以实验探究促进生物学概念建构例谈

赵广宇

(四川省成都市石室中学 610041)

在生物学教学中开展探究性实验活动，可以使学生从概念、规律开始学习的方式，转变为通过探究性实验活动获取相关的生物学事实，在自主建构科学概念的同时培养探究能力和创新思维。

1 探究性实验活动有利于学生对生物学概念的建构

生物学重要概念是对生命基本现象、规律、理论的理解和诠释，处于学科知识的中心位置。教师需要引导学生以发现、查阅的大量事实性材料作为依据，揭示事物的本质属性，进而建构相关的生物科学概念、理论[1]。要善于帮助学生去分析、综合、抽象、概括，引导学生通过合作交流、互相切磋对诸多事实、表象作深入地思考，由表及里、去伪存真，形成科学概念。在可能的条件下，引导学生进行实验、探究、设计图解，甚至构建模型[2]。

例如，学生通过观察“鸟类”剥制标本和骨骼标本等，能够归纳出鸟类适于飞翔的特征。通过亲身经历和体验科学探究实验活动，在自身的感知、操作等实践活动中，发现和探索生命现象与生物学问题，经过分析、比较、推理、综合等思维活动，归纳出具有本质属性的规律，形成相关的理论与定律，最终建构起科学概念。

2 开展探究性实验活动建构重要概念的策略

开展探究性实验活动，是学生学习生物学知识并建构概念、提升科学探究能力的基本方式之一。教师通过创设问题情景，引导学生在新情景下运用已有概念去阅读新的事例，在探究性实验活动中解决问题，进而揭示本质，总结规律，形成概念；也可运用科学概念，解释和解决相关问题，促进学生内化知识，实现对科学概念的真正理解。

2.1 精心组织探究素材，合理设计探究方式 探究性实验是模拟科学研究的活动过程，逻辑性和程序性很强。教师引导学生开展探究实验活动时，要根据学生的学习能力、知识基础、教学条件等因素，对教学内容、探究的问题及材料等，进行深入的分析、选择和改造，将探究性实验活动设计成不同的类型，以适应学生开展探究性学习的需要，符合通过探究性学习建构科学概念的要求。

2.1.1 学生自主式探究 自主式探究是学生经历发现问题、辨别变量、形成假设、设计实验、完成实验、验证假设、得出结论等实验探究过程，最终建构概念。探究过程可以是完整的实验探究过程，也可以是部分实验探究过程。其最重要的特征是自主性，要求学生自主完成探究的全过程，包括设计探究方法和程序、查阅资料、搜集和处理信息、分析探究结果、得出结论，实现自主建构科学概念。

例如，“测定影响酶活性的最适温度和最适pH”的探究实验中，教师调动学生多方位、多角度进行发散思维，充分激发学习的自主性和创新性。学生通过查阅资料，分别尝试选择淀粉酶或过氧化氢酶等不同的酶作为实验材料，以便从中归纳出酶的普遍规律。同时，针对实验材料的不同，提出具有创新性的控制因变量的方法，以检验实验结果，如以糖尿病试纸作为检验手段，测定还原性糖的产生；用气球的充盈时间和充盈程度来判断O2的产生量等。这样，使学生在提高科学探究能力的同时，进一步理解科学探究的内涵。

学生自主式探究除需要自身有较高的学习能力外，教师应担当指导者和帮助者的角色。在学生探究过程中，重在引导学生探寻实验研究的基本原则和方法，通过分析实验现象得出结论，最终形成概念。例如，“测定影响酶活性的最适温度”时，学生通常只设计0℃、60℃、100℃共3个温度，以此得出酶的最适温度应该在60℃。针对学生的问题，教师可要求学生将实验结果转换成坐标曲线，再引导分析曲线。此时，学生发现3个温度梯度无法真正测定出酶的最适温度，也无法得出温度对酶活性影响的趋势性变化。教师进一步引导学生思考：如何设计温度梯度？在教师的指导下，学生们结合数学中逼近法的思想，悟出梯度实验的设计原理，最终领悟影响酶活性的最适温度和最适pH的内涵。

2.1.2 教师引导式探究 引导式探究是在探究难度较大、学生能力不足、学习时间有限的情况下，主要由教师提出探究问题，提供相关的研究材料，学生在教师的引导和帮助下，设计并完成实验。学生收集实验现象、整理实验数据和结果，展开分析和讨论，思考和解决所需探究的问题，经过理性的推理过程，自行发现并归纳、总结出科学的结论，发现和领悟新的知识，构建新的概念。

例如，“探究CO2浓度对光合作用强度的影响”时，学生就需要在教师的引导下，寻找如何控制实验变量——CO2浓度的方法；学会处理全班不同组别的实验数据、进而建构数学模型；最后分析CO2浓度影响光合作用强度的原因，得出光反应与暗反应的关系，从而真正建构起光合作用过程的概念。

2.2 学习方式多样化，重在概念建构 通过科学的实验探究建构生物学概念，关键是以探究实验活动为载体，让学生通过探究性学习形成重要概念。需要教师把握探究性学习的内涵，将探究实验活动与概念学习有机结合，选择的探究实验对象和内容要符合教学目标的要求。不能追求形式上的热闹，避免出现漫无边际的自由探究。

可采用“观察—分析—结论”的方式，学生以生物学现象或事实为基础，进行观察、描述，然后通过分析、归纳、比较等思维活动，对事物进行抽象和概括，最后形成概念。例如，在学习“血管”知识时，笔者设计了通过“观察小鱼尾鳍的血液流动”实验，建构动脉、静脉和毛细血管的概念。学生在观察过程中，先是根据血管粗细判定动脉和静脉，然后仅根据血流速度的快慢进行判定，接着是依据单一血管中的血流方向来判定。最终在教师的引导下，依据教材对动脉、静脉和毛细血管的定义，发现了具有分支的血管类型，然后根据血管中血液是从分支血管流向大血管、还是由大血管流向分支血管的特征，判断动脉和静脉，同时根据血管中血细胞流动特点判断毛细血管类型。这样经过由表及里、由现象到本质的观察过程，通过分析和总结，建构上述概念。

也可采用“假设—实验—推理”的方式，在“探究影响霉菌生活的环境条件”实验中，教师引导学生从生活经验出发，对霉菌生活所需要的环境条件做出假设，使学生能够以生物学的现象或研究材料为依据，发现并提出问题；然后指导学生设计实验方案以验证假设，最后分析实验结果，进行演绎推理得出结论，最终形成概念。

2.3 设计探究问题，聚焦概念学习 开展探究性实验建构概念时，要聚焦知识板块中的核心概念。以核心概念为中心，统领基础知识，并形成具有内在逻辑关系的知识结构[3]。

例如，在建构“细胞基本结构”的概念时，教师设计层层递进的问题体系，围绕核心概念的主线逐层深入，展开一系列思维活动(解释、寻找证据和实例、综合、应用、类推、以自己的方式复述等)：首先引导学生观察心肌细胞和洋葱表皮细胞，然后要求学生画出两种细胞的结构示意图，这涉及到动植物细胞在结构上的区别，是对学生具有一定挑战性、值得探究的问题。会引发学生之间的争论，使学生通过再观察去探究、去发现，然后通过讨论、总结，得出细胞结构的相关概念。教师还应充分发掘材料的内涵，引导学生在观察细胞的亚显微结构图片的基础上，制作细胞的立体结构模型。这就需要学生对观察到的感性认识进行抽象和归纳，从而将探究的活动与知识的学习自然地联系起来，搭建具有逻辑意义的知识框架。最终，学生生成了“细胞具有细胞膜、细胞质、细胞核等基本结构，动植物细胞有着相似的基本结构，但在叶绿体、液泡、细胞壁等结构上又有区别”的重要概念，从而把自行发现的新知识有机地纳入自己原有的知识体系中，内化为自己的知识。

通过以学生为主体的探究性实验活动，可以摆脱概念学习中常见的简单机械式记忆的学习方式，引导学生将学习重心从记忆知识转移到深层次理解上，组织构建科学的知识体系，真正理解事实性知识的本质，达成重要概念的自主建构。