利用微實驗助力學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)概念

文/羅明臣

生物學(xué)概念是生物學(xué)課程內(nèi)容的基本組成元素，是生物學(xué)知識網(wǎng)絡(luò)中的基礎(chǔ)內(nèi)容，亦是學(xué)生必須掌握的生物學(xué)內(nèi)容[1]。學(xué)生通過學(xué)習(xí)生物學(xué)概念，既可以對生物學(xué)知識建立感性認(rèn)知，又可以增強對生物學(xué)本質(zhì)的認(rèn)知，了解生物學(xué)知識規(guī)律。生物學(xué)概念是生物學(xué)家經(jīng)過不懈的研究，總結(jié)出的極具概括性、抽象性的結(jié)論。而初中生的形象思維較發(fā)達，抽象思維尚處于發(fā)展中，有時難以深刻地認(rèn)知生物學(xué)概念。心理學(xué)家布魯納曾言，學(xué)生清晰地判斷某些東西的種類，可以把握它的一般特征和本質(zhì)特征。因此，布魯納提倡引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷概念形成過程?；诖耍覀兛梢試L試?yán)梦嶒炛W(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)概念。

一、相關(guān)理論

（一）生物學(xué)概念的界定

一般情況下，生物學(xué)概念由四部分構(gòu)成，即名稱、屬性、定義和例證。其中，名稱是用一個詞語概述某類事物的屬性；屬性是對概念中所有成員共同的本質(zhì)屬性的概述；定義是對某類事物特征的總體概述；例證是借助概念屬性獲知概念的本質(zhì)。

（二）微實驗的界定

本文的微實驗是以教學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)，以學(xué)生獨立操作為主的實驗。微實驗的“微”有五大表現(xiàn)：第一，有明確的實驗?zāi)繕?biāo)；第二，有簡單易操作的實驗儀器；第三，有簡便清晰的實驗步驟；第四，有容易總結(jié)出的實驗結(jié)論；第五，有便捷的實驗交流方式。

（三）微實驗的應(yīng)用優(yōu)勢

1.突破教學(xué)時空限制

傳統(tǒng)的生物學(xué)實驗教學(xué)以演示實驗為主，在實驗過程中教師扮演主導(dǎo)角色，引導(dǎo)學(xué)生觀看、思索。但是，在此過程中，部分學(xué)生受物理環(huán)境、實驗設(shè)備的影響，無法清晰地觀察實驗現(xiàn)象及細(xì)節(jié)。與之相比，微實驗的優(yōu)勢在于可以讓每個學(xué)生都能獲得實驗儀器，得到實驗機會，即每個學(xué)生都能動手操作實驗儀器，觀察實驗現(xiàn)象，在親身實踐中對比、分析、整合、歸納，得出實驗結(jié)論。同時，學(xué)生可以因此積累實驗的經(jīng)驗，主動利用課余時間操作實驗，進一步強化生物學(xué)認(rèn)知，鍛煉實驗操作能力。這可以切實打破時空限制，使學(xué)生大大增強對生物學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，主動學(xué)習(xí)生物學(xué)，提高學(xué)習(xí)效率。

2.實現(xiàn)教學(xué)方式多樣化

在傳統(tǒng)的生物學(xué)實驗課堂上，教師操作，學(xué)生只能觀看。微實驗的應(yīng)用可以改變這種教學(xué)方式。在微實驗過程中，學(xué)生化身學(xué)習(xí)“主人”，近距離地操作、觀察生物學(xué)實驗，透過現(xiàn)象歸納結(jié)論，建立生物學(xué)認(rèn)知，同時鍛煉實驗操作能力。之后，學(xué)生遷移實驗認(rèn)知，自主操作實驗，強化生物學(xué)認(rèn)知，豐富生物學(xué)實驗及學(xué)習(xí)經(jīng)驗，提高生物學(xué)學(xué)習(xí)水平。在有所發(fā)展的情況下，學(xué)生能夠充分發(fā)揮主觀能動性，自主體驗多樣的學(xué)習(xí)活動，從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)向“我要學(xué)”，推動教學(xué)方式轉(zhuǎn)變。

二、實踐策略

生物學(xué)概念貫穿生物學(xué)教學(xué)始終。生物學(xué)教學(xué)包括課前階段、課中階段和課后階段。教師要以這三個階段為立足點，靈活應(yīng)用生物學(xué)微實驗，助力學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)概念。

（一）課前階段：操作微實驗，自學(xué)生物學(xué)概念

課前是學(xué)生自學(xué)生物學(xué)概念的階段。學(xué)生在課前自學(xué)生物學(xué)概念，可以建立一定的認(rèn)知，切實做好課堂學(xué)習(xí)準(zhǔn)備。之后，學(xué)生可以在課堂上深入探究生物學(xué)概念，建立深刻的認(rèn)知。微實驗是學(xué)生自學(xué)生物學(xué)概念的助力[2]。在課前階段，教師可以依據(jù)生物學(xué)概念內(nèi)容，提出微實驗任務(wù)，驅(qū)動學(xué)生收集生活物品，動手操作，探究生物學(xué)概念。

例如，在“蒸騰作用”這節(jié)課上，學(xué)生需要認(rèn)知“氣孔”。在體驗生活的過程中，部分學(xué)生發(fā)現(xiàn)：將蔬菜或水果放進水中，其表面會產(chǎn)生一些小氣泡，但不知道原因。實際上，此現(xiàn)象與植物的氣孔相關(guān)。于是，教師結(jié)合生物學(xué)概念和學(xué)生生活經(jīng)歷，借助在線課堂呈現(xiàn)自學(xué)任務(wù)。

任務(wù)一：請準(zhǔn)備一個大碗、一瓶清水和一片新鮮的蔬菜葉子。將清水倒入碗中，放入蔬菜葉子。稍等片刻，你發(fā)現(xiàn)了什么現(xiàn)象？

如果沒有發(fā)現(xiàn)任何現(xiàn)象，想一想：當(dāng)有氣體進入蔬菜葉子中時，水中會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？怎樣才能讓氣體進入葉片中？

根據(jù)如上問題，試著梳理實驗方案，動手操作吧。

任務(wù)二：觀察操作現(xiàn)象，你得出了什么結(jié)論？試著總結(jié)氣孔的概念。

在了解任務(wù)內(nèi)容后，大部分學(xué)生興致勃勃，收集生活物品，認(rèn)真思考，設(shè)計實驗方案。例如，有學(xué)生選用菠菜葉。學(xué)生在將菠菜葉放進水中后，順著葉柄吹氣，水中出現(xiàn)小氣泡（如圖1）。學(xué)生思索實驗現(xiàn)象，歸納結(jié)論——水中出現(xiàn)氣泡說明葉片和外界環(huán)節(jié)發(fā)生了氣體交換。發(fā)生氣體交換的結(jié)構(gòu)是氣孔。

圖1 “蒸騰作用”之“氣孔”微實驗

實踐表明，學(xué)生在自學(xué)任務(wù)的驅(qū)動下，體驗微實驗活動，觀察、分析、總結(jié)，能夠初步認(rèn)知生物學(xué)概念。同時，學(xué)生也會因此感受到學(xué)習(xí)生物學(xué)概念的樂趣，積累生物學(xué)概念學(xué)習(xí)經(jīng)驗，便于自主學(xué)習(xí)生物學(xué)概念，提高生物學(xué)概念學(xué)習(xí)效率。

（二）課中階段：操作微實驗，深探生物學(xué)概念

課中是學(xué)生深入探究生物學(xué)概念的階段。微實驗是學(xué)生深入探究生物學(xué)概念的輔助。在課中階段，教師要依據(jù)生物學(xué)概念內(nèi)容，善用微實驗，使學(xué)生產(chǎn)生興趣并能自主操作，建立深刻的概念認(rèn)知，同時發(fā)展多樣能力，提高概念學(xué)習(xí)效率。

1.展示微實驗成果，調(diào)動興趣

探究興趣是學(xué)生深入探究生物學(xué)概念的保障。影響學(xué)生探究興趣的因素有很多，微實驗成果便是其中之一。首先，微實驗成果具有直觀性，很容易吸引學(xué)生的眼球。其次，面對微實驗成果，學(xué)生會產(chǎn)生“為什么”“怎樣做”的疑問，形成強烈的探究興趣。所以，在生物學(xué)概念課堂教學(xué)之初，教師可以依據(jù)生物學(xué)概念內(nèi)容，展現(xiàn)相關(guān)的微實驗成果，調(diào)動學(xué)生的探究興趣。

例如，在“生物體的器官和系統(tǒng)”這節(jié)課上，學(xué)生要了解人體的消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)。為了使學(xué)生建立良好的認(rèn)知，教師利用課前時間，使用生活物品制作各種模型。在課堂上，教師展示相關(guān)模型，調(diào)動學(xué)生興趣。以呼吸運動模型為例，教師利用氣球、塑料瓶制作模型（如圖2）。

圖2 “生物體的器官和系統(tǒng)”微實驗之呼吸運動模型

在課堂上，教師直接展示模型，此模型很容易抓住學(xué)生的眼球。在學(xué)生觀看時，教師提出問題：“這是一個肺部模型。想一想：吸管表示什么？氣球表示什么？吸管和氣球連接的部分是什么？瓶子底部是什么？”在問題的作用下，學(xué)生紛紛遷移生活認(rèn)知，思索答案。教師把握時機，為學(xué)生發(fā)放材料，鼓勵動手操作，并介紹氣管、支氣管、肺等。全體學(xué)生興致高昂，投入微實驗活動，自主探究相關(guān)概念，順其自然地進入生物學(xué)課堂。

2.操作微實驗，深入探究

動手操作微實驗是學(xué)生深入探究生物學(xué)概念的必由之路。在調(diào)動學(xué)生探究興趣后，教師要圍繞生物學(xué)概念和微實驗內(nèi)容，提出任務(wù)，驅(qū)動學(xué)生動手操作。在動手操作的過程中，學(xué)生會發(fā)揮自主性，觀察、分析、發(fā)現(xiàn)特征，歸納概念，建立深刻認(rèn)知。

例如，在“運輸作用”這節(jié)課上，學(xué)生要探究、掌握莖的疏導(dǎo)功能。教材圍繞此內(nèi)容設(shè)置了“觀察莖對水和無機鹽的運輸”的實驗，但實驗材料和學(xué)生生活脫軌。于是，教師將教材中的實驗轉(zhuǎn)化為微實驗。

在課前階段，教師布置任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生動手處理白色百合花和大葉黃楊等實驗樣本。在課堂上，教師引導(dǎo)學(xué)生觀察白色百合花的外部。在觀察時，學(xué)生很輕松地發(fā)現(xiàn)花瓣和葉脈呈現(xiàn)紅色。此時，學(xué)生聯(lián)想課前微實驗操作過程，分析此現(xiàn)象的成因，踴躍作答。有學(xué)生說道：“紅墨水被植物的莖輸送到了花瓣和葉脈處”。教師給予肯定并布置任務(wù)：“用剪刀橫切百合花的莖，你會發(fā)現(xiàn)什么？”大部分學(xué)生邊操作邊觀察邊思考，得出結(jié)論——紅色的細(xì)點。部分學(xué)生主動發(fā)問：“這些紅色的細(xì)點是什么？”其他學(xué)生遷移已有的生物學(xué)認(rèn)知，積極動腦，提出猜想，如紅色細(xì)點是“導(dǎo)管”。教師就此追問：“為什么猜測是導(dǎo)管，而非篩管？”在追問后，教師給予學(xué)生充足的時間，鼓勵學(xué)生合作交流。

在合作交流時，大部分學(xué)生發(fā)表看法，碰撞思維，最終得出結(jié)論：“無法借助百合花的莖來確定是否是導(dǎo)管”。在此情形下，各組成員紛紛拿出大葉黃楊，分離樹皮和木質(zhì)部，細(xì)心觀察，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論，踴躍展示。一個小組代表說道：“大葉黃楊的木質(zhì)部變紅了，但樹皮內(nèi)側(cè)的韌皮沒有變紅，這說明木質(zhì)部的導(dǎo)管是向上運輸?shù)摹！苯處熧澷p學(xué)生，并鼓勵他們橫切、縱切大葉黃楊，繼續(xù)觀察，分析現(xiàn)象，總結(jié)結(jié)論。

經(jīng)過不斷操作微實驗，大部分學(xué)生透過直觀現(xiàn)象，歸納共性，得出結(jié)論——導(dǎo)管位于木質(zhì)部，可以運輸水分和無機鹽。

（三）課后階段：操作微實驗，復(fù)習(xí)生物學(xué)概念

復(fù)習(xí)是學(xué)生增強生物學(xué)概念認(rèn)知的重要方式。微實驗是學(xué)生復(fù)習(xí)生物學(xué)概念的“工具”。尤其，學(xué)生能夠積極動腦，或直接應(yīng)用課堂實驗方案，或自創(chuàng)其他實驗方案，動手操作，觀察、分析實驗現(xiàn)象，聯(lián)想生物概念內(nèi)容，由此建立深刻的認(rèn)知。有部分學(xué)生會發(fā)現(xiàn)自身的概念認(rèn)知不足，自覺查漏補缺，加深對概念的理解。基于此，在課后階段，教師可依據(jù)生物學(xué)概念，提出微實驗操作任務(wù)，驅(qū)動學(xué)生復(fù)習(xí)。

例如，在“性別和性別決定”課堂上，學(xué)生操作微實驗，辨析了性染色體和常染色體，了解了性別決定方式?；趯W(xué)生的學(xué)習(xí)情況，教師提出微實驗操作任務(wù)，具體如下：

任務(wù)一：在這節(jié)課上，我們使用什么樣的方法探究出了性染色體、常染色體和性別決定方式？請回想課堂學(xué)習(xí)過程，總結(jié)方法，利用課后時間再現(xiàn)方法，再次認(rèn)知性染色體、常染色體和性別決定方式。

任務(wù)二（選做）：你能不能想到新的實驗方法呢？試著結(jié)合性染色體、常染色體和性別決定方式的相關(guān)內(nèi)容，開動腦筋，聯(lián)想其他微實驗方案，動手操作，并認(rèn)真記錄。

在實驗過程中，某學(xué)生在一號箱子中裝入60 個黃球，表示含有X 染色體的卵細(xì)胞；在二號箱子中分別裝入30 個黃球和30 個白球，其中黃球表示含有X 染色體的精子，白球表示含有Y 染色體的精子。之后，該學(xué)生從兩個箱子中隨意抓取兩個球，進行組合，記錄組合情況，并將兩個球放回箱子中，繼續(xù)抓球，并進行了組合與記錄，如此重復(fù)操作50 次。在操作后，學(xué)生依據(jù)記錄整理組合情況，建立表格，分析并歸納結(jié)論——黃黃組合表示生女孩，黃白組合表示生男孩，生男、生女的概率相同。如此，該學(xué)生便增強了對生物學(xué)概念的認(rèn)知，同時強化了創(chuàng)新意識，鍛煉了創(chuàng)新能力。

教師則向其他學(xué)生展示該微實驗方案，啟迪其他學(xué)生，使其開放思維，遷移應(yīng)用生物學(xué)概念，設(shè)計微實驗方案，由此獲得進一步發(fā)展。

三、結(jié)束語

總之，微實驗可以打破時空限制，使學(xué)生轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式，積極探究生物學(xué)概念，建立深刻認(rèn)知，發(fā)展多樣能力，增強概念學(xué)習(xí)效果。鑒于此，在初中生物學(xué)概念教學(xué)中，教師可以依據(jù)生物學(xué)概念內(nèi)容，與學(xué)生通力合作，把握課前、課中、課后時機，編創(chuàng)、操作微實驗，使學(xué)生扎實掌握生物學(xué)概念，獲取生物學(xué)概念學(xué)習(xí)方法，鍛煉多樣能力，提升生物學(xué)概念學(xué)習(xí)水平。