用实验活动优化生物学概念教学

沈 瑜

(江苏省徐州市第三十一中学 221006)

《义务教育生物学课程标准(2011版)》在课程内容10个主题中精选了50个重要概念，以概念内涵或命题的方式具体描述，强调了概念教学在生物教学中的重要性。本文以苏科版初中生物学教材(2011版)内容为例，就如何发挥实验活动在生物学概念构建中的作用，谈几点认识。

1 用实验活动创设概念学习的情境

概念的导入对概念教学有重要的作用，相较于视频导入，复习导入等方法，实验导入可以促使学生在实验中观察和思考，产生对概念的初步体验，生成与概念相关的问题，从聚焦概念进入课程学习，创设紧扣概念的学习情境。

以七年级上册“能量的释放和利用”为例，教师通常会利用教材给定素材进行情境创设，即引导学生观察教材中“青少年爬不动山”“又冷又饿”的两张图片，得出“食物能够为生命活动提供能量”的结论，随后通过比较同一人“安静时、迅速起蹲1min后、休息5min后”呼吸频率，得出“能量的释放与呼吸有关”的结论。呼吸的概念在此直接推出，“呼吸过程中气体变化”等实验均为围绕概念的验证实验。这是演绎式教学的典型方法，告知结论在前，学生感受在后，问题由教材提出，概念学习在知识的框架中亦步亦趋，学生思维空间狭窄。

与此相反，尝试将实验活动前置，引导学生先通过测量不同状态呼吸频率的活动体验“能量释放与呼吸”的关系。学生除了得出“能量释放与呼吸密切相关”的结论之外，还能进一步根据现象提出问题。例如，什么是呼吸？呼吸的过程是不是就伴随着能量的释放？植物体能量的释放也伴随着呼吸吗？植物体能呼吸吗？能量释放是不是一定会消耗氧气，放出二氧化碳？在此基础上，教师可以学生在活动中提出的问题作为线索，依次引出“呼吸”和“呼吸作用”等概念。这样的设计以实验活动完成概念的引入，既加深思考深度，也便于呈现关于呼吸的错误的“前概念”。错误观念会妨碍新知的理解和建构，因此引发“前概念”中错误认识的矛盾冲突，有利于后续教学对“前概念”的错误修正。

再如，在教材“绿色植物的生长需要水和无机盐”部分，原设计通过“无土栽培”技术的介绍，让学生了解“绿色植物的生长需要水和无机盐”，由于无土栽培技术并不贴近学生生活，需要借助图文和视频资料辅助介绍，引入比较生硬。可以尝试作以下修改(图1)：

图1 “ 绿色植物的生长需要水和无机盐”实验活动

通过实验前置，学生比较土壤浸出液、无土栽培培养液、蒸馏水中植物生长情况，产生疑问，经过进一步实验探究，完成概念构建，最后将“无土栽培营养液的组成”后置为概念的拓展和应用，过程水到渠成。

2 用实验活动破解概念学习的难点

概念是对事物的抽象或概括，生物学作为自然科学中的重要学科，大多数重要概念都来自实验探究，光合作用、呼吸作用、消化等重要概念，就是科学家借助实验摸索、总结出的科学规律。初中生的抽象思维能力还没有完全成熟，实验作为一个“具象”的教学活动，借助形象思维的力量突破概念构建中的难点，不失是一种“破题”的利器。

还是以前述“能量的释放和利用”为例，改进原教材设计，通过实验活动导入，设计一系列的实验活动，使学生对呼吸、能量释放、气体消耗等问题产生兴趣，帮助学生建立起“在生物体内，细胞能通过分解糖类等获得能量，同时生成二氧化碳和水”的重要概念(图2)：

图2 “能量的释放和利用”实验活动

其中增加实验1，让学生观察二氧化碳使澄清石灰水变浑浊，对于理解“呼吸作用产生的气体是二氧化碳”提供了直观的事实支撑；增加实验2，突破了呼吸作用的场所是“活细胞”的难点；增加实验3，帮助学生理解呼吸作用的条件有光、无光都可以，而遮光处理只是为了排除光合作用对本实验的干扰。再结合教材本来设计的实验，学生通过观察、实验和交流分享，相继形成有关呼吸作用条件、场所、原料、产物的相关概念，在此基础上，由学生将这些内容进行概括，总结出有关呼吸作用的重要概念，并且自主生成呼吸作用的表达式，实验活动让重要概念生成的过程清晰，顺利破解概念教学中的难点，有利于学生学科思维的培养。

3 用实验活动促进概念串的建构

生物学的重要概念由于处于学科中心位置，包括了对生命基本现象、规律、理论等的理解和解释[1]，因此是对一般概念的高度概括和浓缩。在教学实践中，通过实验活动让学生从观察引发思考，从实践引发质疑，从归纳形成一般概念，再将相互关联的一般概念串联，整合成重要概念，这种方式不仅让学生在问题驱动下，主动完成重要概念构建的过程，还可避免实验教学中单纯记忆实验结果的教学误区，促使学生循序渐进的积累相关的概念知识，最终形成完整的概念体系。图3是八年级上册“人体内物质的运输”教学内容的相关案例。

图3 “人体内物质的运输”实验活动

在此，学生通过实验活动形成一般概念，解决问题的同时提出新的问题，引出下一个概念，最后“血管”“心脏”“血液”这些概念如珍珠般串起，最终形成“血液循环系统包括心脏、动脉、静脉、毛细血管和血液，其功能是运输氧气、二氧化碳、营养物质、废物等物质”这个重要概念。在概念学习的整个过程中，实验完成激发概念思考和引发后续概念思考的双重“设疑”，突破概念串上每个一般概念从问题呈现到解决的核心问题。

随着课程的推进，每一个新知识的纳入补充了现有知识，通过一个个概念的积累，积沙成塔，直至将重要概念完整呈现。

4 用实验活动完成概念拓展

生物学是与生活实际密切相关的科学，概念构建后，更需要将概念中的原理或核心内容延展和应用。实验活动特别是探究性实验活动，可以考察学生对重要概念理解的深度和迁移应用的能力，让学生将生活情境中的问题，用规范、科学的探究活动开展研究，达到重要概念理解深化的目的。

例如，在学习关于消化系统的重要概念后，学生知道消化系统的主要功能是从食物中获取营养物质，以备运输到身体的所有细胞中。又通过实验探究“暴饮暴食引起消化不良的原因”，让学生知道适度、合理、均衡的饮食可以为人体提供营养，暴饮暴食对消化会产生不利影响。于是，教师可要求学生参照教材信息库中 “唾液消化作用的实验方法”和“胆汁参与消化作用的实验方法”，探究过量的淀粉能否被唾液全部消化，过量的油脂能否被胆汁全部乳化。学生通过两个实验，理解暴饮暴食的危害，从而获得“适度饮食有利于消化”的概念，进一步丰富重要概念的内涵。

教学中类似的例子还很多。例如，在学习了单细胞的生物体后，教师可将教材中“用酵母菌制作馒头”的实验拓展为“用酵母菌制作美食”的活动，鼓励学生利用酵母菌，在家长的帮助下制作美食，学生用不同的制作工艺制作了葡萄酒、米酒、面包、酒酿和馒头等。

学生在制作过程中真正体验到，制作馒头、面包时是利用酵母菌有氧呼吸的原理；制作米酒、葡萄酒、酒酿时则利用酵母菌无氧呼吸的原理。也了解到因为多数微生物在酸性和无氧条件下无法生存，被抑制生长，才保证了酵母菌在无竞争环境下的生长繁殖，从而拓展了对“发酵技术利用了微生物的特性，通过一定的操作过程生产相应的产品”这一重要概念的理解。