在概念教學中發展學生的生物學核心素養

孫懷寬

(重慶市江北區教師進修學院 400020)

重視重要概念的教學是中學生物學教學的核心內容，而概念是形成和支撐生命觀念的重要依據。概念的建構需要比較與分類、分析與綜合、歸納與演繹、模型建構、批判性思維等科學方法和理性思維，形成概念的過程也是科學探究的過程。因此，概念的建構過程就是發展學生的生物學核心素養的過程。本文以人教版初中生物學七年級上冊教材“單細胞生物”一節的教學為例，展現生物學概念形成的基本過程和策略，同時分析在建構概念的過程中如何發展學生的生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任的生物學核心素養。

1 確定本節建構的重要概念——單細胞生物的結構與功能觀

“單細胞生物”這節課以草履蟲為例，介紹了單細胞生物是如何完成生命活動的以及單細胞生物與人類的生活有什么樣的關系。因為本節具有完整且相對獨立的內容，同時單細胞生物與學生的興趣、社會生活及環境聯系密切。因此，很多生物教師愿意以這節課為例作為教學公開課或研究課進行展示。但不少教師把草履蟲的結構和功能的識記作為教學的重點：反復講解和分析草履蟲有哪些結構，具有哪些重要的功能，并要求學生背誦和記憶，教學檢測也是如此。這種以草履蟲結構和功能的識記作為教學目標的方式不僅加重了學生的學業負擔，也偏離了生物學教學的重要目的。

在本章的前三節中，第一節介紹了細胞通過分裂產生新細胞，細胞分裂是形成其他結構層次的基礎；第二節和第三節分別介紹了動物體的結構層次和植物體的結構層次；第四節再介紹單細胞生物，無論是從章標題“細胞是怎樣構成生物體”的意圖還是節的排列順序考慮，教材顯然是從構成生物體結構層次多樣性的角度來安排本節教材的：即先講學生容易理解的動物體和植物體的結構層次，再講特殊的生命體——單細胞生物。這種安排有利于從易到難、從一般到特殊，讓學生認識細胞構成生物體的多樣性，從而使學生的生命認知更加全面和完整。

而草履蟲是作為單細胞生物的代表出現的，教材以圖文結合的形式介紹了草履蟲的結構和功能，其目的是讓學生真實地感受到單細胞生物有進行生命活動的結構基礎，這些結構基礎能夠行使相應的生理功能，從而能夠形成一個完整的生命體，完成基本的生命活動。基于以上分析，可以確定教學中要落實如下的重要概念：草履蟲作為一個單細胞生物，它與其他的單細胞生物一樣，既有細胞的結構特點，也有生物體的生命特征，它能完成相應的生命活動；在認識草履蟲的結構與功能的基礎上，初步形成結構與功能相適應的生命觀念。

2 理性思維是建構單細胞生物結構與功能觀的重要基礎

既然草履蟲是單細胞生物的典型代表，草履蟲的具體結構和這些結構所表現的功能則退居教學的次要位置，它們只是用來幫助學生建構單細胞生物體概念具體內涵的素材和情景。因此，教學中切不可過分強調草履蟲的具體結構和功能，而要把重點放在理解草履蟲具有成為細胞和成為生物體的必備結構和基本功能，理解這些結構與功能相適應的特點。基于此，可采取比較和分析的方法來建構以下三個重要的概念：①草履蟲是一個單細胞，它具有細胞的基本結構；②草履蟲是一個生物體，它具有生物體的一些重要的生命特征；③草履蟲的結構與功能是相適應的。

針對概念①的教學，可以采取比較的方法進行教學：展示一個動物細胞的結構模式圖與草履蟲的結構示意圖進行比較，讓學生識別草履蟲有哪些細胞的基本結構？學生很快就會找出答案：草履蟲有表膜，相當于細胞膜；有細胞質，細胞質中有一些類似于細胞器的結構；有細胞核(分大核和小核)。通過比較，學生就會清晰地明確學習的重點。針對概念②的教學，可以采取比較和演繹的方法進行：回憶所學的生物所共有的特征，認真觀察草履蟲的結構示意圖并閱讀教材中的內容，歸納和演繹出草履蟲所具有的生命特征(表1)。表中的“生物的特征”部分由教師引導學生回答，“草履蟲的特征”部分內容由學生討論回答。

表1 生物的特征與草履蟲的生命特征

學生經過比較、分析、歸納和演繹，就會自然地得出結論：草履蟲與其他生物一樣，具有生物的基本特征。由概念①和概念②綜合起來，就會形成本節的重要概念：草履蟲是一個細胞的生物體，具有生物體進行生命活動的基本結構，能完成基本的生命活動。

在建構上述兩個重要的概念過程中，需進一步滲透結構與功能相適應的生命觀念：①草履蟲的結構與其功能是相適應的，它的結構都有相應的功能體現：如纖毛的擺動可以運動、口溝的形狀有利于食物的收集和進入、食物泡在流動并且不斷縮小表明食物在消化吸收、收集管小時和伸縮泡大時正好相反體現了結構的整體統一性等等，都說明了有什么樣的結構就具有什么樣的功能；②功能的實現對結構的要求：如由于草履蟲生活在水中，又是一個細胞結構，它要運動，不可能形成其他動物那樣的運動器官。因此，它有纖毛這種低級的運動結構；由于草履蟲只是一個細胞，它有食物泡這種簡單的結構來消化食物等等。結構與功能觀是生物學中核心的生命觀念，需要在細胞、個體和分子水平層面不斷深化，并用這種觀念分析和解釋新的生命現象。

3 開展探究活動，理解生命基本特征并提升探究技能

草履蟲畢竟只是一個微小生物，與學生的生活有很大距離，學生看不見也摸不著，如果僅從觀察圖示和閱讀文字來進行比較分析，顯然不利于學生的持久興趣，也不利于引導學生深入理性地分析其中的“結構與功能觀”。而初中學生特別喜歡實驗，對草履蟲的活體和生命活動非常感興趣，可設計相應的探究活動幫助學生理解單細胞的生命特征，同時訓練和提升學生的實驗和探究技能。

觀察草履蟲的傳統方法是在觀察的培養液中加入棉花纖維，用以阻擋草履蟲的前進方向并減緩它的運動，但實際上學生觀察的草履蟲是放大到40至100倍的情況下，這么高的放大倍數下，任何微小的運動都會成為高速運動；同時由于放入的棉纖維在顯微鏡下成了立體影像，可能成為阻擋觀察視線的障礙物，草履蟲也有可能隱藏在棉纖維下面。

因此，實際的觀察效果有限，這也是教材放棄觀察草履蟲實驗的重要原因。

要想觀察清晰，就要改變草履蟲運動過快的基本事實，能否從減緩草履蟲的運動來開展實驗探究呢？借鑒酒精可以麻醉動物的原理，可以采取配制適宜濃度的酒精來麻醉草履蟲，以減緩其運動的事實來觀察草履蟲，是一個可行也容易操作的方法。具體做法是：用5%的酒精處理草履蟲(即根據草履蟲培養液的體積加入一定體積的酒精，使溶液的酒精濃度達到5%)5 min,然后吸取含有草履蟲的處理液制成臨時裝片進行觀察。在這一酒精濃度下的草履蟲運動非常緩慢，可以清晰地觀察到草履蟲的形狀、纖毛、表膜和口溝等基本結構。此時的草履蟲還具有一定的代謝功能，可以在口溝附近滴一滴黑墨水，隨著時間的推移，可以清晰地觀察到食物泡的形成過程和在細胞質中的流動方向，并能清晰地觀察到胞肛排出墨水的具體過程(圖略)。

實驗探究過程中可引導學生思考并回答如下問題：①如何確定適宜的酒精濃度？酒精濃度過高會出現什么現象？②在顯微鏡下仔細觀察草履蟲，你看到了哪些結構？③如何觀察食物泡的形成和流動方向？教師可以在課前成立課外實驗小組，由小組進行預實驗，探究什么樣的酒精濃度有利于清晰地觀察草履蟲的結構和生命活動，教師也可以拍成圖片或視頻在教學時播放，這都有利于學生提高學習興趣，節約實驗時間，提高實驗效率。另外，也可以設計實驗來探究草履蟲對外界刺激做出的反應：如在前面實驗的基礎上，用一定濃度的肉湯或食鹽溶液刺激草履蟲，觀察它趨利避害的生命特征。

4 正確認識單細胞生物，增強社會責任意識

學習單細胞生物并不是僅僅知道它的基本結構和生命活動特點，更重要的是認識到單細胞生物與人類生活的關系，認識到任何一類生物都有其存在的合理性，都是生物多樣性的重要組成部分。但由于人類活動的影響，使得一些單細胞生物大量繁殖，給環境造成危害。這就需要我們每個人增強相應的社會責任。教材在這方面限于篇幅提供的資料有限，教師可提前查找資料，最好是隨近水域中水華和赤潮形成的資料，讓學生閱讀和分析其中的人類因素，談一談自身的所見所聞和親身感受，滲透責任意識。