié)合問題串思考，很快明白滲透裝置中的玻璃紙、長頸漏斗、蔗糖溶液分別類比細胞的哪些結(jié)構(gòu)；引導學生從實驗現(xiàn)象的觀察過渡到生命現(xiàn)象本質(zhì)問題的探究，促使學生的思維螺旋上升，直抵概念的本質(zhì)特征。

（三）創(chuàng)設(shè)探究實驗，體驗建構(gòu)過程

生物學是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學。開展探究性實驗有利于概念的形成，采取“觀察—分析—結(jié)論”的方式對實驗教學內(nèi)容進行比較、分析與歸納等思維活動，有利于學生習得生物學知識，并最終形成生物學概念。由于滲透裝置中液面出現(xiàn)高度差需要較長時間，安排興趣小組成員在課前先進行實驗并錄制視頻。在新授課時播放視頻讓學生觀察實驗現(xiàn)象：漏斗管滲透作用裝置中漏斗管內(nèi)液面比起始狀態(tài)時更高。

在教學中，教師不應該把教學內(nèi)容直接告訴學生，而是創(chuàng)設(shè)問題情境，引導學生對問題進行探究，把教師的教和學生學的過程變成研究和再發(fā)現(xiàn)的過程。因此必須引導學生對液面升高的原因展開深度分析討論及探究：蔗糖溶液中的水分子能不能進入大燒杯中？為什么？（可以，因為液面升高說明有水分子從清水進入漏斗管內(nèi)，所以水分子也可以從蔗糖溶液中進入大燒杯。）從濃度大小的角度考慮，水分子的移動方向怎樣？（因為漏斗管內(nèi)液面升高，說明水分子進入漏斗管的水分子多于流出的水分子，所以水分子總體流向是從低濃度流向高濃度，即從水分子數(shù)量多流向水分子數(shù)量少。）漏斗管內(nèi)的液面能否無限升高嗎？為什么？（不能，因為水分子進入漏斗管內(nèi)后濃度差在減小，半透膜兩側(cè)的濃度差在不斷縮小，所以不能無限升高。）當液面高度不再發(fā)生變化時，半透膜兩側(cè)的溶液濃度是否相等，為什么？（不相等，因為半透膜兩側(cè)沒有濃度差就不會出現(xiàn)高度差，所以只要有高度差就會有濃度差。）如果將半透膜換成紗布，結(jié)果又會怎樣？如果半透膜兩側(cè)換成濃度相同的蔗糖溶液，結(jié)果又會怎樣？學生設(shè)計兩組實驗，并進行探究，最終得到實驗結(jié)果（如圖C 和圖D）。

學生親歷探究性實驗設(shè)計、實施和對實驗結(jié)果的深度分析，運用比較歸納綜合的方法概括出滲透作用的概念和滲透作用發(fā)生的條件。

圖C

圖D

（四）分析遷移應用，內(nèi)化概念提升能力

漏斗滲透作用實驗和細胞吸水和失水的原理是相同的，在學習過程中采取類比推理的方法，有助于學生理解概念。植物細胞的吸水和失水實驗是本節(jié)第1 課時的重點內(nèi)容，如果在教學過程中只是進行簡單的實驗教學，讓學生進行實驗并觀察實驗現(xiàn)象，沒有對實驗教學的內(nèi)容進行深度分析，這樣的教學是低層次的、缺少思維深度的。

問題引導，理解實驗設(shè)計意圖。植物細胞的最外面有一層細胞壁，研究表明，水分子可以自由地通過細胞壁。成熟的植物細胞由于中央大液泡占據(jù)了細胞的大部分空間，將細胞質(zhì)擠成一薄層。水分子進出細胞主要指水分子經(jīng)過原生質(zhì)層進出液泡。證明原生質(zhì)層相當于一層半透膜，就要證明植物細胞能夠發(fā)生滲透吸水和失水。植物細胞在什么條件下會發(fā)生滲透吸水和失水？借助什么工具觀察？哪些可觀測指標表明植物細胞處于滲透吸水和失水狀態(tài)？

類比分析，內(nèi)化實驗理解概念。將植物細胞的吸水和失水實驗與漏斗滲透作用實驗進行類比分析。植物細胞在失水過程中，液泡會無限縮小嗎？細胞的吸水能力有變化嗎？（不會，因為植物細胞在失水過程中細胞液濃度增大，吸水能力增強，失水能力減弱，所以不能無限縮小。）植物細胞在吸水過程中，細胞能無限吸水嗎？為什么？（因為植物細胞發(fā)生滲透吸水后，細胞液濃度與外界溶液的濃度差降低，細胞壁的伸縮性較小限制了細胞不能無限吸水，所以細胞不能無限吸水。）

遷移應用，提高解決問題的能力。利用植物細胞的吸水和失水原理解釋生活中的現(xiàn)象，如涼拌青瓜的盤子中為什么會有水分滲出？農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中“燒苗”的原因是什么？（因為細胞所處的外界溶液濃度高于細胞液濃度，細胞處于失水狀態(tài)。）為什么腌制蘿卜干和制作香腸不會腐敗變質(zhì)？（因為腌制蘿卜干和制作香腸時用了很多鹽，微生物在高滲溶液中過度失水死亡，所以食物不會變質(zhì)。）還可以進一步拓展：如何比較兩種植物細胞液濃度的大??？為什么洋蔥表皮細胞在KNO3 溶液中會發(fā)生質(zhì)壁分離的復原現(xiàn)象？

五、教學反思

（一）概念教學要有探究味

新課標建議要為探究性學習創(chuàng)設(shè)情境，鼓勵設(shè)計實驗自主探究［3］。針對學生的認識特點，創(chuàng)造性結(jié)合教材創(chuàng)設(shè)探究實驗，讓學生通過觀察實驗、分析實驗、得出結(jié)論，使概念的內(nèi)涵慢慢呈現(xiàn)，最終領(lǐng)悟概念。

（二）概念教學要有思維味

概念教學不是一種結(jié)論性的學習，而是過程性的學習；不僅要有教師講解和分析實驗的過程，也要有師生思維互動的過程。通過問題串，結(jié)合實驗引導學生觀察、思考，從定性、定量角度分析實驗，從微觀水平分析實驗原理，進一步理解滲透作用本質(zhì)，最終自主建構(gòu)概念。

（三）概念教學要有建模味

模型建構(gòu)是把認識對象進行概念化的過程，借助模型可從眾多的生物學事實材料中歸納出概念的內(nèi)涵和組成要素，借助模型有助于學生理解和掌握概念，這樣對生物學知識體系的掌握更有條理性、系統(tǒng)性。