例談在初中生物教學(xué)中巧用豆子開(kāi)展探究實(shí)驗(yàn)

王璨

摘要：以“生物進(jìn)化的自然選擇學(xué)說(shuō)”“尿液的形成”“基因分離定律”3個(gè)探究活動(dòng)為例，剖析如何運(yùn)用豆子這種實(shí)驗(yàn)材料設(shè)計(jì)探究教學(xué)活動(dòng)，幫助學(xué)生建構(gòu)相關(guān)重要概念。

關(guān)鍵詞：探究教學(xué) 豆子 探究活動(dòng) 重要概念

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

《義務(wù)教育生物課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《標(biāo)準(zhǔn)》）凸顯了重要概念的傳遞過(guò)程，強(qiáng)調(diào)探究教學(xué)與重要概念傳遞的對(duì)接?！稑?biāo)準(zhǔn)》的教學(xué)建議中要求：“教師在設(shè)計(jì)和組織教學(xué)活動(dòng)時(shí)，應(yīng)注意圍繞重要概念展開(kāi)，精選恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)活動(dòng)內(nèi)容，以促進(jìn)學(xué)生對(duì)重要概念的的建立、理解和應(yīng)用?！蹦敲?，教師如何落實(shí)概念的建構(gòu)，使學(xué)生真正理解課標(biāo)中所要求的“理科課程內(nèi)容要突顯重要概念的傳遞”的內(nèi)涵呢？下面剖析“生物進(jìn)化的自然選擇學(xué)說(shuō)”“尿液的形成”“基因分離定律”3個(gè)案例，討論如何運(yùn)用豆子這種實(shí)驗(yàn)材料設(shè)計(jì)探究教學(xué)活動(dòng)，以幫助學(xué)生建構(gòu)相關(guān)的重要概念。

1“生物進(jìn)化的自然選擇學(xué)說(shuō)”探究活動(dòng)——“豆豆鳥(niǎo)”搶豆豆

“生物進(jìn)化的自然選擇學(xué)說(shuō)”是北京市義務(wù)教育課程改革實(shí)驗(yàn)教材《生物學(xué)》第四冊(cè)第十五章第二節(jié)第二課時(shí)。在第一課時(shí)，學(xué)生己明確生物進(jìn)化的歷程。關(guān)于加拉帕戈斯群島上地雀的進(jìn)化離學(xué)生的生活較遠(yuǎn)，學(xué)生對(duì)生物進(jìn)化的原因缺乏感性認(rèn)識(shí)的鋪墊，很難通過(guò)演繹與推理、模型與建模等方法，形成對(duì)生物進(jìn)化學(xué)說(shuō)的理性認(rèn)識(shí)。本探究活動(dòng)通過(guò)強(qiáng)化經(jīng)驗(yàn)及感性認(rèn)識(shí)，設(shè)計(jì)一系列問(wèn)題串引導(dǎo)學(xué)生分析，幫助學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建“自然選擇學(xué)說(shuō)”內(nèi)容。

1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

通過(guò)分析加拉帕戈斯群島上地雀的模擬進(jìn)化過(guò)程，概括自然選擇學(xué)說(shuō)的主要內(nèi)容，理解加拉帕戈斯群島上地雀的進(jìn)化原因。

1.2實(shí)驗(yàn)材料

黃豆、胡豆、針形勺子、尖形勺子、鈍形勺子、托盤(pán)等。

1.3實(shí)驗(yàn)過(guò)程

教師以數(shù)量有限的黃豆模擬“豆豆鳥(niǎo)”食物，針形勺子和尖形勺子分別模擬針形喙“豆豆鳥(niǎo)”和尖形喙“豆豆鳥(niǎo)”。“豆豆鳥(niǎo)”為爭(zhēng)搶食物開(kāi)始第一輪搶豆豆大戰(zhàn)，時(shí)間為1 min。針對(duì)此步驟，教師設(shè)置引導(dǎo)問(wèn)題：“豆豆島”的空間和食物對(duì)于所有“豆豆鳥(niǎo)”都是足夠的嗎？如果不夠，會(huì)導(dǎo)致什么后果？教師以因體積狹小的托盤(pán)模擬空間不足和數(shù)量有限的黃豆模擬食物有限的環(huán)境條件而引起的后果——生存斗爭(zhēng)，激發(fā)學(xué)生的探究興趣。

經(jīng)過(guò)第一輪搶豆豆大戰(zhàn)存活下來(lái)的尖形喙“豆豆鳥(niǎo)”，繁殖產(chǎn)生鈍形喙“豆豆鳥(niǎo)”后代。教師在此步驟中，提出問(wèn)題：如果每個(gè)“豆豆鳥(niǎo)”以2個(gè)后代的速度繁殖，那么沒(méi)有個(gè)體死亡的情況下，5代以后“豆豆鳥(niǎo)”的數(shù)量是多少？10代以后呢？這說(shuō)明生物具有什么樣的能力？設(shè)置此步驟的目的是借助于簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生得出生物具有過(guò)度繁殖的能力特點(diǎn)。

教師繼續(xù)提出問(wèn)題：在第一輪搶豆豆大戰(zhàn)中存活下來(lái)的尖形“豆豆鳥(niǎo)”繁殖的后代中，其嘴型性狀有哪些？分別屬于哪種生物學(xué)現(xiàn)象？引導(dǎo)學(xué)生由具體表型觀察結(jié)果得出生物具有遺傳和變異現(xiàn)象的結(jié)論，同時(shí)，啟發(fā)學(xué)生思考當(dāng)環(huán)境條件局部改變時(shí)的后果。例如，將食物黃豆部分替換為胡豆模擬環(huán)境改變，經(jīng)過(guò)第一輪搶豆豆大戰(zhàn)存活下來(lái)的尖形喙“豆豆鳥(niǎo)”的后代——尖形喙“豆豆鳥(niǎo)”和鈍形喙“豆豆鳥(niǎo)”開(kāi)始第二輪搶豆豆大戰(zhàn)，時(shí)間為1 min。教師追問(wèn)：在此輪搶豆豆大戰(zhàn)中，尖形喙“豆豆鳥(niǎo)”和鈍形喙“豆豆鳥(niǎo)”誰(shuí)具有生存優(yōu)勢(shì)能夠更好地生存下來(lái)？

將食物黃豆全部替換為胡豆模擬環(huán)境條件徹底改變，經(jīng)過(guò)第二輪搶豆豆大戰(zhàn)存活下來(lái)的“豆豆鳥(niǎo)”后代——尖形喙“豆豆鳥(niǎo)”和鈍形喙“豆豆鳥(niǎo)”開(kāi)始第三輪搶豆豆大戰(zhàn)，時(shí)間為1 min。探究活動(dòng)至此完成，教師提出問(wèn)題：在三輪搶豆豆大戰(zhàn)中，為什么針形喙和尖形喙“豆豆鳥(niǎo)”在生存斗爭(zhēng)中被淘汰，而鈍形喙“豆豆鳥(niǎo)”在生存斗爭(zhēng)中取得勝利？什么是決定因素？你能用一句話(huà)描述搶豆豆大戰(zhàn)的結(jié)果嗎？引導(dǎo)學(xué)生分析、歸納生存斗爭(zhēng)的結(jié)果——適者生存。

本探究活動(dòng)以豆子模擬環(huán)境條件，開(kāi)展了層層遞進(jìn)的模擬生物進(jìn)化過(guò)程4個(gè)環(huán)節(jié)——生存斗爭(zhēng)、過(guò)度繁殖、遺傳變異和適者生存的學(xué)生活動(dòng)。教師以問(wèn)題串引領(lǐng)學(xué)生在活動(dòng)參與中觀察、思考，促進(jìn)學(xué)生通過(guò)分析、比較、類(lèi)比、歸納等邏輯思維過(guò)程建構(gòu)得出生物進(jìn)化的自然選擇學(xué)說(shuō)內(nèi)容。

2“尿液的形成”引入環(huán)節(jié)的探究活動(dòng)

“尿液的形成”是第二冊(cè)第七章第二節(jié)第二課時(shí)，教師在采用“5E”教學(xué)模式幫助學(xué)生建構(gòu)“血液流經(jīng)腎單位時(shí)先經(jīng)過(guò)腎小球的濾過(guò)作用、再經(jīng)過(guò)腎小管的重吸收作用形成了尿液”的重要概念時(shí)，為增強(qiáng)學(xué)生對(duì)分子、組織、器官的感性認(rèn)識(shí)，在引入環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)了以下探究活動(dòng)。

探究活動(dòng)：制定一套方案，能夠快速將小米（模擬尿素、尿酸）與其他種子分離開(kāi)。

實(shí)驗(yàn)材料：大小不同的種子或果實(shí)（如核桃、黃豆、綠豆、紅豆和小米，模擬各種代謝成分）、托盤(pán)、篩網(wǎng)、燒杯、大小顏色不同的勺子。注意不能夠用手直接碰觸種子，用每一種勺子只能挑選一種類(lèi)型的種子。

教師提出問(wèn)題：①最快的篩選方案是哪種？②腎單位有沒(méi)有類(lèi)似篩網(wǎng)和勺子功能的結(jié)構(gòu)？初一學(xué)生由于還未進(jìn)行化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)，對(duì)流經(jīng)腎臟的血液化學(xué)成分分子的概念一片空白，再加上對(duì)腎臟組織結(jié)構(gòu)缺乏細(xì)致認(rèn)識(shí)，所以構(gòu)建尿液形成過(guò)程存在一定難度。本探究活動(dòng)以大小不同的種子模擬不同血液代謝成分類(lèi)型，以篩網(wǎng)、勺子幫助學(xué)生獲得對(duì)于腎單位結(jié)構(gòu)的形象認(rèn)識(shí)，啟發(fā)學(xué)生思考篩選方案，為進(jìn)一步開(kāi)展學(xué)生活動(dòng)做鋪墊。篩選小米種子的競(jìng)賽活動(dòng)有助于學(xué)生在活動(dòng)體驗(yàn)中經(jīng)過(guò)積極參與思考積累的生活經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，并激發(fā)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析的主觀能動(dòng)性。

3“基因分離定律”模擬實(shí)驗(yàn)

“基因分離定律”是第三冊(cè)第十一章第二節(jié)，初二學(xué)生由于演繹推理思維不夠，再加上對(duì)于遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)基礎(chǔ)為零，因此在學(xué)習(xí)孟德?tīng)枌?duì)豌豆雜交實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋時(shí)會(huì)遇到困難。教師設(shè)計(jì)性狀分離比的模擬實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生通過(guò)親身參與活動(dòng)，體會(huì)到性狀分離過(guò)程中反映的遺傳統(tǒng)計(jì)學(xué)本質(zhì)。

3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，理解豌豆雜交實(shí)驗(yàn)的性狀分離比現(xiàn)象。

3.2實(shí)驗(yàn)材料

白色蠶豆、布袋、黑色記號(hào)筆（用黑色記號(hào)筆在白色蠶豆上寫(xiě)“D”或“d”）。

3.3實(shí)驗(yàn)過(guò)程

教師將全班學(xué)生分為6組，每組學(xué)生取2個(gè)布袋，編號(hào)為A、B。在2個(gè)布袋中均放入寫(xiě)有“D”或“d”的蠶豆各15顆。以蠶豆模擬雌、雄生殖細(xì)胞，以布袋模擬雌、雄生殖器官。教師通過(guò)調(diào)動(dòng)學(xué)生的形象思維，激發(fā)學(xué)生探究興趣。

教師指導(dǎo)學(xué)生從A、B 2個(gè)布袋中各隨機(jī)取出1顆蠶豆，記錄其基因組成，并將蠶豆放回原布袋。同時(shí)，提出問(wèn)題：從2個(gè)布袋中各隨機(jī)取出1顆蠶豆進(jìn)行組合模擬的是什么過(guò)程？模擬雌、雄生殖細(xì)胞的產(chǎn)生和結(jié)合的動(dòng)態(tài)過(guò)程可以幫助學(xué)生獲得對(duì)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)的感性認(rèn)識(shí)。

每組學(xué)生至少重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)操作20次，并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。教師指導(dǎo)學(xué)生單獨(dú)觀察每組記錄的數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生思考：DD、Dd和dd的數(shù)量比例是否有規(guī)律？6組的數(shù)據(jù)是否有規(guī)律？此步驟是以重復(fù)實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生對(duì)于遺傳實(shí)驗(yàn)操作的理性認(rèn)識(shí)，升華遺傳實(shí)驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)學(xué)本質(zhì)。

4活動(dòng)反思

探究式教學(xué)與傳統(tǒng)的講授式教學(xué)有非常大的不同，它是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，學(xué)生在教師引導(dǎo)下，通過(guò)參與實(shí)施探究過(guò)程，實(shí)現(xiàn)從未知到己知的自主學(xué)習(xí)的過(guò)程。不同的教學(xué)內(nèi)容，探究策略不同：以學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)操作型探究、以生物學(xué)科學(xué)史發(fā)現(xiàn)歷程為主體的活動(dòng)模擬型探究、以生物科技新發(fā)現(xiàn)或生活實(shí)例信息材料提供為背景的思維拓展型探究。這些探究活動(dòng)不僅可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和參與意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，更有助于學(xué)生理解和掌握生物學(xué)知識(shí)和技能，從而提高實(shí)踐運(yùn)用能力和創(chuàng)新能力。