在概念教学中发展学生的生物学核心素养

孙怀宽

(重庆市江北区教师进修学院 400020)

重视重要概念的教学是中学生物学教学的核心内容，而概念是形成和支撑生命观念的重要依据。概念的建构需要比较与分类、分析与综合、归纳与演绎、模型建构、批判性思维等科学方法和理性思维，形成概念的过程也是科学探究的过程。因此，概念的建构过程就是发展学生的生物学核心素养的过程。本文以人教版初中生物学七年级上册教材“单细胞生物”一节的教学为例，展现生物学概念形成的基本过程和策略，同时分析在建构概念的过程中如何发展学生的生命观念、理性思维、科学探究和社会责任的生物学核心素养。

1 确定本节建构的重要概念——单细胞生物的结构与功能观

“单细胞生物”这节课以草履虫为例，介绍了单细胞生物是如何完成生命活动的以及单细胞生物与人类的生活有什么样的关系。因为本节具有完整且相对独立的内容，同时单细胞生物与学生的兴趣、社会生活及环境联系密切。因此，很多生物教师愿意以这节课为例作为教学公开课或研究课进行展示。但不少教师把草履虫的结构和功能的识记作为教学的重点：反复讲解和分析草履虫有哪些结构，具有哪些重要的功能，并要求学生背诵和记忆，教学检测也是如此。这种以草履虫结构和功能的识记作为教学目标的方式不仅加重了学生的学业负担，也偏离了生物学教学的重要目的。

在本章的前三节中，第一节介绍了细胞通过分裂产生新细胞，细胞分裂是形成其他结构层次的基础；第二节和第三节分别介绍了动物体的结构层次和植物体的结构层次；第四节再介绍单细胞生物，无论是从章标题“细胞是怎样构成生物体”的意图还是节的排列顺序考虑，教材显然是从构成生物体结构层次多样性的角度来安排本节教材的：即先讲学生容易理解的动物体和植物体的结构层次，再讲特殊的生命体——单细胞生物。这种安排有利于从易到难、从一般到特殊，让学生认识细胞构成生物体的多样性，从而使学生的生命认知更加全面和完整。

而草履虫是作为单细胞生物的代表出现的，教材以图文结合的形式介绍了草履虫的结构和功能，其目的是让学生真实地感受到单细胞生物有进行生命活动的结构基础，这些结构基础能够行使相应的生理功能，从而能够形成一个完整的生命体，完成基本的生命活动。基于以上分析，可以确定教学中要落实如下的重要概念：草履虫作为一个单细胞生物，它与其他的单细胞生物一样，既有细胞的结构特点，也有生物体的生命特征，它能完成相应的生命活动；在认识草履虫的结构与功能的基础上，初步形成结构与功能相适应的生命观念。

2 理性思维是建构单细胞生物结构与功能观的重要基础

既然草履虫是单细胞生物的典型代表，草履虫的具体结构和这些结构所表现的功能则退居教学的次要位置，它们只是用来帮助学生建构单细胞生物体概念具体内涵的素材和情景。因此，教学中切不可过分强调草履虫的具体结构和功能，而要把重点放在理解草履虫具有成为细胞和成为生物体的必备结构和基本功能，理解这些结构与功能相适应的特点。基于此，可采取比较和分析的方法来建构以下三个重要的概念：①草履虫是一个单细胞，它具有细胞的基本结构；②草履虫是一个生物体，它具有生物体的一些重要的生命特征；③草履虫的结构与功能是相适应的。

针对概念①的教学，可以采取比较的方法进行教学：展示一个动物细胞的结构模式图与草履虫的结构示意图进行比较，让学生识别草履虫有哪些细胞的基本结构？学生很快就会找出答案：草履虫有表膜，相当于细胞膜；有细胞质，细胞质中有一些类似于细胞器的结构；有细胞核(分大核和小核)。通过比较，学生就会清晰地明确学习的重点。针对概念②的教学，可以采取比较和演绎的方法进行：回忆所学的生物所共有的特征，认真观察草履虫的结构示意图并阅读教材中的内容，归纳和演绎出草履虫所具有的生命特征(表1)。表中的“生物的特征”部分由教师引导学生回答，“草履虫的特征”部分内容由学生讨论回答。

表1 生物的特征与草履虫的生命特征

学生经过比较、分析、归纳和演绎，就会自然地得出结论：草履虫与其他生物一样，具有生物的基本特征。由概念①和概念②综合起来，就会形成本节的重要概念：草履虫是一个细胞的生物体，具有生物体进行生命活动的基本结构，能完成基本的生命活动。

在建构上述两个重要的概念过程中，需进一步渗透结构与功能相适应的生命观念：①草履虫的结构与其功能是相适应的，它的结构都有相应的功能体现：如纤毛的摆动可以运动、口沟的形状有利于食物的收集和进入、食物泡在流动并且不断缩小表明食物在消化吸收、收集管小时和伸缩泡大时正好相反体现了结构的整体统一性等等，都说明了有什么样的结构就具有什么样的功能；②功能的实现对结构的要求：如由于草履虫生活在水中，又是一个细胞结构，它要运动，不可能形成其他动物那样的运动器官。因此，它有纤毛这种低级的运动结构；由于草履虫只是一个细胞，它有食物泡这种简单的结构来消化食物等等。结构与功能观是生物学中核心的生命观念，需要在细胞、个体和分子水平层面不断深化，并用这种观念分析和解释新的生命现象。

3 开展探究活动，理解生命基本特征并提升探究技能

草履虫毕竟只是一个微小生物，与学生的生活有很大距离，学生看不见也摸不着，如果仅从观察图示和阅读文字来进行比较分析，显然不利于学生的持久兴趣，也不利于引导学生深入理性地分析其中的“结构与功能观”。而初中学生特别喜欢实验，对草履虫的活体和生命活动非常感兴趣，可设计相应的探究活动帮助学生理解单细胞的生命特征，同时训练和提升学生的实验和探究技能。

观察草履虫的传统方法是在观察的培养液中加入棉花纤维，用以阻挡草履虫的前进方向并减缓它的运动，但实际上学生观察的草履虫是放大到40至100倍的情况下，这么高的放大倍数下，任何微小的运动都会成为高速运动；同时由于放入的棉纤维在显微镜下成了立体影像，可能成为阻挡观察视线的障碍物，草履虫也有可能隐藏在棉纤维下面。

因此，实际的观察效果有限，这也是教材放弃观察草履虫实验的重要原因。

要想观察清晰，就要改变草履虫运动过快的基本事实，能否从减缓草履虫的运动来开展实验探究呢？借鉴酒精可以麻醉动物的原理，可以采取配制适宜浓度的酒精来麻醉草履虫，以减缓其运动的事实来观察草履虫，是一个可行也容易操作的方法。具体做法是：用5%的酒精处理草履虫(即根据草履虫培养液的体积加入一定体积的酒精，使溶液的酒精浓度达到5%)5 min,然后吸取含有草履虫的处理液制成临时装片进行观察。在这一酒精浓度下的草履虫运动非常缓慢，可以清晰地观察到草履虫的形状、纤毛、表膜和口沟等基本结构。此时的草履虫还具有一定的代谢功能，可以在口沟附近滴一滴黑墨水，随着时间的推移，可以清晰地观察到食物泡的形成过程和在细胞质中的流动方向，并能清晰地观察到胞肛排出墨水的具体过程(图略)。

实验探究过程中可引导学生思考并回答如下问题：①如何确定适宜的酒精浓度？酒精浓度过高会出现什么现象？②在显微镜下仔细观察草履虫，你看到了哪些结构？③如何观察食物泡的形成和流动方向？教师可以在课前成立课外实验小组，由小组进行预实验，探究什么样的酒精浓度有利于清晰地观察草履虫的结构和生命活动，教师也可以拍成图片或视频在教学时播放，这都有利于学生提高学习兴趣，节约实验时间，提高实验效率。另外，也可以设计实验来探究草履虫对外界刺激做出的反应：如在前面实验的基础上，用一定浓度的肉汤或食盐溶液刺激草履虫，观察它趋利避害的生命特征。

4 正确认识单细胞生物，增强社会责任意识

学习单细胞生物并不是仅仅知道它的基本结构和生命活动特点，更重要的是认识到单细胞生物与人类生活的关系，认识到任何一类生物都有其存在的合理性，都是生物多样性的重要组成部分。但由于人类活动的影响，使得一些单细胞生物大量繁殖，给环境造成危害。这就需要我们每个人增强相应的社会责任。教材在这方面限于篇幅提供的资料有限，教师可提前查找资料，最好是随近水域中水华和赤潮形成的资料，让学生阅读和分析其中的人类因素，谈一谈自身的所见所闻和亲身感受，渗透责任意识。