體驗科學探究，建構重要概念

姚國平

(江蘇省無錫市南湖中學 214121)

生物學重要概念處于學科中心位置，包括了對生命基本現象、規律、理論等的理解和解釋，對學生學習生物學及相關的科學具有重要的支撐作用[1]。學科的概念原理體系只有與相應的探究過程及方法論結合起來，才能有助于學生形成一個既有肌體又有靈魂的活的學科認知結構，才能使學生的理智過程和精神世界獲得實質性的發展與提升[2]。本文探討通過科學探究來實現重要概念建構的教學策略。

1 考量學習環境，精設探究空間，促進概念建構

建構主義認為，有效的學習環境為學習者提供了一個促進其情境認知、知識建構和深度理解的學習支持體系。如果說教師和學生是探究活動的主角，那么良好的探究環境就好比是他們活動的舞臺，這個舞臺為學生自主探究提供了體驗的場所和機會，也為學生提供了感受意義、建構意義的信息來源。就學習空間而言，為了提高學生概念建構的有效性，促進學生對不同概念的深層理解，教師需要精心設置具有開放性、支持性，能激發多種思維、滋養多樣性的探究環境，充分利用實驗室、植物園，甚至是社區公園、濕地等場所，引領學生去觸摸課內無法取得的東西，接收課內無法取得的信息。

例如，“哺乳類的主要特征”這一概念，是以觀察家兔的形態特征為范例的，如果僅僅是觀察圖片和標本，在間接經驗基礎上建立起來的概念無疑是蒼白的。在實踐中可以采用戶外教學的形式，讓學生在草坪上直接觀察幾只家兔，通過現場觀察，學生獲得如下事實和信息：家兔全身披滿了毛，有純白的、灰色的，灰兔躲在灌木叢的落葉里很難發現；家兔會不停地進食，吃的時候會不時地抬頭向四周張望，每當周圍出現異常的聲音，便會立即豎起原本下垂的雙耳，緊張地四處張望，確認無危險時才會繼續吃草；家兔前肢短小，后肢發達，跳躍時后腿用力一蹬，一蹦一跳，一溜煙就不見蹤影……這一切都體現了哺乳動物對外界生存環境的變化有很強的適應能力。

這樣，由于教師創設了一種合乎自然的探究空間，學生獲得了豐富的信息，在“結構與功能相統一”“生物與環境相適應”的觀念根植下，自然而然地領會到哺乳動物的主要特征，重要概念的建構也就水到渠成。

2 改變學習方式，精選探究資源，促進概念建構

課程實施的范圍和水平取決于課程資源的豐富程度和適切程度，改變傳統的教學觀念，突出學生的學習主體地位，是課程資源開發的重要原則之一。資源無限，貴在開發。學具是一種優秀的課程資源，課程學習中操作學具能改變學生被動、接受的學習方式，促使他們主動投入到知識真理的探究中。生物學概念的形成離不開個體對具體事物的感知和判斷，離不開身體自身的感知經驗。運用學具操作這一具身性活動，有利于學生通過動手、觀察、表達、交流等方式自主獲得概念的意義，建立概念間的聯系，構建自己的概念體系。

例如，蘇科版七年級上冊中“呼吸運動”是一個重要概念，初一學生由于缺乏必要的生理知識和有關“壓強”的物理知識，學習這一生命現象比較難。傳統教學中，運用玻璃鐘罩模型類比胸廓來演示，由于學生在學習中處于被動接受的地位，收效甚微。針對上述問題，在課前布置學生用雪碧、可樂等軟塑料瓶和心形氣球制作胸廓模型(剪除底部的軟塑料瓶代表胸廓，氣球剪成的橡皮膜代表膈，心形氣球代表雙肺。在塑料瓶底部套上橡皮膜，將氣球箍緊瓶口后倒扣入瓶內，就能制作成一個簡易模型。這一模型取材方便，制作簡單，由于塑料瓶質地軟，還能演示胸廓的變化)作為學具在課堂上自主探究呼吸運動的原理。首先讓學生雙手輕按胸部，體驗呼吸與胸廓運動有關，然后以小組為單位完成探究任務：操作胸廓模型，運用不同的方式使得“肺”擴張和收縮，并說明原理。小組成員有的捏塑料瓶，有的拉橡皮膜，在獲得感性認識的基礎上積極思考、交流發生變化的原因。

這樣，在互相交流、補充中理解“呼吸運動引起胸廓體積變化，而后導致氣體進出肺”的生理過程，同時轉變學生普遍存在的“吸氣，胸廓擴大；呼氣，胸廓縮小”的錯誤前概念。

3 厘清知識網絡，精置探究活動，促進概念建構

加涅提出了知識網絡的概念，指出知識是作為一個整體進行表征的。生物學重要概念居于生物學知識的主干地位，是一個較為復雜的網絡系統，系統內部具有多層次、多部分且各個部分相互聯接、嵌套，具體表現為重要概念和相關下位概念間的關系以及重要概念和生命現象、生物學事實的有機聯系。厘清重要概念系統內部的關系，還原知識網絡為知識點，進而選擇適切性強的探究活動是概念教學設計的基本前提。這樣，有利于引導學生更加全面觀察生命現象、深入分析生物學事實，促進學生由局部到整體、由感性到理性、由現象到本質一步步去把握生命活動規律，從而為理解或領悟重要概念的本質打下堅實的基礎。

例如，“呼吸作用”涉及能量的轉換和物質的變化，這一復雜概念和“呼吸釋放能量、呼吸分解有機物、呼吸消耗氧氣、呼吸產生水、呼吸產生二氧化碳”5種生命現象之間存在高度的關聯性，任何一種現象的認知缺失都會影響到概念的準確建構。在蘇科版教材“能量的釋放和利用”一節中，設置了如下探究活動：①通過測量不同生活狀態下的呼吸頻率，讓學生自己體驗呼吸和能量釋放的關系(教師引導學生回憶能量儲存于有機物中)；②設置植物呼吸的2個探究性實驗，驗證呼吸過程中消耗了氧，釋放出二氧化碳。不過，這些探究活動尚不足以充分解決概念內涵，因為學生對于呼吸作用“產生水”并沒有任何感性或理性的認識。教學中可增設一則資料探究：“動物和人為什么需要氧氣呢? 這是因為在氧氣的參與下，有機物會被分解并放出能量。那么，‘氧’是被如何利用的呢?英國生物化學家克雷布斯(H.Krebs)等進行的研究發現，原來有機物在復雜的轉化過程中，不斷地脫氫，這些脫出的氫再與氧結合生成了水。”讓學生經分析得出“呼吸過程中產生了水”這一結論。顯然，對這些關聯性現象的探究過程是對概念的深度理解過程。

這樣，在一系列探究活動的引領下，學生將最終認識生命活動所需的能量是生物體細胞通過分解有機物釋放出來的，同時還產生了水和二氧化碳。由此，深刻理解呼吸作用的含義，并逐步構建并完善了“呼吸作用”的概念。

4 把握認知規律，精準探究邏輯，促進概念建構

有邏輯的教學能夠使教學變得有序、有效，能夠幫助學生建立良好的認知結構，進而順利實現知識的內化。在探究活動中，教師既要依循教材所提供的教學內容及其水平，也要遵從學生發展的實際狀態，精確找準學生探究的邏輯起點，并以此為基礎設計清晰的探究教學邏輯，以促進概念的穩固建構和深刻理解。否則，探究過程就會雜亂無序，概念建構變得支離破碎，重要概念的統領性、遷移性將不復存在。

例如，關于“家鴿適應空中飛行的特征”的探究活動，常見的教學設計是：教師創設特定情境后，學生在問題的引領下，亦步亦趨觀察家鴿的模型、圖片，結合資料分析，最后歸納總結出主要特征。這樣的教學過程看似比較流暢，教學目標也似乎容易達成。不過，這種設計封閉性極強，離開了教師的引導，學生會束手無策，不利于學生獨立探究能力的提高和對生物學概念的自主建構。因為對于學生來說，鳥類是“熟悉的陌生者”，他們雖然具備了鳥類形態、結構方面的一些日常概念，但是如何從理性角度梳理“適于飛行的特征”則缺乏相應的內在的邏輯依據，即不清楚應該從哪幾個角度入手來探究這一主題。據此分析，教師首先通過創設情境(如小時候玩紙飛機的經驗，或者英國每年舉辦 “國際鳥人大賽” 的新聞)讓學生厘清這樣一個邏輯思路：若要穩穩地“飛”起來，必須要解決好“減少飛行阻力、減輕自身體重、增加飛行動力”三個方面的問題。然后，引導學生緊緊圍繞以上三個方面進行自主探究，在此基礎上學生就會形成和理解“鳥類的主要特征”這一重要概念。

學生學習的邏輯起點決定了教學的邏輯起點，案例中教師通過精心預設包攝性更強的上位觀念，精準定位學生學習的邏輯起點，為實現有效探究以及對概念的深刻理解打下了基礎。