体验科学探究，建构重要概念

姚国平

(江苏省无锡市南湖中学 214121)

生物学重要概念处于学科中心位置，包括了对生命基本现象、规律、理论等的理解和解释，对学生学习生物学及相关的科学具有重要的支撑作用[1]。学科的概念原理体系只有与相应的探究过程及方法论结合起来，才能有助于学生形成一个既有肌体又有灵魂的活的学科认知结构，才能使学生的理智过程和精神世界获得实质性的发展与提升[2]。本文探讨通过科学探究来实现重要概念建构的教学策略。

1 考量学习环境，精设探究空间，促进概念建构

建构主义认为，有效的学习环境为学习者提供了一个促进其情境认知、知识建构和深度理解的学习支持体系。如果说教师和学生是探究活动的主角，那么良好的探究环境就好比是他们活动的舞台，这个舞台为学生自主探究提供了体验的场所和机会，也为学生提供了感受意义、建构意义的信息来源。就学习空间而言，为了提高学生概念建构的有效性，促进学生对不同概念的深层理解，教师需要精心设置具有开放性、支持性，能激发多种思维、滋养多样性的探究环境，充分利用实验室、植物园，甚至是社区公园、湿地等场所，引领学生去触摸课内无法取得的东西，接收课内无法取得的信息。

例如，“哺乳类的主要特征”这一概念，是以观察家兔的形态特征为范例的，如果仅仅是观察图片和标本，在间接经验基础上建立起来的概念无疑是苍白的。在实践中可以采用户外教学的形式，让学生在草坪上直接观察几只家兔，通过现场观察，学生获得如下事实和信息：家兔全身披满了毛，有纯白的、灰色的，灰兔躲在灌木丛的落叶里很难发现；家兔会不停地进食，吃的时候会不时地抬头向四周张望，每当周围出现异常的声音，便会立即竖起原本下垂的双耳，紧张地四处张望，确认无危险时才会继续吃草；家兔前肢短小，后肢发达，跳跃时后腿用力一蹬，一蹦一跳，一溜烟就不见踪影……这一切都体现了哺乳动物对外界生存环境的变化有很强的适应能力。

这样，由于教师创设了一种合乎自然的探究空间，学生获得了丰富的信息，在“结构与功能相统一”“生物与环境相适应”的观念根植下，自然而然地领会到哺乳动物的主要特征，重要概念的建构也就水到渠成。

2 改变学习方式，精选探究资源，促进概念建构

课程实施的范围和水平取决于课程资源的丰富程度和适切程度，改变传统的教学观念，突出学生的学习主体地位，是课程资源开发的重要原则之一。资源无限，贵在开发。学具是一种优秀的课程资源，课程学习中操作学具能改变学生被动、接受的学习方式，促使他们主动投入到知识真理的探究中。生物学概念的形成离不开个体对具体事物的感知和判断，离不开身体自身的感知经验。运用学具操作这一具身性活动，有利于学生通过动手、观察、表达、交流等方式自主获得概念的意义，建立概念间的联系，构建自己的概念体系。

例如，苏科版七年级上册中“呼吸运动”是一个重要概念，初一学生由于缺乏必要的生理知识和有关“压强”的物理知识，学习这一生命现象比较难。传统教学中，运用玻璃钟罩模型类比胸廓来演示，由于学生在学习中处于被动接受的地位，收效甚微。针对上述问题，在课前布置学生用雪碧、可乐等软塑料瓶和心形气球制作胸廓模型(剪除底部的软塑料瓶代表胸廓，气球剪成的橡皮膜代表膈，心形气球代表双肺。在塑料瓶底部套上橡皮膜，将气球箍紧瓶口后倒扣入瓶内，就能制作成一个简易模型。这一模型取材方便，制作简单，由于塑料瓶质地软，还能演示胸廓的变化)作为学具在课堂上自主探究呼吸运动的原理。首先让学生双手轻按胸部，体验呼吸与胸廓运动有关，然后以小组为单位完成探究任务：操作胸廓模型，运用不同的方式使得“肺”扩张和收缩，并说明原理。小组成员有的捏塑料瓶，有的拉橡皮膜，在获得感性认识的基础上积极思考、交流发生变化的原因。

这样，在互相交流、补充中理解“呼吸运动引起胸廓体积变化，而后导致气体进出肺”的生理过程，同时转变学生普遍存在的“吸气，胸廓扩大；呼气，胸廓缩小”的错误前概念。

3 厘清知识网络，精置探究活动，促进概念建构

加涅提出了知识网络的概念，指出知识是作为一个整体进行表征的。生物学重要概念居于生物学知识的主干地位，是一个较为复杂的网络系统，系统内部具有多层次、多部分且各个部分相互联接、嵌套，具体表现为重要概念和相关下位概念间的关系以及重要概念和生命现象、生物学事实的有机联系。厘清重要概念系统内部的关系，还原知识网络为知识点，进而选择适切性强的探究活动是概念教学设计的基本前提。这样，有利于引导学生更加全面观察生命现象、深入分析生物学事实，促进学生由局部到整体、由感性到理性、由现象到本质一步步去把握生命活动规律，从而为理解或领悟重要概念的本质打下坚实的基础。

例如，“呼吸作用”涉及能量的转换和物质的变化，这一复杂概念和“呼吸释放能量、呼吸分解有机物、呼吸消耗氧气、呼吸产生水、呼吸产生二氧化碳”5种生命现象之间存在高度的关联性，任何一种现象的认知缺失都会影响到概念的准确建构。在苏科版教材“能量的释放和利用”一节中，设置了如下探究活动：①通过测量不同生活状态下的呼吸频率，让学生自己体验呼吸和能量释放的关系(教师引导学生回忆能量储存于有机物中)；②设置植物呼吸的2个探究性实验，验证呼吸过程中消耗了氧，释放出二氧化碳。不过，这些探究活动尚不足以充分解决概念内涵，因为学生对于呼吸作用“产生水”并没有任何感性或理性的认识。教学中可增设一则资料探究：“动物和人为什么需要氧气呢? 这是因为在氧气的参与下，有机物会被分解并放出能量。那么，‘氧’是被如何利用的呢?英国生物化学家克雷布斯(H.Krebs)等进行的研究发现，原来有机物在复杂的转化过程中，不断地脱氢，这些脱出的氢再与氧结合生成了水。”让学生经分析得出“呼吸过程中产生了水”这一结论。显然，对这些关联性现象的探究过程是对概念的深度理解过程。

这样，在一系列探究活动的引领下，学生将最终认识生命活动所需的能量是生物体细胞通过分解有机物释放出来的，同时还产生了水和二氧化碳。由此，深刻理解呼吸作用的含义，并逐步构建并完善了“呼吸作用”的概念。

4 把握认知规律，精准探究逻辑，促进概念建构

有逻辑的教学能够使教学变得有序、有效，能够帮助学生建立良好的认知结构，进而顺利实现知识的内化。在探究活动中，教师既要依循教材所提供的教学内容及其水平，也要遵从学生发展的实际状态，精确找准学生探究的逻辑起点，并以此为基础设计清晰的探究教学逻辑，以促进概念的稳固建构和深刻理解。否则，探究过程就会杂乱无序，概念建构变得支离破碎，重要概念的统领性、迁移性将不复存在。

例如，关于“家鸽适应空中飞行的特征”的探究活动，常见的教学设计是：教师创设特定情境后，学生在问题的引领下，亦步亦趋观察家鸽的模型、图片，结合资料分析，最后归纳总结出主要特征。这样的教学过程看似比较流畅，教学目标也似乎容易达成。不过，这种设计封闭性极强，离开了教师的引导，学生会束手无策，不利于学生独立探究能力的提高和对生物学概念的自主建构。因为对于学生来说，鸟类是“熟悉的陌生者”，他们虽然具备了鸟类形态、结构方面的一些日常概念，但是如何从理性角度梳理“适于飞行的特征”则缺乏相应的内在的逻辑依据，即不清楚应该从哪几个角度入手来探究这一主题。据此分析，教师首先通过创设情境(如小时候玩纸飞机的经验，或者英国每年举办 “国际鸟人大赛” 的新闻)让学生厘清这样一个逻辑思路：若要稳稳地“飞”起来，必须要解决好“减少飞行阻力、减轻自身体重、增加飞行动力”三个方面的问题。然后，引导学生紧紧围绕以上三个方面进行自主探究，在此基础上学生就会形成和理解“鸟类的主要特征”这一重要概念。

学生学习的逻辑起点决定了教学的逻辑起点，案例中教师通过精心预设包摄性更强的上位观念，精准定位学生学习的逻辑起点，为实现有效探究以及对概念的深刻理解打下了基础。