例谈在实验教学中构建生物学概念

施佳乐+麻敏珍

摘要：在新课程改革背景下，兼顾知识获取与能力培养无疑成为教师教学关注的焦点。生物学是以实验为基础的自然科学，而在实验过程中进行概念的教学，对于学生知识迁移，概念构建，理论提升有着十分重要的作用。本文试从验证性实验、探究性实验、观察类实验和模拟实验四方面入手，探讨如何通过生物实验来加强概念教学，以及如何培养学生形成、理解、掌握重要概念。

关键词：实验教学；概念教学；策略

中图分类号：G633.91文献标识码：B文章编号：1672-1578（2017）05-0247-02

《高中生物课程标准》要求学生"获得生物科学基本事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识，了解并关注这些知识在生活、生产和社会发展中的应用"。《标准》期望使每个学生通过学习生物，对生物学知识有更深入的理解；初步学会生物科学探究的一般方法，具有较强的生物学实验的基本操作技能、搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、批判思维的能力、分析和解决实际问题能力以及交流与合作的能力。

生物学核心概念是生物学最核心的概念性知识，是反映学科本质的概念，这些概念相互组合构成学科基本结构的框架。随着高中生物学课程改革的深入开展，越来越多的的高中生物学教师关注核心概念的教学，尝试引导学生从繁杂的"单纯"概念的记忆中解脱出来，转向对核心概念的构建和深层次的理解，实现零散的概念知识科学系统的整合及迁移应用，有效地提高学生的生物科学素养[1]。

然而生物学是一门以实验为基础的自然学科，生物学概念的获得往往建立于实验的基础之上，是对生物学事实的总结与提升。新课程高中生物实验设置了"思考与讨论"、"资料分析"、"资料收集"、"实验"、"探究"和"模型建构"等44个活动，主要分为演示、活动、建议活动3类，为学生提供了更多的实验探究的機会，对领悟科学研究方法，体验科学过程，形成一定的科学探究能力和科学态度等有十分重要的作用。

由上表可知，对于浙教版生物必修的三册教材44个活动，我校只开设了必修Ⅰ中的8个实验，必修Ⅱ和Ⅲ中其他的实验或因时间限制、实验材料限制、缺少评价难操作等等原因未开设。通过对其他学校的生物教师和部分学生的询问调查，其他学校也只开设6～8个实验。

新课程有好的课程资源，有先进的理念，从"提高学生的科学素养"出发，将实验教学的重要性提高到更加突出的地位。我们都清楚生物实验的重要性，可是在实际实施过程中，由于课时不足、学校实验办学条件、师资等种种原因，真正的实验教学却偏离了应有的方向；如果这个问题不解决，那么，有最好的理念和课程资源也是空的。所以，分析高中生物实验教学尴尬现象的成因并寻找解决对策势在必行。在实验的基础上学生通过推理归纳，最终得出结论，再将该结论推广，应用在其他的情境中，从而获得了概念。因此在实验中进行概念教学是兼顾知识与能力的有效教学方法。下面就结合自身的教学实际，谈谈如何通过改善原有实验活动完成概念教学，实现两者有效整合的策略。

1.通过验证性实验，化繁为简

生物教学中有大量验证性实验，它强调实验操作和观察等个别操作技能，强调如何快速经济地获得生物知识。学生利用实验来验证已学过的生物学原理、概念或性质。

例如"细胞膜的选择透性"这一概念的理解，教材中安排了煮过的和未煮过的玉米籽粒为实验材料，染色后察看胚着色特点。实验教学中也可以选择其他实验材料来直观证明这一概念：

实验材料和用具：新鲜的红色玫瑰、质量分数为15%HCl、清水、烧杯、量筒、记号笔

实验步骤：

（1）选两只大小相同的烧杯，用记号笔标上1和2。

（2）在1和2两只烧杯中，分别加入等量质量分数为15%的HCl和清水。

（3）选取等量的红色玫瑰花瓣，分别放入1和2两只烧杯中，经过一段时间后观察。

结果与讨论：

（1）结果：1号盛有盐酸的烧杯中花瓣的颜色逐渐褪去，而溶液变红色；2号盛有清水的烧杯中花瓣仍为红色，水呈无色。

（2）盐酸溶液中结果出现的原因是酸性不良环境破坏了细胞膜控制物质进出细胞的作用，使细胞

内色素分子被释放出来进入了溶液。

又如证明酶的化学本质是有机物（大多数酶是蛋白质），可以利用稀释鸡蛋清和人的新鲜唾液（含唾液淀粉酶）为实验材料，依据实验原理蛋白质与双缩脲试剂产生紫色反应，进行分组对照实验，如果两组实验现象相同，从而证明唾液淀粉酶的本质是蛋白质，让学生直接对现实生活中的酶的化学本质有了定性直观的认识。

显然通过上述验证性实验后，学生对相应概念的理解与掌握记忆深刻，同时在实验过程中分析推理能力也得到了锻炼。

2.通过探究性实验，化整为零

传统的实验往往只是验证课本上的知识，学生在整个实验教学中处于从属的被动的地位，学习方式通常也是机械、僵化的，他们关注的是实验结果，而是实验的原理的设计分析不够重视。新课程理念倡导探究性。探究即是学习的策略和方式，又是学习的内容，但探究性实验具有较大的开放性，需要教师引导学生不断发现新的问题，自主灵活设计实验方案，并进行实验反思与总结，形成严谨的科学态度、养成科学的思维方法和科学探究意识，促进重要概念建构。

例如，酶的催化特性（专一性）的实验，教师应鼓励学生先自行设计实验方案，并适时进行引导和补充修正。经过学生的交流和讨论，有学生提出用不同底物、同一种酶，也有学生认为不同酶、同一底物进行实验。究竟两种方案能否得出相应结论，需要通过实验的探究。首先根据第一种方案让学生来设计实验。

思路：

实验组：淀粉+淀粉酶——检测淀粉被分解（或有产物生成）

对照组：蔗糖+淀粉酶——检测蔗糖被分解（或有产物生成）

实验步骤设计、结果：

步骤实验操作试管1试管2

1加入淀粉溶液2ml/

2加入蔗糖溶液/2ml

3加入新鲜唾液2ml振荡2ml振荡

4将试管放置于37℃恒温水浴保温5min5min

5加入本尼迪特试剂2ml振荡2ml振荡

6将试管下半部分放于热水中加热煮沸2～3min2～3min

7观察实验现象有红黄色沉淀无红黄色沉淀

结论：淀粉酶只能催化淀粉的水解，不能催化蔗糖的水解。

第一种方案可行，能说明酶的专一性，学生可尝试第二种方案继续实验。

师：本实验中自变量是什么呢？因变量、无关变量又是什么？

生：自变量是不同底物。因变量是有无产物形成。底物的量、试剂的量、反应温度等。

反映出学生对变量、对照实验、对照组与实验组概念的理解基本形成。

思考：

（1）选择本尼迪特试剂作为检测试剂是对应思路中的哪一条？是否可以选用碘-碘化钾溶液检测呢？理由是什么？

（2）选择37℃水浴保温的原因是？如果选择的是α-淀粉酶是否也是相同温度？

（3）如果2号试管内也出现轻度阳性反应，应该如何解释？能否设计实验来检验自己的假设？

通过逐步深入的实验探究，使学生建立对酶专一性的认识，同时也间接引入了温度对酶促反应速率的影响，为之后的教学介绍酶的作用受多种因素的影响打下伏笔。

在探究实验设计和问题解决过程中，教师应当有意识地培养学生对所要解决问题的归类和总结，引导他们思考现在的问题和以前解决的问题之间的联系，选用的材料、试剂、实验方法是否恰当，有无更好的解决方法等，通过思维碰撞和对方法的总结、提炼、升华，帮助学生灵活地掌握概念知识，以提高学生学习的自我监控意识，进一步拓展学生的思维平台。

3.通过观察类实验，由表及里

形成重要概念的基础是感性认识，这要通过仔细观察才能获得。通过观察类实验能够很好地培养学生的观察能力，观察能力是基础，思维能力是关键，学生通过观察获得丰富的感性材料，在这个基础上进行积极的思维活动，然后形成重要概念。例如，细胞是生命体结构和功能的基本单位。活细胞中的细胞质处于不断地流动状态，是多种代谢活动的场所。在缺少黑藻材料时，也可以选择紫鸭跖草雄蕊的花丝表皮作为实验材料观察毛细胞质环流。

实验步骤：

（1）从紫鸭跖草花上取一枚雄蕊，摘去花药，迅速将花丝放入滴有质量浓度适宜的蔗糖溶液的载玻片上，盖上盖玻片。

（2）轻轻按压盖玻片，使花丝平贴。

（3）显微镜观察。

观察现象：紫鸭跖草花丝表皮毛细胞由多个细胞构成，呈念珠状排列，1个念珠即1个表皮细胞。它们的细胞质里有小油滴和其他颗粒内含物，这些物质随细胞质流动。紫色液泡能与细胞质区别开来。

注意事项：9月间，在室温26℃～28℃条件下，不用蔗糖溶液也能观察到细胞质的环流。最好选择细胞中部呈细线条的细胞质来观察，可看到小的颗粒像青蛙的红细胞流过毛细血管那样流动。

通过学生的观察、讨论、交流，胞质环流这个概念变得更加具体实在，学生一看到这个词，脑海里立马就联想到他所看到的细胞，鲜活生动的细胞质的流动，有助于理解胞质环流对于活细胞正常代谢活动的意义。事实上把重要概念和实验联系起来，它避讳的是生硬和勉强，有助于学生对重要概念的理解及学习兴趣的激发。观察类实验也能增加学生动手的机会，通过简单易操作的实验来加深学生对抽象概念的理解，使生物抽象知识的学习变得生动有趣，容易理解，从而也能避免填鸭式教学。

4.通过模拟实验，由浅入深

在生物学探究过程中，有些研究对象是难以直接做实验的，此时用模型来做实验，即模仿实验对象制作模型，或者模仿实验的某些条件进行实验——模拟实验。模型是从原型出发，根据某一特定目的，抓住原型的本质特征，对原型进行抽象、简化和纯化的物质形式或思维形式的类似物。它既是原型的抽象化表达，又是生物学原理和理论的具体化表现[2]。由于它是模擬的某种条件和状态，控制起来相对容易，克服了生物实验过程中某些不易控制的变量因素的影响，获得的结论可能更直观，对某些概念的理解和把握更准确。

例如设计活动"模拟传染病传播过程"。

目的要求

（1）通过学生自身的体验，总结传染病传播的几个环节。

（2）培养学生思考和分析问题的能力，并尝试绘制概念图。

活动设计

利用粉笔模拟病原体，通过学生之间传递粉笔，传递方式可以多样，不需要按座位顺序进行，游戏时间为1分钟。

思考与讨论

（1）给他人传递粉笔前提条件是什么？

（2）粉笔在传染病的传播过程中代表什么？

（3）拿粉笔的人代表什么？

（4）不管是直接递给他人，还是仍给他人，都需要借助一定的途径，传递方式有代表什么？

（5）接受粉笔的人代表什么？

（6）假如这个人不在，你能将粉笔传给他吗？

（7）归结总结传染病传播的三个环节。

（8）以传染病为核心概念，尝试构建绘制其概念图。

5.小结

实验是在具备一定概念知识基础上，进行操作以巩固和完善知识的过程。通过这些实验活动，既培养了学生独立科学思考、解决问题的能力，又培养了他们观察实验、探究知识的自学能力，也培养了他们交流与合作能力，有助于拓展视野、增进理解、提高能力。因此，教师需要进一步改变以往通过讲授式使学生获得事实性知识的教学方式，促进学生转变学习方式，帮助学生积极主动地探寻事物变化发展的规律，构建、理解、应用科学概念。

参考文献：

[1]高孝妃.探索高中生物学核心概念教学.福建基础教育研究，2014（11）：84～85.

[2]谭永平.高中生物学新课程中的模型、模型方法及模型建构.生物学教学，2009（1）：10～12.