基于知識發生過程的概念教學在“光合作用”教學中的應用

趙曉燕 徐益苗

摘 要：知識發生過程教學即揭示知識的來龍去脈，還原知識生產的原始背景，讓學生親身體驗和感受知識發生和發展的全過程。在生物重要概念教學中進行知識發生過程教學的內涵是：讓學生追溯生物學概念的形成過程，讓學生親歷生物學概念的建立過程，讓學生體驗生物學實驗的設計過程。

關鍵詞：知識發生過程；生物重要概念；光合作用

2011版生物學課程標準提出了50個重要概念，光合作用的概念是學生習得的第一個復雜的重要概念。在傳統的生物學概念教學中，側重對概念定義的解釋，明確概念的內涵、外延以及相關概念間的聯系與區別，而對概念的形成與發展過程，則輕描淡寫。這種做法強化了學習的結果，卻弱化了學習的過程，不僅對學生立體地把握概念的實質是不利的，也有礙于對學生能力的培養。本文以“光合作用”這一重要概念為例，談談如何基于知識發生過程開展概念教學。

一、追溯歷史，讓學生體驗概念的形成過程

生物學重要概念是從大量的生物現象和過程中抽象出來的，它深刻地反映了事物的共同特征和本質屬性。因此可以說，概念是濃縮的理論知識。人們對概念的認識是一個不斷深入的發展過程，它從感性直觀出發，達到抽象概括，進而發展到理論水平。在教材中“光合作用”只有結論性的描述，考慮到人們對“光合作用”的認識是隨著生物學的發展不斷豐富和清晰的，教師在教學中如若能重現“光合作用”概念的形成過程，必然能促進學生更加立體地認知“光合作用”。

兩千多年前，亞里士多德認為：植物體是由“土壤汁”構成的，即植物生長發育所需的物質完全來自土壤；1648年荷蘭人范·海爾蒙特的柳苗實驗得出了“構成植物體的物質來自水，土壤只供給極少量物質”這一結論；1771年英國普里斯特萊通過實驗證實了植物能更新由于蠟燭燃燒或動物呼吸而污濁的空氣；1779年荷蘭英格豪斯在實驗后發現，只有在光照條件下，植物才能更新由于蠟燭燃燒或動物呼吸而污濁的空氣；1782年瑞士謝尼伯的實驗揭示了在陽光作用下，植物依靠著二氧化碳的“營養”，釋放氧氣；1804年瑞士索熱爾通過定量測定發現：在光合作用過程中，植物制造有機物和氧釋放量之和，遠遠超過二氧化碳吸收量，由此明確了水是光合作用的原料之一；1864年德國薩克斯實驗證明了綠葉在光合作用時形成淀粉；1880年美國恩吉爾曼通過水綿實驗證實葉綠體在光下可以產生氧氣；1941年美國魯賓和卡門利用同位素標記技術揭示了光合作用產生的氧氣來自于水；1945年美國卡爾文用同位素示蹤法得知光合作用中間產物和環節，確定暗反應過程。

通過對光合作用發現史的學習，學生如科學家一般經歷探索光合作用的“心路歷程”，有助于更加全面了解光合作用的實質。實踐表明，由一定的教學過程孕育和發展而形成的生物學概念，才會使學生感到有血有肉，清晰豐滿，從而內化于自己的原有認知結構之中。

二、滲透方法，讓學生參與問題的解決過程

生物學重要概念不僅是人類認識世界的結論，更是人類的智慧結晶，其本身就蘊含著人類認識事物的方法和心智操作的方式。這種原始的認識過程是相當復雜、曲折、豐富的，其中包含著知識初創者大量的直覺想象、猜測與假說、觀察與實驗、推理與建模等。生物學的研究方法和思維模式，是構成這門學科的重要組成部分，是生物學最精彩的內容。讓學生重溫科學家當年發現光合作用的經典實驗，教師要結合教材有取舍地選用科學史，將其與教材內容有機結合。教師精心設計教學過程，同時充分發揮學生的主體作用，引導學生分析經典實驗，理解這些實驗的原理和目的，以及科學家在實驗設計上的巧妙之處，學生可在此過程中主動獲取知識，獲得科學思維方法的熏陶和引導，提升科學素養。

光合作用概念的建構離不開實驗教學，學生動手重復經典實驗可在客觀實驗結果的基礎上抽象概括光合作用的概念。如在學生動手重復1864年德國科學家薩克斯的實驗前，可設置問題引導分析薩克斯的關鍵步驟，啟發學生思考設計實驗應考慮哪些重要問題。

1864年德國科學家薩克斯的實驗（下圖）：將一種植物的葉片放在暗處幾小時，再將這片葉片一半照光，一半遮光。一段時間后，用碘蒸汽處理葉片，發現遮光的一半葉片的顏色沒有發生變化，而照光的一半則呈深藍色。

思考：

（1）實驗前，為什么要將天竺葵進行暗處理？排除葉片中原有的淀粉對實驗結果的干擾。

（2）為什么要對葉片進行脫色處理呢？脫色處理，排除綠色對實驗結果中顏色觀察的干擾。

啟示1：實驗過程中要處理好實驗材料以消除材料自身因素對實驗結果的干擾，才能增強實驗結果的可信度。即控制單一變量原則。

（3）對一片葉子部分遮光的目的是什么？這樣的實驗設計有什么好處呢？設置對照，通過對照可排除無關變量對實驗的影響，又體現實驗變量的作用。

啟示2：通過對照增強了實驗結果的說服力，綠葉制造淀粉需要光。即設置對照實驗原則。

（4）往葉片上滴加碘液的目的是什么？檢驗淀粉。

（5）經過碘液處理后，葉片發生了什么變化？如何解釋這一現象？遮光部分不變藍，未遮光部分變藍。說明綠葉在光下制造淀粉。

啟示3：實驗時，要選擇恰當的觀測指標使結果較易觀察。

通過對光合作用經典實驗的分析和重復，學生在動手實踐中不僅獲取知識，還能體會科學家們開展科學研究的方法和思維。有時，學生持有的觀點會與科學概念不一致，教師可以引導學生自己設計實驗檢驗、探索知識。例如，有學生認為植物白天只進行光合作用，吸收二氧化碳，放出氧氣；而晚上只進行呼吸作用。為了消除學生“呼吸作用只能在（晚上）無光時進行”這一錯誤概念，可以讓學生自己設計補充實驗證明“植物在（白天）有光的條件下也進行呼吸作用”。實驗原理為黃化苗中不含葉綠體，在不能進行光合作用的情況下，呼吸作用顯著些，便于觀察。將綠豆幼苗進行遮光處理，形成黃化苗，轉入透明塑料瓶內密封后光照8小時后作為實驗組，空瓶密封后同時進行光照8小時后作為對照組。分別用點燃的小木條迅速伸入兩個瓶內，觀察火焰是否有變化，向兩個瓶內注入50ml澄清石灰水，輕輕搖晃，然后倒入兩支試管中，觀察石灰水是否有變化。

參考文獻：

封晶晶.初中生物科學史有效教學的策略研究[J].教師，2010（8）：29.

編輯 趙飛飛