知識遷移在“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”教學(xué)中的體現(xiàn)

沈兆瑞

(天津市楊村第一中學(xué) 301700)

現(xiàn)代教育心理學(xué)將遷移定義為：“一種學(xué)習(xí)對另一種學(xué)習(xí)的影響”。知識遷移是指在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中，已有的認(rèn)知水平對新的學(xué)習(xí)情景所產(chǎn)生的影響[1]。依據(jù)不同的作用和表現(xiàn)形式，可將遷移分為如下幾類：正遷移與負(fù)遷移，近遷移與遠(yuǎn)遷移，水平遷移與垂直遷移等[2]。其中正遷移是指已有認(rèn)知水平對后續(xù)學(xué)習(xí)產(chǎn)生促進(jìn)作用，反之為負(fù)遷移[3]。在生物學(xué)教學(xué)中合理運(yùn)用知識遷移原理，對高中學(xué)生邏輯思維的培養(yǎng)、學(xué)習(xí)能力的促進(jìn)有重要意義。知識遷移在高中生物學(xué)教學(xué)中運(yùn)用廣泛，本文以“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”為例，淺談教學(xué)中知識遷移的體現(xiàn)。

本章節(jié)包括兩個(gè)環(huán)節(jié)：“滲透現(xiàn)象”(引入環(huán)節(jié))與“細(xì)胞的吸水與失水”(重點(diǎn)環(huán)節(jié))，對于初次接觸“滲透”概念的學(xué)生而言，兩個(gè)環(huán)節(jié)的聯(lián)系并不緊密。不僅如此，由于“滲透現(xiàn)象”的實(shí)驗(yàn)原理晦澀難懂，若教學(xué)過程中對該環(huán)節(jié)把握失當(dāng)，則會導(dǎo)致學(xué)習(xí)過程中負(fù)遷移的產(chǎn)生——不少學(xué)生在完成引入環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)后，反而對水分進(jìn)出細(xì)胞的現(xiàn)象更加疑惑。在教學(xué)過程中如何避免負(fù)遷移的產(chǎn)生，進(jìn)行正遷移教學(xué)呢？

1 “滲透現(xiàn)象”中知識遷移的體現(xiàn)

教學(xué)過程中，不少教師對如何處理“滲透現(xiàn)象”比較頭疼，學(xué)生對該環(huán)節(jié)更是疑點(diǎn)叢叢，主要原因如下：①滲透概念的外延面廣,所涉及的實(shí)驗(yàn)中混雜著物理與化學(xué)的相關(guān)知識，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)較難闡述；②許多學(xué)生錯(cuò)誤認(rèn)為滲透現(xiàn)象與后續(xù)內(nèi)容聯(lián)系不夠緊密，導(dǎo)致學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)重難點(diǎn)偏移等情況；③相關(guān)課后習(xí)題往往融合多門學(xué)科知識，難度偏大。那么本章節(jié)中學(xué)習(xí)“滲透現(xiàn)象”的意義是什么，對后續(xù)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)又會產(chǎn)生怎樣的影響呢？這是教學(xué)過程中首先面臨的問題。

知識遷移中的共同要素學(xué)說表明：必須存在相同要素，一種學(xué)習(xí)才能影響另一種學(xué)習(xí)。簡而言之，只有正確理解本章節(jié)兩個(gè)環(huán)節(jié)的相同之處，才能夠產(chǎn)生正遷移。“滲透現(xiàn)象”與“細(xì)胞的吸水與失水”所涉及到的滲透體系并不相同，兩者相同之處在于實(shí)驗(yàn)原理一致。據(jù)此，教學(xué)過程中應(yīng)重視引入環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，通過理解“滲透現(xiàn)象”的原理來進(jìn)一步影響后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，找到體外與體內(nèi)系統(tǒng)中水分進(jìn)出的共同點(diǎn)，從而產(chǎn)生正遷移。

1.1 正確理解滲透現(xiàn)象，避免負(fù)遷移 本章節(jié)的“滲透現(xiàn)象”是一個(gè)典型的體外實(shí)驗(yàn)，由漏斗、玻璃紙(半透膜)與兩側(cè)液體(清水與蔗糖溶液)共同構(gòu)成。該實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象明顯，其點(diǎn)睛之處在于利用了漏斗的細(xì)頸將水面的上升效果放大，直觀體現(xiàn)為“水向高處流”這一特殊現(xiàn)象，有利于對滲透現(xiàn)象的觀察。實(shí)驗(yàn)原理為：內(nèi)部溶液濃度較高，導(dǎo)致水分子順相對含量梯度進(jìn)入漏斗中，引起液面上升。

分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可知滲透現(xiàn)象的發(fā)生條件必須滿足兩個(gè)條件：①存在半透膜；②半透膜的兩側(cè)存在濃度差。然而，該結(jié)論對后續(xù)環(huán)節(jié)的影響是間接的，如果忽略兩個(gè)環(huán)節(jié)之間的本質(zhì)聯(lián)系，則會導(dǎo)致本章節(jié)前后內(nèi)容無法銜接，甚至產(chǎn)生負(fù)遷移。目前已經(jīng)呈現(xiàn)大量“漏斗題”“U型管題”，這些習(xí)題無一例外地?fù)诫s著“壓強(qiáng)”“摩爾濃度”等知識，偏離了對于滲透現(xiàn)象原理的考察。學(xué)生在完成上述習(xí)題后，不僅增加了學(xué)習(xí)難度，而且對后續(xù)內(nèi)容的開展產(chǎn)生消極的影響，屬于典型的負(fù)遷移。

1.2 巧妙設(shè)計(jì)滲透實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)正遷移 如何銜接“滲透現(xiàn)象”與“細(xì)胞的吸水與失水”的關(guān)系就顯得尤為重要。既然兩者共同要素為實(shí)驗(yàn)原理，那么，設(shè)計(jì)一個(gè)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)來幫助學(xué)生理解并運(yùn)用該原理將起到事半功倍的教學(xué)效果。

引入環(huán)節(jié)中，滲透現(xiàn)象的發(fā)生必須滿足兩個(gè)條件。引導(dǎo)學(xué)生逆向思考：“一旦發(fā)生滲透現(xiàn)象，則必然存在半透膜和濃度差。”據(jù)此提出假設(shè)：假如“某物質(zhì)”相當(dāng)于一層半透膜，那么在合適的滲透裝置和濃度差存在的前提下，就能觀察到滲透現(xiàn)象。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)如下：

(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證透析膜是否為半透膜。

(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果：本實(shí)驗(yàn)中的滲透系統(tǒng)由試管、透析膜以及兩側(cè)溶液共同構(gòu)成。其中外部溶液均為蒸餾水，對照組與實(shí)驗(yàn)組的內(nèi)部溶液如表1所示(內(nèi)部溶液可添加藍(lán)色或紅色顏料來利于觀察液面變化的對比度)。將對照組與實(shí)驗(yàn)組試管浸沒于蒸餾水中，此刻對照組與實(shí)驗(yàn)組的液面高度一致；3 h后，A組液面沒有發(fā)生明顯變化，而實(shí)驗(yàn)組B與C的液面均發(fā)生不同程度的上升。與對照組相比，實(shí)驗(yàn)組發(fā)生了明顯的滲透作用，水分順相對含量梯度由外界穿過透析膜進(jìn)入蔗糖溶液中。

表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

(3) 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：實(shí)驗(yàn)組B與C均發(fā)生了滲透現(xiàn)象，透析膜與兩側(cè)溶液構(gòu)成了標(biāo)準(zhǔn)的滲透裝置。由此可知，透析膜相當(dāng)于一層半透膜。

上述實(shí)驗(yàn)拓展了學(xué)生的思路，滲透現(xiàn)象是否發(fā)生成為判斷有無半透膜的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。該思路成為連接兩個(gè)環(huán)節(jié)的橋梁，圍繞本章節(jié)的共同要素，在正遷移教學(xué)中起到關(guān)鍵性作用。

2 “細(xì)胞吸水與失水”中知識遷移的體現(xiàn)

接下來，教師將滲透原理的理解和運(yùn)用進(jìn)一步遷移至最基本的生命系統(tǒng)——細(xì)胞之中。首先以動物細(xì)胞為例，動物細(xì)胞相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立的滲透裝置，其中的自由水主要分布于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。如果發(fā)生滲透現(xiàn)象，則可說明細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與外界溶液之間的細(xì)胞膜相當(dāng)于一層半透膜。

與人工滲透系統(tǒng)不同，細(xì)胞發(fā)生滲透現(xiàn)象無法直觀地表現(xiàn)為液面高度變化，那么如何觀察動物細(xì)胞是否發(fā)生水分進(jìn)出呢？教材提供的實(shí)驗(yàn)材料為哺乳動物的成熟紅細(xì)胞，呈現(xiàn)出獨(dú)特的圓餅狀細(xì)胞形態(tài)。因此，可以利用細(xì)胞的形態(tài)變化來指示水分出入情況(如紅細(xì)胞的吸水膨脹和失水皺縮)。利用正遷移的教學(xué)思路，不難得出如下結(jié)論：通過觀察紅細(xì)胞的形態(tài)變化，可以確定滲透現(xiàn)象的發(fā)生，則證明了在細(xì)胞之中也存在半透膜，提出“動物細(xì)胞膜相當(dāng)于一層半透膜”。

然而，與動物細(xì)胞不同，植物細(xì)胞具有起支撐與保護(hù)作用的細(xì)胞壁，所以無法通過觀察其形態(tài)變化來確定滲透現(xiàn)象是否發(fā)生。因此，教材中設(shè)計(jì)了探究實(shí)驗(yàn)“植物細(xì)胞的吸水與失水”，利用洋蔥外表皮的“質(zhì)壁分離”來驗(yàn)證滲透現(xiàn)象的發(fā)生。成熟的植物細(xì)胞內(nèi)自由水主要分布于細(xì)胞液，而不是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。該探究實(shí)驗(yàn)的巧妙之處在于：選擇細(xì)胞液中含有花青素的洋蔥外表皮細(xì)胞，有利于觀察細(xì)胞液的體積是否發(fā)生變化。當(dāng)外界溶液濃度大于細(xì)胞液時(shí)，細(xì)胞失水，細(xì)胞液中的水分子依次穿過液泡膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜(被命名為原生質(zhì)層)流入外界溶液中。此刻，原生質(zhì)層的伸縮性大于細(xì)胞壁的伸縮性，觀察到質(zhì)壁分離這一特殊現(xiàn)象。質(zhì)壁分離的發(fā)生標(biāo)志著植物細(xì)胞發(fā)生了滲透現(xiàn)象，進(jìn)而說明細(xì)胞液與外界溶液之間的結(jié)構(gòu)——原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜。

3 知識遷移在本節(jié)教學(xué)中的意義

綜上所述，“滲透現(xiàn)象”作為“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”的引入環(huán)節(jié)，對本章節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容的提出有著不可或缺的意義。正遷移教學(xué)的關(guān)鍵之處在于找到知識點(diǎn)之間的共同要素，在學(xué)習(xí)過程中發(fā)揮出承前啟后的作用。例如，本章節(jié)中對滲透原理的理解和運(yùn)用能夠幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)細(xì)胞中的滲透現(xiàn)象，從而發(fā)揮出正遷移的效果，提高學(xué)生理解、分析與解決問題的能力。