基于實(shí)驗(yàn)的概念深化學(xué)習(xí)研究

蔣迪松

摘 要：教師在講解抽象的生物學(xué)概念時(shí)往往覺得困難，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以化抽象為具體，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。以浙科版教材必修一第三章第五節(jié)“光合作用”為例，讓學(xué)生通過一系列實(shí)驗(yàn)，自然生成“光合作用”這一核心概念，來實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與生物學(xué)核心概念的有效整合，讓生物課堂教學(xué)成為一潭活水。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué);核心概念;光合作用

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、描述和總結(jié)可以獲得生物學(xué)概念。實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)激發(fā)學(xué)生的生物學(xué)興趣，提高學(xué)生的理論水平，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的思維能力有著不可替代的重要作用，是促進(jìn)學(xué)生形成認(rèn)知的轉(zhuǎn)化和發(fā)展的必由之路。本文將教材中科學(xué)史的學(xué)習(xí)過程變?yōu)樘骄窟^程，通過角色轉(zhuǎn)換讓學(xué)生參與到科學(xué)家的探索過程中，不僅使學(xué)生更深切地體會(huì)到科學(xué)家富有創(chuàng)意的思維過程和巧妙的工作方法，更讓學(xué)生通過系列實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，自然生成生物學(xué)核心概念。

一、通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)生成核心概念

中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)中提出，將“勇于探究”作為核心素養(yǎng)的十八個(gè)要點(diǎn)之一，以期望教學(xué)模式的改變能夠強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)造力。教材將“光合作用”安排在整個(gè)章節(jié)之后，主要介紹了海爾蒙特、普利斯特里幾個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，其中蘊(yùn)含著科學(xué)探究的一般方法，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和探究能力的好材料。

二、課堂實(shí)踐——以“光合作用”為例

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)：突出學(xué)生的主體地位

通過浙科版必修1第一章和第二章的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)“科學(xué)探究的方法”有一定基礎(chǔ)，已初步掌握實(shí)驗(yàn)操作流程和規(guī)范。我將班級(jí)學(xué)生分成四個(gè)學(xué)習(xí)小組，每組一個(gè)實(shí)驗(yàn)，事先學(xué)習(xí)相關(guān)實(shí)驗(yàn)知識(shí)，然后觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，寫出實(shí)驗(yàn)過程，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論，供課堂用。

分組實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)一：探究植物生長(zhǎng)的原因。

實(shí)驗(yàn)原理：通過對(duì)比試驗(yàn)前后土壤干重變化和植株重量變化，以確認(rèn)植物生長(zhǎng)的原因。

方法步驟：（1）取一些土壤，使其干燥，稱重，裝入一個(gè)大小合適的木桶中。（2）將一棵已稱過重量的棉花植株種入此土壤中，每天給其澆灌適量的水。（3）把木桶放在露天的環(huán)境中培養(yǎng)一段時(shí)間，將木桶中的土壤和棉花植株重新稱重，記錄重量。

實(shí)驗(yàn)二：探究空氣與光合作用之間的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)原理：在有陽(yáng)光的作用下，植物可以更新空氣成分（光合作用）。

方法步驟：（1）隨機(jī)選取四個(gè)礦泉水桶，編號(hào)A、B、C、D。（2）依次用氧氣測(cè)量?jī)x和二氧化碳測(cè)量?jī)x分別測(cè)試四個(gè)礦泉水桶中相應(yīng)氣體的濃度。（3）將A組中放一支點(diǎn)燃的蠟燭，B組中放一個(gè)棉花植株和一支點(diǎn)燃的蠟燭，C組中放一條蚯蚓，D組中放一個(gè)棉花植株和一條蚯蚓，再次用氧氣測(cè)量?jī)x和二氧化碳測(cè)量?jī)x分別測(cè)試四個(gè)礦泉水桶中相應(yīng)氣體的濃度。（4）把四個(gè)礦泉水桶放在露天的環(huán)境中，觀察并記錄A、B兩組蠟燭的燃燒時(shí)間，C、D兩組蚯蚓的存活時(shí)間。

2.通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)形成核心概念

（1）新課引入：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直接引入新課

以“實(shí)驗(yàn)一：探究植物生長(zhǎng)的原因”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果直接導(dǎo)入新課，并由1號(hào)學(xué)習(xí)小組得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論并提出新的問題。

（2）以問題驅(qū)動(dòng)延伸出核心概念

1號(hào)代表：很明顯植物增加的重量主要不是來源于土壤，因?yàn)橹参镌黾拥闹亓窟h(yuǎn)大于土壤減少的重量。

教師：能否分析出植株生長(zhǎng)可能與什么因素有關(guān)？

1號(hào)代表：植物生長(zhǎng)應(yīng)該跟水分和空氣有關(guān)。

教師：植物的生長(zhǎng)跟水分有關(guān)呢，還是跟空氣有關(guān)，還是跟兩者都有關(guān)系？

2號(hào)代表：根據(jù)我們這組的研究結(jié)果，植物的生長(zhǎng)應(yīng)該跟空氣有關(guān)。我們發(fā)現(xiàn)植物有更新空氣的能力，在植物的作用下，可以減少空氣中二氧化碳的濃度，增加氧氣的濃度。

教師：植物這種更新的能力需要什么樣的外部條件？

3號(hào)代表：我們發(fā)現(xiàn)植物這種更新空氣的能力必須在有光的情況下才能完成。

4號(hào)代表：我們的研究也顯示植物在有光的條件下才能制造有機(jī)物。

教師：植物生產(chǎn)的有機(jī)物是什么成分？

4號(hào)代表：應(yīng)該是淀粉，因?yàn)橹参锏娜~片在曝光條件下的產(chǎn)物在碘液的作用下呈現(xiàn)藍(lán)色，說明有淀粉產(chǎn)生，而沒有曝光部分沒有呈現(xiàn)藍(lán)色，說明沒有淀粉產(chǎn)生。

教師：為什么在實(shí)驗(yàn)四開始前，需要將植物先暗處理48小時(shí)？

學(xué)生A：將植物體內(nèi)原來含有的有機(jī)物消耗完，防止干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察。

教師：為什么選擇一株植物的一片葉子進(jìn)行變量處理，而不是用兩株植物？

學(xué)生B：在一株植物的一片葉子上進(jìn)行變量處理可以最大限度地保證無關(guān)變量的高度統(tǒng)一，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠。

教師：產(chǎn)生的淀粉中的碳是否來源于空氣中減少的二氧化碳呢？

學(xué)生C：美國(guó)科學(xué)家卡爾文用同位素示蹤法，給二氧化碳中的碳元素標(biāo)記14C，最終檢驗(yàn)生成的有機(jī)物中也檢測(cè)到了14C，說明產(chǎn)生的淀粉中的碳正是來源于空氣中減少的二氧化碳。

教師：植物這種能更新空氣、會(huì)產(chǎn)生淀粉的生理過程的具體場(chǎng)所在哪里？

學(xué)生D：根據(jù)書上的恩格爾曼實(shí)驗(yàn)材料顯示場(chǎng)所在細(xì)胞的葉綠體中。

教師：到此為止，我們通過一系列實(shí)驗(yàn)來解釋了什么是植物的光合作用。哪位同學(xué)來做最后總結(jié)，總結(jié)一下植物光合作用的概念。

學(xué)生E：綠色植物利用太陽(yáng)的光能，同化二氧化碳（CO2）和水（H2O）制造有機(jī)物質(zhì)并釋放氧氣的過程，稱為光合作用。光合作用所產(chǎn)生的有機(jī)物主要是淀粉等有機(jī)物，并釋放出能量。

3.教學(xué)反思

只有真正動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，才能從中發(fā)現(xiàn)問題，才能從問題入手激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。并不是所有的生物學(xué)概念都適用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，因此我們需要選擇合適的對(duì)象，才能將實(shí)驗(yàn)教學(xué)和生物學(xué)核心概念有效整合，使生物課堂變成一潭活水。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉恩山.普通高中生物學(xué)課程與探究性學(xué)習(xí)[J].生物學(xué)通報(bào)，2004，39（4）.

[2]李學(xué)斌.光合作用重要概念教學(xué)例談[J].生物學(xué)教學(xué)，2013，38（12）.

編輯 張俐麗