例谈在初中生物教学中巧用豆子开展探究实验

王璨

摘要：以“生物进化的自然选择学说”“尿液的形成”“基因分离定律”3个探究活动为例，剖析如何运用豆子这种实验材料设计探究教学活动，帮助学生建构相关重要概念。

关键词：探究教学 豆子 探究活动 重要概念

中图分类号：G633.91 文献标志码：B

《义务教育生物课程标准（2011年版）》（以下简称《标准》）凸显了重要概念的传递过程，强调探究教学与重要概念传递的对接。《标准》的教学建议中要求：“教师在设计和组织教学活动时，应注意围绕重要概念展开，精选恰当的教学活动内容，以促进学生对重要概念的的建立、理解和应用。”那么，教师如何落实概念的建构，使学生真正理解课标中所要求的“理科课程内容要突显重要概念的传递”的内涵呢？下面剖析“生物进化的自然选择学说”“尿液的形成”“基因分离定律”3个案例，讨论如何运用豆子这种实验材料设计探究教学活动，以帮助学生建构相关的重要概念。

1“生物进化的自然选择学说”探究活动——“豆豆鸟”抢豆豆

“生物进化的自然选择学说”是北京市义务教育课程改革实验教材《生物学》第四册第十五章第二节第二课时。在第一课时，学生己明确生物进化的历程。关于加拉帕戈斯群岛上地雀的进化离学生的生活较远，学生对生物进化的原因缺乏感性认识的铺垫，很难通过演绎与推理、模型与建模等方法，形成对生物进化学说的理性认识。本探究活动通过强化经验及感性认识，设计一系列问题串引导学生分析，帮助学生主动构建“自然选择学说”内容。

1.1实验目标

通过分析加拉帕戈斯群岛上地雀的模拟进化过程，概括自然选择学说的主要内容，理解加拉帕戈斯群岛上地雀的进化原因。

1.2实验材料

黄豆、胡豆、针形勺子、尖形勺子、钝形勺子、托盘等。

1.3实验过程

教师以数量有限的黄豆模拟“豆豆鸟”食物，针形勺子和尖形勺子分别模拟针形喙“豆豆鸟”和尖形喙“豆豆鳥”。“豆豆鸟”为争抢食物开始第一轮抢豆豆大战，时间为1 min。针对此步骤，教师设置引导问题：“豆豆岛”的空间和食物对于所有“豆豆鸟”都是足够的吗？如果不够，会导致什么后果？教师以因体积狭小的托盘模拟空间不足和数量有限的黄豆模拟食物有限的环境条件而引起的后果——生存斗争，激发学生的探究兴趣。

经过第一轮抢豆豆大战存活下来的尖形喙“豆豆鸟”，繁殖产生钝形喙“豆豆鸟”后代。教师在此步骤中，提出问题：如果每个“豆豆鸟”以2个后代的速度繁殖，那么没有个体死亡的情况下，5代以后“豆豆鸟”的数量是多少？10代以后呢？这说明生物具有什么样的能力？设置此步骤的目的是借助于简单数学知识，引导学生得出生物具有过度繁殖的能力特点。

教师继续提出问题：在第一轮抢豆豆大战中存活下来的尖形“豆豆鸟”繁殖的后代中，其嘴型性状有哪些？分别属于哪种生物学现象？引导学生由具体表型观察结果得出生物具有遗传和变异现象的结论，同时，启发学生思考当环境条件局部改变时的后果。例如，将食物黄豆部分替换为胡豆模拟环境改变，经过第一轮抢豆豆大战存活下来的尖形喙“豆豆鸟”的后代——尖形喙“豆豆鸟”和钝形喙“豆豆鸟”开始第二轮抢豆豆大战，时间为1 min。教师追问：在此轮抢豆豆大战中，尖形喙“豆豆鸟”和钝形喙“豆豆鸟”谁具有生存优势能够更好地生存下来？

将食物黄豆全部替换为胡豆模拟环境条件彻底改变，经过第二轮抢豆豆大战存活下来的“豆豆鸟”后代——尖形喙“豆豆鸟”和钝形喙“豆豆鸟”开始第三轮抢豆豆大战，时间为1 min。探究活动至此完成，教师提出问题：在三轮抢豆豆大战中，为什么针形喙和尖形喙“豆豆鸟”在生存斗争中被淘汰，而钝形喙“豆豆鸟”在生存斗争中取得胜利？什么是决定因素？你能用一句话描述抢豆豆大战的结果吗？引导学生分析、归纳生存斗争的结果——适者生存。

本探究活动以豆子模拟环境条件，开展了层层递进的模拟生物进化过程4个环节——生存斗争、过度繁殖、遗传变异和适者生存的学生活动。教师以问题串引领学生在活动参与中观察、思考，促进学生通过分析、比较、类比、归纳等逻辑思维过程建构得出生物进化的自然选择学说内容。

2“尿液的形成”引入环节的探究活动

“尿液的形成”是第二册第七章第二节第二课时，教师在采用“5E”教学模式帮助学生建构“血液流经肾单位时先经过肾小球的滤过作用、再经过肾小管的重吸收作用形成了尿液”的重要概念时，为增强学生对分子、组织、器官的感性认识，在引入环节设计了以下探究活动。

探究活动：制定一套方案，能够快速将小米（模拟尿素、尿酸）与其他种子分离开。

实验材料：大小不同的种子或果实（如核桃、黄豆、绿豆、红豆和小米，模拟各种代谢成分）、托盘、筛网、烧杯、大小颜色不同的勺子。注意不能够用手直接碰触种子，用每一种勺子只能挑选一种类型的种子。

教师提出问题：①最快的筛选方案是哪种？②肾单位有没有类似筛网和勺子功能的结构？初一学生由于还未进行化学学科学习，对流经肾脏的血液化学成分分子的概念一片空白，再加上对肾脏组织结构缺乏细致认识，所以构建尿液形成过程存在一定难度。本探究活动以大小不同的种子模拟不同血液代谢成分类型，以筛网、勺子帮助学生获得对于肾单位结构的形象认识，启发学生思考筛选方案，为进一步开展学生活动做铺垫。筛选小米种子的竞赛活动有助于学生在活动体验中经过积极参与思考积累的生活经验知识，并激发学生进行科学实验设计与结果分析的主观能动性。

3“基因分离定律”模拟实验

“基因分离定律”是第三册第十一章第二节，初二学生由于演绎推理思维不够，再加上对于遗传学实验知识基础为零，因此在学习孟德尔对豌豆杂交实验现象的解释时会遇到困难。教师设计性状分离比的模拟实验，促进学生通过亲身参与活动，体会到性状分离过程中反映的遗传统计学本质。

3.1实验目标

通过模拟实验，理解豌豆杂交实验的性状分离比现象。

3.2实验材料

白色蚕豆、布袋、黑色记号笔（用黑色记号笔在白色蚕豆上写“D”或“d”）。

3.3实验过程

教师将全班学生分为6组，每组学生取2个布袋，编号为A、B。在2个布袋中均放入写有“D”或“d”的蚕豆各15颗。以蚕豆模拟雌、雄生殖细胞，以布袋模拟雌、雄生殖器官。教师通过调动学生的形象思维，激发学生探究兴趣。

教师指导学生从A、B 2个布袋中各随机取出1颗蚕豆，记录其基因组成，并将蚕豆放回原布袋。同时，提出问题：从2个布袋中各随机取出1颗蚕豆进行组合模拟的是什么过程？模拟雌、雄生殖细胞的产生和结合的动态过程可以帮助学生获得对遗传学实验的感性认识。

每组学生至少重复上述实验操作20次，并记录实验结果。教师指导学生单独观察每组记录的数据，引导学生思考：DD、Dd和dd的数量比例是否有规律？6组的数据是否有规律？此步骤是以重复实验促进学生对于遗传实验操作的理性认识，升华遗传实验结果的统计学本质。

4活动反思

探究式教学与传统的讲授式教学有非常大的不同，它是一种以学生为中心的教学方式，学生在教师引导下，通过参与实施探究过程，实现从未知到己知的自主学习的过程。不同的教学内容，探究策略不同：以学生动手实验为基础的实验操作型探究、以生物学科学史发现历程为主体的活动模拟型探究、以生物科技新发现或生活实例信息材料提供为背景的思维拓展型探究。这些探究活动不仅可以调动学生的学习热情和参与意识，增强学生的学习兴趣和动力，更有助于学生理解和掌握生物学知识和技能，从而提高实践运用能力和创新能力。