以實(shí)驗(yàn)探究促進(jìn)生物學(xué)概念建構(gòu)例談

趙廣宇

(四川省成都市石室中學(xué) 610041)

在生物學(xué)教學(xué)中開展探究性實(shí)驗(yàn)活動，可以使學(xué)生從概念、規(guī)律開始學(xué)習(xí)的方式，轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^探究性實(shí)驗(yàn)活動獲取相關(guān)的生物學(xué)事實(shí)，在自主建構(gòu)科學(xué)概念的同時(shí)培養(yǎng)探究能力和創(chuàng)新思維。

1 探究性實(shí)驗(yàn)活動有利于學(xué)生對生物學(xué)概念的建構(gòu)

生物學(xué)重要概念是對生命基本現(xiàn)象、規(guī)律、理論的理解和詮釋，處于學(xué)科知識的中心位置。教師需要引導(dǎo)學(xué)生以發(fā)現(xiàn)、查閱的大量事實(shí)性材料作為依據(jù)，揭示事物的本質(zhì)屬性，進(jìn)而建構(gòu)相關(guān)的生物科學(xué)概念、理論[1]。要善于幫助學(xué)生去分析、綜合、抽象、概括，引導(dǎo)學(xué)生通過合作交流、互相切磋對諸多事實(shí)、表象作深入地思考，由表及里、去偽存真，形成科學(xué)概念。在可能的條件下，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、探究、設(shè)計(jì)圖解，甚至構(gòu)建模型[2]。

例如，學(xué)生通過觀察“鳥類”剝制標(biāo)本和骨骼標(biāo)本等，能夠歸納出鳥類適于飛翔的特征。通過親身經(jīng)歷和體驗(yàn)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)活動，在自身的感知、操作等實(shí)踐活動中，發(fā)現(xiàn)和探索生命現(xiàn)象與生物學(xué)問題，經(jīng)過分析、比較、推理、綜合等思維活動，歸納出具有本質(zhì)屬性的規(guī)律，形成相關(guān)的理論與定律，最終建構(gòu)起科學(xué)概念。

2 開展探究性實(shí)驗(yàn)活動建構(gòu)重要概念的策略

開展探究性實(shí)驗(yàn)活動，是學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)知識并建構(gòu)概念、提升科學(xué)探究能力的基本方式之一。教師通過創(chuàng)設(shè)問題情景，引導(dǎo)學(xué)生在新情景下運(yùn)用已有概念去閱讀新的事例，在探究性實(shí)驗(yàn)活動中解決問題，進(jìn)而揭示本質(zhì)，總結(jié)規(guī)律，形成概念；也可運(yùn)用科學(xué)概念，解釋和解決相關(guān)問題，促進(jìn)學(xué)生內(nèi)化知識，實(shí)現(xiàn)對科學(xué)概念的真正理解。

2.1 精心組織探究素材，合理設(shè)計(jì)探究方式 探究性實(shí)驗(yàn)是模擬科學(xué)研究的活動過程，邏輯性和程序性很強(qiáng)。教師引導(dǎo)學(xué)生開展探究實(shí)驗(yàn)活動時(shí)，要根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、知識基礎(chǔ)、教學(xué)條件等因素，對教學(xué)內(nèi)容、探究的問題及材料等，進(jìn)行深入的分析、選擇和改造，將探究性實(shí)驗(yàn)活動設(shè)計(jì)成不同的類型，以適應(yīng)學(xué)生開展探究性學(xué)習(xí)的需要，符合通過探究性學(xué)習(xí)建構(gòu)科學(xué)概念的要求。

2.1.1 學(xué)生自主式探究 自主式探究是學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、辨別變量、形成假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、完成實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證假設(shè)、得出結(jié)論等實(shí)驗(yàn)探究過程，最終建構(gòu)概念。探究過程可以是完整的實(shí)驗(yàn)探究過程，也可以是部分實(shí)驗(yàn)探究過程。其最重要的特征是自主性，要求學(xué)生自主完成探究的全過程，包括設(shè)計(jì)探究方法和程序、查閱資料、搜集和處理信息、分析探究結(jié)果、得出結(jié)論，實(shí)現(xiàn)自主建構(gòu)科學(xué)概念。

例如，“測定影響酶活性的最適溫度和最適pH”的探究實(shí)驗(yàn)中，教師調(diào)動學(xué)生多方位、多角度進(jìn)行發(fā)散思維，充分激發(fā)學(xué)習(xí)的自主性和創(chuàng)新性。學(xué)生通過查閱資料，分別嘗試選擇淀粉酶或過氧化氫酶等不同的酶作為實(shí)驗(yàn)材料，以便從中歸納出酶的普遍規(guī)律。同時(shí)，針對實(shí)驗(yàn)材料的不同，提出具有創(chuàng)新性的控制因變量的方法，以檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如以糖尿病試紙作為檢驗(yàn)手段，測定還原性糖的產(chǎn)生；用氣球的充盈時(shí)間和充盈程度來判斷O2的產(chǎn)生量等。這樣，使學(xué)生在提高科學(xué)探究能力的同時(shí)，進(jìn)一步理解科學(xué)探究的內(nèi)涵。

學(xué)生自主式探究除需要自身有較高的學(xué)習(xí)能力外，教師應(yīng)擔(dān)當(dāng)指導(dǎo)者和幫助者的角色。在學(xué)生探究過程中，重在引導(dǎo)學(xué)生探尋實(shí)驗(yàn)研究的基本原則和方法，通過分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論，最終形成概念。例如，“測定影響酶活性的最適溫度”時(shí)，學(xué)生通常只設(shè)計(jì)0℃、60℃、100℃共3個(gè)溫度，以此得出酶的最適溫度應(yīng)該在60℃。針對學(xué)生的問題，教師可要求學(xué)生將實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)曲線，再引導(dǎo)分析曲線。此時(shí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)3個(gè)溫度梯度無法真正測定出酶的最適溫度，也無法得出溫度對酶活性影響的趨勢性變化。教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考：如何設(shè)計(jì)溫度梯度？在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生們結(jié)合數(shù)學(xué)中逼近法的思想，悟出梯度實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原理，最終領(lǐng)悟影響酶活性的最適溫度和最適pH的內(nèi)涵。

2.1.2 教師引導(dǎo)式探究 引導(dǎo)式探究是在探究難度較大、學(xué)生能力不足、學(xué)習(xí)時(shí)間有限的情況下，主要由教師提出探究問題，提供相關(guān)的研究材料，學(xué)生在教師的引導(dǎo)和幫助下，設(shè)計(jì)并完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)生收集實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果，展開分析和討論，思考和解決所需探究的問題，經(jīng)過理性的推理過程，自行發(fā)現(xiàn)并歸納、總結(jié)出科學(xué)的結(jié)論，發(fā)現(xiàn)和領(lǐng)悟新的知識，構(gòu)建新的概念。

例如，“探究CO2濃度對光合作用強(qiáng)度的影響”時(shí)，學(xué)生就需要在教師的引導(dǎo)下，尋找如何控制實(shí)驗(yàn)變量——CO2濃度的方法；學(xué)會處理全班不同組別的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、進(jìn)而建構(gòu)數(shù)學(xué)模型；最后分析CO2濃度影響光合作用強(qiáng)度的原因，得出光反應(yīng)與暗反應(yīng)的關(guān)系，從而真正建構(gòu)起光合作用過程的概念。

2.2 學(xué)習(xí)方式多樣化，重在概念建構(gòu) 通過科學(xué)的實(shí)驗(yàn)探究建構(gòu)生物學(xué)概念，關(guān)鍵是以探究實(shí)驗(yàn)活動為載體，讓學(xué)生通過探究性學(xué)習(xí)形成重要概念。需要教師把握探究性學(xué)習(xí)的內(nèi)涵，將探究實(shí)驗(yàn)活動與概念學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合，選擇的探究實(shí)驗(yàn)對象和內(nèi)容要符合教學(xué)目標(biāo)的要求。不能追求形式上的熱鬧，避免出現(xiàn)漫無邊際的自由探究。

可采用“觀察—分析—結(jié)論”的方式，學(xué)生以生物學(xué)現(xiàn)象或事實(shí)為基礎(chǔ)，進(jìn)行觀察、描述，然后通過分析、歸納、比較等思維活動，對事物進(jìn)行抽象和概括，最后形成概念。例如，在學(xué)習(xí)“血管”知識時(shí)，筆者設(shè)計(jì)了通過“觀察小魚尾鰭的血液流動”實(shí)驗(yàn)，建構(gòu)動脈、靜脈和毛細(xì)血管的概念。學(xué)生在觀察過程中，先是根據(jù)血管粗細(xì)判定動脈和靜脈，然后僅根據(jù)血流速度的快慢進(jìn)行判定，接著是依據(jù)單一血管中的血流方向來判定。最終在教師的引導(dǎo)下，依據(jù)教材對動脈、靜脈和毛細(xì)血管的定義，發(fā)現(xiàn)了具有分支的血管類型，然后根據(jù)血管中血液是從分支血管流向大血管、還是由大血管流向分支血管的特征，判斷動脈和靜脈，同時(shí)根據(jù)血管中血細(xì)胞流動特點(diǎn)判斷毛細(xì)血管類型。這樣經(jīng)過由表及里、由現(xiàn)象到本質(zhì)的觀察過程，通過分析和總結(jié)，建構(gòu)上述概念。

也可采用“假設(shè)—實(shí)驗(yàn)—推理”的方式，在“探究影響霉菌生活的環(huán)境條件”實(shí)驗(yàn)中，教師引導(dǎo)學(xué)生從生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，對霉菌生活所需要的環(huán)境條件做出假設(shè)，使學(xué)生能夠以生物學(xué)的現(xiàn)象或研究材料為依據(jù)，發(fā)現(xiàn)并提出問題；然后指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案以驗(yàn)證假設(shè)，最后分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行演繹推理得出結(jié)論，最終形成概念。

2.3 設(shè)計(jì)探究問題，聚焦概念學(xué)習(xí) 開展探究性實(shí)驗(yàn)建構(gòu)概念時(shí)，要聚焦知識板塊中的核心概念。以核心概念為中心，統(tǒng)領(lǐng)基礎(chǔ)知識，并形成具有內(nèi)在邏輯關(guān)系的知識結(jié)構(gòu)[3]。

例如，在建構(gòu)“細(xì)胞基本結(jié)構(gòu)”的概念時(shí)，教師設(shè)計(jì)層層遞進(jìn)的問題體系，圍繞核心概念的主線逐層深入，展開一系列思維活動(解釋、尋找證據(jù)和實(shí)例、綜合、應(yīng)用、類推、以自己的方式復(fù)述等)：首先引導(dǎo)學(xué)生觀察心肌細(xì)胞和洋蔥表皮細(xì)胞，然后要求學(xué)生畫出兩種細(xì)胞的結(jié)構(gòu)示意圖，這涉及到動植物細(xì)胞在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，是對學(xué)生具有一定挑戰(zhàn)性、值得探究的問題。會引發(fā)學(xué)生之間的爭論，使學(xué)生通過再觀察去探究、去發(fā)現(xiàn)，然后通過討論、總結(jié)，得出細(xì)胞結(jié)構(gòu)的相關(guān)概念。教師還應(yīng)充分發(fā)掘材料的內(nèi)涵，引導(dǎo)學(xué)生在觀察細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)圖片的基礎(chǔ)上，制作細(xì)胞的立體結(jié)構(gòu)模型。這就需要學(xué)生對觀察到的感性認(rèn)識進(jìn)行抽象和歸納，從而將探究的活動與知識的學(xué)習(xí)自然地聯(lián)系起來，搭建具有邏輯意義的知識框架。最終，學(xué)生生成了“細(xì)胞具有細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核等基本結(jié)構(gòu)，動植物細(xì)胞有著相似的基本結(jié)構(gòu)，但在葉綠體、液泡、細(xì)胞壁等結(jié)構(gòu)上又有區(qū)別”的重要概念，從而把自行發(fā)現(xiàn)的新知識有機(jī)地納入自己原有的知識體系中，內(nèi)化為自己的知識。

通過以學(xué)生為主體的探究性實(shí)驗(yàn)活動，可以擺脫概念學(xué)習(xí)中常見的簡單機(jī)械式記憶的學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)生將學(xué)習(xí)重心從記憶知識轉(zhuǎn)移到深層次理解上，組織構(gòu)建科學(xué)的知識體系，真正理解事實(shí)性知識的本質(zhì)，達(dá)成重要概念的自主建構(gòu)。