建構主義學習理論視角下的生物學實驗教學
——以“探究光照強度與光合速率的關系”為例

李 林 徐作英

(四川師范大學生命科學學院 成都 610101)

彭 棣

(四川省溫江中學 成都 611130)

1 問題的提出

升學壓力大、教學任務重、課時不足等是高中生物學教師面臨的現實壓力。由此，教師對實驗課內容的選取基本是與高考相關的，常采用傳統的講授教學方法，往往忽視培養學生的興趣和實驗能力。如何提高學生的實踐機會，培養學生主動探究的精神，是教師需要思考和探索的問題。

2 建構主義學習理論

建構主義是認知主義發展到一定階段的分支，最早由瑞士的心理學家皮亞杰提出，他認為兒童的認知發展是兒童與其周圍環境相互作用的結果。Gagnon & Colliery系統地研究建構主義理論，總結了建構主義學習的六個基本要素：創設情境、提出問題、搭建橋梁、組織協作、展示成果、反思過程，而其中的“情境”“協作”“會話”“意義建構”構成了建構主義四大屬性[1]。生物學實驗教學需要體現兒童的主體性，同時教師要引導學生自主探究，引起其認知沖突，幫助學生同化或者順應自己原有認知結構，而知識也不是簡單從教師傳給學生，是需要學習者進行主動意義建構[2]。

3 建構主義學習理論在生物實驗教學中的應用

高中生物學新課程標準提出培養學生的核心素養，科學探究是其中一個重要方面。教師應該因地制宜地進行生物探究式實驗教學。本文以高中生物學實驗“探究光照強度與光合作用的關系”為具體實例，從建構主義學習理論的“情境”“協作”“會話”“意義建構”四個方面，同時結合實驗式探究的教學方法，闡述建構主義如何協助學生進行意義建構。

3.1 情境 情境即符合學生進行意義建構的學習環境，合理創設情境，是意義建構的必要前提。

教師先呈現大棚種植綠色蔬菜的圖片，引導學生思考大棚種植蔬菜的優勢，提問蔬菜進行光合作用受到哪些因素影響？(預留學生思考時間)隨后依據教材的資料卡和圖片呈現信息，基于光合速率的概念，請學生思考光照強度與光合速率有什么關系。

采用情境導入與回顧復習，引起學生興趣，激發學生思考。引導學生進入“蔬菜進行光合作用”的情境，后提問學生“光合作用的影響因素”，通過聯系生活實際，幫助學生理解影響光合作用的因素。隨著進一步提問，暴露學生的問題：光合速率與光合作用的內在關系，光照強度與光合速率的具體關系，同時激發學生主動探究“光合速率與光合作用關系”，由此確定“探究課題”。

3.2 協作 協作即作為建構主義教學理論的核心概念，旨在為知識的意義建構提供一個教學環境。它不僅包括生生之間的交流，也強調師生之間的探討，對教學資料的收集、教學假設的提出與驗證、教學成果的評價起著重要的作用。

教師請學生猜想：“光合強度與光合作用的關系呈線性相關”是否有道理，如何通過實驗來探究。提示學生參考教材實驗設計步驟，指導學生提出假設、設計實驗、驗證假設。教師將全班分為8個小組，每組5人，確定組長。提供必需的實驗器材：秒表、鉆孔器、30 W的臺燈、小燒杯、量筒、吸管、直尺等。實驗過程中，教師要提供必要指導：如指導學生如何打下完整圓形葉片，圓形葉片的選擇，同時關注每個小組收集整理數據；指導學生準確記錄圓形葉片上浮的時間及其對應距離梯度。

學生小組長提前準備綠色質地軟而嫩綠的葉片(同種植物，長勢相同)，學生小組學習交流后，依據參考教材上的實驗設計提示與教師提供的材料，小組討論設計具體實驗步驟：制作圓葉片—調節葉片體重—組裝裝置—設置距離梯度—光照—觀察記錄—重復3次—整理數據—得出結論。隨后小組分工進行實驗：其中2人打圓片，2人設置裝置，1人記錄。

分析：在協作環節，學生小組之間在老師提供的必要教學材料前提之下，對猜想進一步探究。在實驗中，學生面對新的問題，獨自無法解決，需要通過小組的溝通、協作，完成探究計劃的制定；教師也要與學生交流，為學生提供必需的指導。實驗過程中，學生積極分工合作，準確整理收集數據，有利于培養其合作精神與科學探究態度。在協作下，完成“提出假設”“設計實驗”“驗證假設”。

3.3 會話 會話即對話交流，小組成員通過交流協商完成指定的任務。交流可以分享信息，彌補小組不足，是幫助學生意義建構的重要方式。

探究實驗后，教師請學生將觀察的結果填入自主設計的表格中，然后學生作圖(橫坐標表示距離，縱坐標表示圓形葉片上浮時間)比較在距離40 W的臺燈60 cm、50 cm、40 cm、30 cm及20 cm哪個距離(平均距離)圓形葉片上浮的時間最短；1、2小組上臺展示圖形。

學生繪制的折線圖不僅反映了學生處理數據的能力，更體現了學生科學探究的態度。本實驗中數據的獲得、記錄、分析以及折線圖制作分析是教學重難點。因此，師生之間的對話交流是必不可少的，但對話交流不是一種形式化，而是以“問題”中心進行探討交流。例如，燒杯為什么要加5～6片圓形葉片？為什么每小組實驗要進行3次？由此，完成實驗探究的“分析討論”。

3.4 意義建構 意義建構即指學習者通過情境創設、協作交流、完成知識的遷移，建立自己對事物的認知結構。

教師以一組問題引導學生思考并得出結論，①圓形葉片在距離45 cm時，葉片上浮時間最短，說明什么？②為什么圓形葉片在距離53 cm之后，葉片上浮時間反而變得更長了？③達到了什么飽和？

學生通過實驗結論，驗證了自己的假設，也就能夠順理成章地回答以上問題。只有學生原來的認識經驗(假設)與實驗結果一致，學生的關于“光照強度與光合速率的關系”的猜想才進行了意義構建；教師一般采取相應課堂練習，幫助學生不斷修正、提高、發展自己關于“在一定范圍內，光合速率隨著光照強度增加而增加”的這一知識構建。最后，完成實驗探究的“得出結論”。

4 教學反思

本實驗的重點是獲得、記錄、分析以及繪制折線圖，無關變量控制(圓形葉片面積、外界溫度、起始O2濃度與CO2濃度)；難點是引導學生自主設計合理的探究方案、收集數據、正確繪制圖形、分析圖形并得出結論。實驗過程中主要的問題：40 W臺燈的光強不夠，葉片的上浮時間反映不明顯；高二年級的學生實驗操作不規范；如制作圓片時，葉片被鉆孔器打裂開，導致葉綠素丟失，影響光合速率；一些學生沒有調節圓葉體重，直接進行實驗。

本實驗的特色在于：建構主義學習理論為依據，從“情境”“協作”“會話”“意義建構”四個基本屬性來剖析“光照強度與光合速率的關系”這一實驗探究過程，以期科學指導生物實驗教學，培養高中生核心素養中的科學探究能力。