探究性實驗教學中構建生物學概念的初步研究

摘 要：《普通高中生物課程標準》重點提及了對學生的實驗能力培養，也再次強化了概念教學。課堂教學中如何通過實驗教學構建生物學概念，從而更好地達到課堂教學的預期目標，是廣大高中生物教師應當研究的新課題。通過“酶”一課的教學嘗試在課堂上通過探究性實驗教學使學生構建酶的基本概念。

關鍵詞：探究性實驗教學；生物學概念；生物教學

生物學教學過程中如何處理知識和能力的關系在教學實踐中一直困擾著教師，在新課標再次強化概念教學時，如何理解和處理二者之間的關系也是教師關注的焦點。

一、問題的提出

生物學概念是中學生物學科知識的主要組成部分，是構成生命科學理論體系的基本單位，因此，對概念的掌握和運用是生物學教學過程的核心問題。同時，也應該明確實驗在生物學教學中的重要地位，它是學生獲取生物知識的最有效手段之一，對學生整體素質的提高起到了非實驗教學無法替代的作用。若能在實驗教學中進行概念教學，則能二者兼顧。

課程標準強調通過探究性學習掌握生物學的重要概念并形成生物學的基本素質是新課標的重大亮點。實驗教學是探究性學習的主要形式，課標中也相當重視實驗教學在概念中的重要作用，列舉的許多活動建議大多是實驗或實踐活動。這恰恰符合生物學科本身的特點和學生的實際情況。

現行的高中生物實驗教學可以分為驗證性實驗教學和探究性實驗教學。驗證性實驗教學是由教師先講授知識，然后通過實驗，驗證已了解的知識。通常采用“告訴→驗證→應用”的教學模式，這種“照方抓藥”的模式有些傳統和固化。相比之下，探究性實驗教學更能充分調動學生的積極性，發揮教師的主導作用和學生的主體作用，培養學生觀察現象、分析問題、解決問題的能力，有助于學生形成生物學概念，進一步理解和鞏固生物學知識。以下是筆者以“酶”這一概念為例講述探究性實驗教學中如何構建生物學概念。

二、教材分析

《酶》是《普通高中課程標準實驗教科書 分子與細胞（必修1）》（浙科版）第三章第三節的內容。本節基本概念相對比較簡單，但是其潛在的知識和能力要求比較高，教材中涉及了3個活動內容。掌握酶的有關概念，是日后學習光合作用、細胞呼吸等重要代謝過程的前提，是理解“影響光合作用的環境因素”“內環境穩態的意義”等難點的關鍵突破點，也是開展選修1生物技術實踐“酶的研究與應用”教學的鋪墊。教師利用教材資源，加強學生實驗能力的訓練、生物學概念的掌握是非常必要的。

本節知識要點包括以下內容：酶是活細胞產生的一類具有生物催化作用的有機物（表明了酶的來源、功能、本質）；酶具有高效性、專一性、需要適宜的條件等。酶的特性、有關影響酶條件的實驗設計，對學生而言，要求較高，存在相當大的困難。通過探究性實驗教學來突破這一難點。

三、探究性的實驗教學中構建生物學概念

1.通過經典實驗改編成的探究性實驗明確生物學概念

科學是一個發展的過程。學習生物科學史能使學生沿著科學家探索生物世界的道路，理解科學的本質和科學研究的方法，體會科學家獻身科學的精神。特別是科學史上的一些經典實驗更能反映出科學研究的基本方法和思維軌跡。教師通過對經典實驗思維過程的剖析與解讀，以探究性實驗的形式呈現，學生能夠理解科學家的精妙與高超，對思維能力與材料分析能力的訓練極為有效。

對于“酶的本質”這一概念的理解，教師可以利用科學家在不同歷史時期的經典實驗逐層剖析：18世紀末，人們一直認為鳥類的胃只有物理性消化，而沒有化學性消化。斯帕蘭扎尼設計了一個怎樣巧妙的實驗，證實了化學性消化的存在？斯帕蘭扎尼用裝在小籠里的肉喂鷹，得出胃液中有一種能消化肉的物質。19世紀，巴斯德認為酒精發酵是酵母菌細胞代謝活動的結果，同時代的李比希則認為，酒精發酵僅僅是一種化學反應，與酵母菌的活動無關，最多只需要酵母菌中某種物質的參與而已，該如何設計實驗來結束巴斯德和李比希的爭論？學生設計實驗：實驗分為兩組，一組利用無細胞的酵母汁進行酒精發酵，另一組不加無細胞的酵母汁直接進行實驗，觀察并分析結果。接著，介紹畢希納的實驗，并引出其結論：促使酒精發酵的是酵母菌中的某種物質——酶。隨后，薩姆納爾從刀豆中得到脲酶結晶，明白酶的本質是蛋白質。接著，科學家又發現極少數特殊的酶是RNA。最終得出“大多數酶是蛋白質，少數是RNA”這一生物學概念。由這些經典的科學實驗的不斷深入而理解概念的建立是一個逐步深化和完善的過程。在這種教學中，學生對概念的理解與掌握也經歷了漸進加深的過程，在能力和情感、態度與價值觀方面同時得到了培養和熏陶。

2.通過探究性實驗完善生物學概念

探究性實驗教學是教師提出問題，引導學生討論，所得出的問題與主題相關，使學生通過實驗教學掌握生物學的基礎知識，達到課程標準所規定的知識、能力要求，并為他們的繼續教育甚至終身學習打下基礎。在實驗的過程中，學生對相應概念的理解與掌握更主動，并真正體會其實質。

體外糖的氧化要在劇烈的條件下才能發生，而生物體內糖的氧化能在溫和的條件（如人的體溫為37℃左右）下進行，是因為生物體內的反應都是在酶的作用下進行的。那么，酶具有什么特性呢？教師可引入一個探究性實驗：探究過氧化氫酶與MnO2對過氧化氫的催化效率。首先選擇材料和器具：量筒、試管、滴管、衛生香、過氧化氫溶液、雞肝勻漿和MnO2。然后設計實驗步驟：步驟1——取兩個試管，編號后（1號、2號）各加入2%的過氧化氫溶液3ml。步驟2——1號試管中加入雞肝勻漿少許，將試管口塞上橡皮塞。步驟3——2號試管中加入MnO2少許，將試管口塞上橡皮塞。步驟4——觀察兩個試管中發生的變化。步驟5——打開兩個試管的橡皮塞，用帶火星的衛生香放在試管口，觀察現象。其結果是——1號試管的衛生香復燃，并劇烈燃燒；2號試管的衛生香復燃，但不劇烈。根據這一結果分析后可得出：過氧化氫酶的催化效率比MnO2催化效率高，即“酶具有高效性”。

酶的催化效率如此高效，那么酶是不是就是萬能的了？一種酶是不是可以催化所有的化學反應呢？教師不妨再進行一個探究性實驗：比較唾液淀粉酶對淀粉和蔗糖的作用。通過這個探究性的實驗發現：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。進而得出結論：酶具有專一性。酶需要適宜條件的探究性實驗也可如上述步驟開展，分析，得出酶需要適宜的條件，強酸、強堿、高溫均使酶不可逆地失活。

通過上述一系列的探究實驗得出酶是有機物（大多數是蛋白質，少數是RNA）、酶催化作用效率高于無機催化劑及酶催化作用的條件等概念的同時，學生對“酶是活細胞產生的具有催化作用的有機物”這一概念也會有更深刻、更全面的認識，完善他們對“酶”已有的認知。

生物學概念很多是知識性概念，這些概念的獲取需要借助思維。在實驗的基礎上通過歸納，學生通過推理而最終得出結論，再將該結論推廣應用到其他情境中，也就獲得了概念。同時，在探究過程中需要培養的6種能力也得到了培養，避免了死記硬背式的灌輸，學生的學習興趣得到提高，學習的實效性增強。

四、教學體會

在本課內容的教學中，先通過在課堂上分析眾多科學家的經典實驗，并進行適當的改編，逐步得出酶的本質；再設計探究性實驗分析得出酶的專一性、高效性和需要適宜的條件這一系列的生物概念，進一步完善酶的概念。讓學生真正從“聽和背”中解脫出來，實現“做中學”。正如孔子所說的：如果你講給我聽，我會忘記；如果你做給我看，我會記住；如果你帶我一起做，我會理解。因此，在探究性實驗過程中構建生物學概念不失為知識獲取和能力培養的有效方法。

參考文獻：

[1]游隆信.生物學概念的教學策略探析[J].生物學教學，2005，30（2）：46-47.

[2]周哲.高中生物驗證性實驗和探究性實驗教學的比較[J].實驗教學與儀器，2009（11）：26-27.

編輯 薄躍華