用實驗活動優化生物學概念教學

沈 瑜

(江蘇省徐州市第三十一中學 221006)

《義務教育生物學課程標準(2011版)》在課程內容10個主題中精選了50個重要概念，以概念內涵或命題的方式具體描述，強調了概念教學在生物教學中的重要性。本文以蘇科版初中生物學教材(2011版)內容為例，就如何發揮實驗活動在生物學概念構建中的作用，談幾點認識。

1 用實驗活動創設概念學習的情境

概念的導入對概念教學有重要的作用，相較于視頻導入，復習導入等方法，實驗導入可以促使學生在實驗中觀察和思考，產生對概念的初步體驗，生成與概念相關的問題，從聚焦概念進入課程學習，創設緊扣概念的學習情境。

以七年級上冊“能量的釋放和利用”為例，教師通常會利用教材給定素材進行情境創設，即引導學生觀察教材中“青少年爬不動山”“又冷又餓”的兩張圖片，得出“食物能夠為生命活動提供能量”的結論，隨后通過比較同一人“安靜時、迅速起蹲1min后、休息5min后”呼吸頻率，得出“能量的釋放與呼吸有關”的結論。呼吸的概念在此直接推出，“呼吸過程中氣體變化”等實驗均為圍繞概念的驗證實驗。這是演繹式教學的典型方法，告知結論在前，學生感受在后，問題由教材提出，概念學習在知識的框架中亦步亦趨，學生思維空間狹窄。

與此相反，嘗試將實驗活動前置，引導學生先通過測量不同狀態呼吸頻率的活動體驗“能量釋放與呼吸”的關系。學生除了得出“能量釋放與呼吸密切相關”的結論之外，還能進一步根據現象提出問題。例如，什么是呼吸？呼吸的過程是不是就伴隨著能量的釋放？植物體能量的釋放也伴隨著呼吸嗎？植物體能呼吸嗎？能量釋放是不是一定會消耗氧氣，放出二氧化碳？在此基礎上，教師可以學生在活動中提出的問題作為線索，依次引出“呼吸”和“呼吸作用”等概念。這樣的設計以實驗活動完成概念的引入，既加深思考深度，也便于呈現關于呼吸的錯誤的“前概念”。錯誤觀念會妨礙新知的理解和建構，因此引發“前概念”中錯誤認識的矛盾沖突，有利于后續教學對“前概念”的錯誤修正。

再如，在教材“綠色植物的生長需要水和無機鹽”部分，原設計通過“無土栽培”技術的介紹，讓學生了解“綠色植物的生長需要水和無機鹽”，由于無土栽培技術并不貼近學生生活，需要借助圖文和視頻資料輔助介紹，引入比較生硬?？梢試L試作以下修改(圖1)：

圖1 “ 綠色植物的生長需要水和無機鹽”實驗活動

通過實驗前置，學生比較土壤浸出液、無土栽培培養液、蒸餾水中植物生長情況，產生疑問，經過進一步實驗探究，完成概念構建，最后將“無土栽培營養液的組成”后置為概念的拓展和應用，過程水到渠成。

2 用實驗活動破解概念學習的難點

概念是對事物的抽象或概括，生物學作為自然科學中的重要學科，大多數重要概念都來自實驗探究，光合作用、呼吸作用、消化等重要概念，就是科學家借助實驗摸索、總結出的科學規律。初中生的抽象思維能力還沒有完全成熟，實驗作為一個“具象”的教學活動，借助形象思維的力量突破概念構建中的難點，不失是一種“破題”的利器。

還是以前述“能量的釋放和利用”為例，改進原教材設計，通過實驗活動導入，設計一系列的實驗活動，使學生對呼吸、能量釋放、氣體消耗等問題產生興趣，幫助學生建立起“在生物體內，細胞能通過分解糖類等獲得能量，同時生成二氧化碳和水”的重要概念(圖2)：

圖2 “能量的釋放和利用”實驗活動

其中增加實驗1，讓學生觀察二氧化碳使澄清石灰水變渾濁，對于理解“呼吸作用產生的氣體是二氧化碳”提供了直觀的事實支撐；增加實驗2，突破了呼吸作用的場所是“活細胞”的難點；增加實驗3，幫助學生理解呼吸作用的條件有光、無光都可以，而遮光處理只是為了排除光合作用對本實驗的干擾。再結合教材本來設計的實驗，學生通過觀察、實驗和交流分享，相繼形成有關呼吸作用條件、場所、原料、產物的相關概念，在此基礎上，由學生將這些內容進行概括，總結出有關呼吸作用的重要概念，并且自主生成呼吸作用的表達式，實驗活動讓重要概念生成的過程清晰，順利破解概念教學中的難點，有利于學生學科思維的培養。

3 用實驗活動促進概念串的建構

生物學的重要概念由于處于學科中心位置，包括了對生命基本現象、規律、理論等的理解和解釋[1]，因此是對一般概念的高度概括和濃縮。在教學實踐中，通過實驗活動讓學生從觀察引發思考，從實踐引發質疑，從歸納形成一般概念，再將相互關聯的一般概念串聯，整合成重要概念，這種方式不僅讓學生在問題驅動下，主動完成重要概念構建的過程，還可避免實驗教學中單純記憶實驗結果的教學誤區，促使學生循序漸進的積累相關的概念知識，最終形成完整的概念體系。圖3是八年級上冊“人體內物質的運輸”教學內容的相關案例。

圖3 “人體內物質的運輸”實驗活動

在此，學生通過實驗活動形成一般概念，解決問題的同時提出新的問題，引出下一個概念，最后“血管”“心臟”“血液”這些概念如珍珠般串起，最終形成“血液循環系統包括心臟、動脈、靜脈、毛細血管和血液，其功能是運輸氧氣、二氧化碳、營養物質、廢物等物質”這個重要概念。在概念學習的整個過程中，實驗完成激發概念思考和引發后續概念思考的雙重“設疑”，突破概念串上每個一般概念從問題呈現到解決的核心問題。

隨著課程的推進，每一個新知識的納入補充了現有知識，通過一個個概念的積累，積沙成塔，直至將重要概念完整呈現。

4 用實驗活動完成概念拓展

生物學是與生活實際密切相關的科學，概念構建后，更需要將概念中的原理或核心內容延展和應用。實驗活動特別是探究性實驗活動，可以考察學生對重要概念理解的深度和遷移應用的能力，讓學生將生活情境中的問題，用規范、科學的探究活動開展研究，達到重要概念理解深化的目的。

例如，在學習關于消化系統的重要概念后，學生知道消化系統的主要功能是從食物中獲取營養物質，以備運輸到身體的所有細胞中。又通過實驗探究“暴飲暴食引起消化不良的原因”，讓學生知道適度、合理、均衡的飲食可以為人體提供營養，暴飲暴食對消化會產生不利影響。于是，教師可要求學生參照教材信息庫中 “唾液消化作用的實驗方法”和“膽汁參與消化作用的實驗方法”，探究過量的淀粉能否被唾液全部消化，過量的油脂能否被膽汁全部乳化。學生通過兩個實驗，理解暴飲暴食的危害，從而獲得“適度飲食有利于消化”的概念，進一步豐富重要概念的內涵。

教學中類似的例子還很多。例如，在學習了單細胞的生物體后，教師可將教材中“用酵母菌制作饅頭”的實驗拓展為“用酵母菌制作美食”的活動，鼓勵學生利用酵母菌，在家長的幫助下制作美食，學生用不同的制作工藝制作了葡萄酒、米酒、面包、酒釀和饅頭等。

學生在制作過程中真正體驗到，制作饅頭、面包時是利用酵母菌有氧呼吸的原理；制作米酒、葡萄酒、酒釀時則利用酵母菌無氧呼吸的原理。也了解到因為多數微生物在酸性和無氧條件下無法生存，被抑制生長，才保證了酵母菌在無競爭環境下的生長繁殖，從而拓展了對“發酵技術利用了微生物的特性，通過一定的操作過程生產相應的產品”這一重要概念的理解。