以實驗探究促進生物學概念建構例談

趙廣宇

(四川省成都市石室中學 610041)

在生物學教學中開展探究性實驗活動，可以使學生從概念、規律開始學習的方式，轉變為通過探究性實驗活動獲取相關的生物學事實，在自主建構科學概念的同時培養探究能力和創新思維。

1 探究性實驗活動有利于學生對生物學概念的建構

生物學重要概念是對生命基本現象、規律、理論的理解和詮釋，處于學科知識的中心位置。教師需要引導學生以發現、查閱的大量事實性材料作為依據，揭示事物的本質屬性，進而建構相關的生物科學概念、理論[1]。要善于幫助學生去分析、綜合、抽象、概括，引導學生通過合作交流、互相切磋對諸多事實、表象作深入地思考，由表及里、去偽存真，形成科學概念。在可能的條件下，引導學生進行實驗、探究、設計圖解，甚至構建模型[2]。

例如，學生通過觀察“鳥類”剝制標本和骨骼標本等，能夠歸納出鳥類適于飛翔的特征。通過親身經歷和體驗科學探究實驗活動，在自身的感知、操作等實踐活動中，發現和探索生命現象與生物學問題，經過分析、比較、推理、綜合等思維活動，歸納出具有本質屬性的規律，形成相關的理論與定律，最終建構起科學概念。

2 開展探究性實驗活動建構重要概念的策略

開展探究性實驗活動，是學生學習生物學知識并建構概念、提升科學探究能力的基本方式之一。教師通過創設問題情景，引導學生在新情景下運用已有概念去閱讀新的事例，在探究性實驗活動中解決問題，進而揭示本質，總結規律，形成概念；也可運用科學概念，解釋和解決相關問題，促進學生內化知識，實現對科學概念的真正理解。

2.1 精心組織探究素材，合理設計探究方式 探究性實驗是模擬科學研究的活動過程，邏輯性和程序性很強。教師引導學生開展探究實驗活動時，要根據學生的學習能力、知識基礎、教學條件等因素，對教學內容、探究的問題及材料等，進行深入的分析、選擇和改造，將探究性實驗活動設計成不同的類型，以適應學生開展探究性學習的需要，符合通過探究性學習建構科學概念的要求。

2.1.1 學生自主式探究 自主式探究是學生經歷發現問題、辨別變量、形成假設、設計實驗、完成實驗、驗證假設、得出結論等實驗探究過程，最終建構概念。探究過程可以是完整的實驗探究過程，也可以是部分實驗探究過程。其最重要的特征是自主性，要求學生自主完成探究的全過程，包括設計探究方法和程序、查閱資料、搜集和處理信息、分析探究結果、得出結論，實現自主建構科學概念。

例如，“測定影響酶活性的最適溫度和最適pH”的探究實驗中，教師調動學生多方位、多角度進行發散思維，充分激發學習的自主性和創新性。學生通過查閱資料，分別嘗試選擇淀粉酶或過氧化氫酶等不同的酶作為實驗材料，以便從中歸納出酶的普遍規律。同時，針對實驗材料的不同，提出具有創新性的控制因變量的方法，以檢驗實驗結果，如以糖尿病試紙作為檢驗手段，測定還原性糖的產生；用氣球的充盈時間和充盈程度來判斷O2的產生量等。這樣，使學生在提高科學探究能力的同時，進一步理解科學探究的內涵。

學生自主式探究除需要自身有較高的學習能力外，教師應擔當指導者和幫助者的角色。在學生探究過程中，重在引導學生探尋實驗研究的基本原則和方法，通過分析實驗現象得出結論，最終形成概念。例如，“測定影響酶活性的最適溫度”時，學生通常只設計0℃、60℃、100℃共3個溫度，以此得出酶的最適溫度應該在60℃。針對學生的問題，教師可要求學生將實驗結果轉換成坐標曲線，再引導分析曲線。此時，學生發現3個溫度梯度無法真正測定出酶的最適溫度，也無法得出溫度對酶活性影響的趨勢性變化。教師進一步引導學生思考：如何設計溫度梯度？在教師的指導下，學生們結合數學中逼近法的思想，悟出梯度實驗的設計原理，最終領悟影響酶活性的最適溫度和最適pH的內涵。

2.1.2 教師引導式探究 引導式探究是在探究難度較大、學生能力不足、學習時間有限的情況下，主要由教師提出探究問題，提供相關的研究材料，學生在教師的引導和幫助下，設計并完成實驗。學生收集實驗現象、整理實驗數據和結果，展開分析和討論，思考和解決所需探究的問題，經過理性的推理過程，自行發現并歸納、總結出科學的結論，發現和領悟新的知識，構建新的概念。

例如，“探究CO2濃度對光合作用強度的影響”時，學生就需要在教師的引導下，尋找如何控制實驗變量——CO2濃度的方法；學會處理全班不同組別的實驗數據、進而建構數學模型；最后分析CO2濃度影響光合作用強度的原因，得出光反應與暗反應的關系，從而真正建構起光合作用過程的概念。

2.2 學習方式多樣化，重在概念建構 通過科學的實驗探究建構生物學概念，關鍵是以探究實驗活動為載體，讓學生通過探究性學習形成重要概念。需要教師把握探究性學習的內涵，將探究實驗活動與概念學習有機結合，選擇的探究實驗對象和內容要符合教學目標的要求。不能追求形式上的熱鬧，避免出現漫無邊際的自由探究。

可采用“觀察—分析—結論”的方式，學生以生物學現象或事實為基礎，進行觀察、描述，然后通過分析、歸納、比較等思維活動，對事物進行抽象和概括，最后形成概念。例如，在學習“血管”知識時，筆者設計了通過“觀察小魚尾鰭的血液流動”實驗，建構動脈、靜脈和毛細血管的概念。學生在觀察過程中，先是根據血管粗細判定動脈和靜脈，然后僅根據血流速度的快慢進行判定，接著是依據單一血管中的血流方向來判定。最終在教師的引導下，依據教材對動脈、靜脈和毛細血管的定義，發現了具有分支的血管類型，然后根據血管中血液是從分支血管流向大血管、還是由大血管流向分支血管的特征，判斷動脈和靜脈，同時根據血管中血細胞流動特點判斷毛細血管類型。這樣經過由表及里、由現象到本質的觀察過程，通過分析和總結，建構上述概念。

也可采用“假設—實驗—推理”的方式，在“探究影響霉菌生活的環境條件”實驗中，教師引導學生從生活經驗出發，對霉菌生活所需要的環境條件做出假設，使學生能夠以生物學的現象或研究材料為依據，發現并提出問題；然后指導學生設計實驗方案以驗證假設，最后分析實驗結果，進行演繹推理得出結論，最終形成概念。

2.3 設計探究問題，聚焦概念學習 開展探究性實驗建構概念時，要聚焦知識板塊中的核心概念。以核心概念為中心，統領基礎知識，并形成具有內在邏輯關系的知識結構[3]。

例如，在建構“細胞基本結構”的概念時，教師設計層層遞進的問題體系，圍繞核心概念的主線逐層深入，展開一系列思維活動(解釋、尋找證據和實例、綜合、應用、類推、以自己的方式復述等)：首先引導學生觀察心肌細胞和洋蔥表皮細胞，然后要求學生畫出兩種細胞的結構示意圖，這涉及到動植物細胞在結構上的區別，是對學生具有一定挑戰性、值得探究的問題。會引發學生之間的爭論，使學生通過再觀察去探究、去發現，然后通過討論、總結，得出細胞結構的相關概念。教師還應充分發掘材料的內涵，引導學生在觀察細胞的亞顯微結構圖片的基礎上，制作細胞的立體結構模型。這就需要學生對觀察到的感性認識進行抽象和歸納，從而將探究的活動與知識的學習自然地聯系起來，搭建具有邏輯意義的知識框架。最終，學生生成了“細胞具有細胞膜、細胞質、細胞核等基本結構，動植物細胞有著相似的基本結構，但在葉綠體、液泡、細胞壁等結構上又有區別”的重要概念，從而把自行發現的新知識有機地納入自己原有的知識體系中，內化為自己的知識。

通過以學生為主體的探究性實驗活動，可以擺脫概念學習中常見的簡單機械式記憶的學習方式，引導學生將學習重心從記憶知識轉移到深層次理解上，組織構建科學的知識體系，真正理解事實性知識的本質，達成重要概念的自主建構。