以實驗驅動生物學概念的形成
——“流動的組織——血液”教學示例

于 永 田洪民

（1山東省日照市嵐山區教研室 山東日照 276800 2山東省日照市教育科學研究中心 山東日照 276826）

在科學史上，生物學概念本質上是由觀察、實驗、結果分析、總結歸納建立的。教學中，一些教師認為關注科學概念的形成，教師就可多講一些知識，少搞探究活動，這是一種誤解［1］。用實驗驅動生物學概念的形成，是讓學生感受科學發現的歷程，學習科學研究的方法，像科學家那樣通過質疑、批判、實證，最終理解概念。“流動的組織——血液”一節，處于承上啟下的重要地位，是消化和呼吸的延續，又是循環與免疫的基礎。以往教學僅有1個實驗“用顯微鏡觀察人血的永久涂片”，概念的形成略顯倉促，缺少探究與實證。筆者借鑒還原主義思想，利用7個實驗層層遞進，引導學生質疑、驗證、歸納得出血液不同層級的概念，并建立概念之間有意義的聯系。通過調查問卷和概念圖紙筆測試，發現實驗驅動教學方式能有效促成學生對概念的理解，建立概念群。

1 教學過程

1.1 教學流程圖解（圖1）

圖1 教學流程圖

教學從分離血液成分入手，抽絲剝繭，探索血液、血漿、血細胞的組成，探究紅細胞結構與功能的適應性，滲透生物學的基本觀點，了解生物學研究的基本方法；層層遞進，通過系列化實驗，連續觸發一個個概念，最終建立一個有意義連接的概念結構。

1.2 實驗環節記錄

實驗1：加熱血液，觀察燒瓶內壁是否有水珠，思考血液中含有什么物質。分析想象：血液含有水。

實驗2：用移液器取1 mL純凈水和血液（羊血），用電子天平稱量，重復3次。數值記錄如表1，分析數據：血液含有密度大于水的物質。

表1 1 mL純凈水和血液（羊血）質量比較

實驗3：已知血液含有不同密度物質，啟發學生利用離心方法將血液進一步分離。該實驗由教師演示，在課前開始離心分離血液：3 000 r/min，20 min，每支試管注入血液 5 mL，共 6管（圖2）。教師提問：①觀察血液有幾層，分別什么顏色？②類比河沙沉淀，推測不同血層密度大小關系。

圖2 血液分層

實驗4：血漿中是否含有蛋白質，引導學生進行血漿中蛋白質的鑒定實驗。提供信息：蛋白質遇到雙縮脲試劑會發生紫色反應。

吸取少量血漿等量滴入2支刻度試管中，稀釋至2 mL，加入2 mL 0.1 g/mL的氫氧化鈉溶液，震蕩。一支試管加入2滴0.01 g/mL的硫酸銅，另外一支試管不加硫酸銅作為顏色對比。加入硫酸銅后有明顯紫色，證明血漿中含有蛋白質。

實驗5：細胞是生命功能的基本單位，啟發學生質疑：血液中是否含有細胞？教師演示涂片制作，學生用顯微鏡觀察3個血層中是否含有細胞：用毛細吸管依次從3個血層吸取液體，分別制成涂片。中間血層用美藍染色劑染色。指導學生觀察：①3個血層，是否都存在細胞？不同血層的細胞在結構、形態上是否相同？觀察結果：紅細胞呈兩面凹的圓盤狀，白細胞體積較大，形狀不規則，有細胞核。②提出問題，作出假設，分小組展開討論，例如：紅細胞為什么在最下層？紅細胞為什么是兩面凹的圓盤狀？紅細胞為什么數量最多？白細胞為什么邊緣不規則？白細胞為什么有細胞核？紅細胞為什么沒有細胞核？

實驗6：小組探究活動：為什么紅細胞是兩面凹的圓盤狀。將紅色氣球提前注入200 mL清水，讓學生嘗試將氣球捏成兩面凹狀。教師根據學生活動情況，進行啟發性提問：①水的體積是一定的，中央捏凹后數字“123”大小發生什么改變？氣球的表面積變大還是變小？（圖3）②兩面凹的形狀，S/V的比例變大還是變小？兩面凹的結構在功能上有何優點？③根據結構特點，討論紅細胞可能具有什么功能？

圖3 充水氣球凹陷后表面變化

實驗7：血液能夠運輸氧氣，將不同氣體通入血液，會發生什么現象，教師演示血液通氣實驗：準備3支試管，分別加入等量含有抗凝劑的血液。1號試管為對照，2號、3號分別通入CO2和O2，O2用過氧化氫制取，CO2由學生吹氣獲取，觀察顏色變化（結果如表2）。教師提問：①通入O2后，血液顏色發生了什么變化？說明O2多的時候，紅細胞容易與O2發生結合還是分離？②通入人體呼出氣體后，血液顏色發生了什么變化？說明O2少的時候，紅細胞容易與O2發生結合還是分離？

表2 血液通入不同氣體后顏色變化

2 教學反思

2.1 材料與藥品的準備 需嚴格規范各種溶液的濃度及滴加順序，避免一步差池滿盤皆輸。抽取血液分層液體時，可先將血漿抽除，再吸取白細胞，吸取白細胞時，要緩慢吸取，避免吸入紅細胞。

2.1.1 血液收集 結合材料易取性、易保存性，最終以羊血為實驗材料。抗凝劑為：0.109 mol/L草酸鈉，抗凝劑與血液量之比為 1∶9［2］。在帶密封蓋的收集瓶中提前加入草酸鈉溶液，將收集瓶放到肉類食品加工廠，請屠宰師傅幫助灌裝。盡量選擇大小合適瓶子，要求師傅一次性灌滿。

2.1.2 試劑配制 雙縮脲試劑：硫酸銅0.01 g/mL，氫氧化鈉0.1 g/mL。試管加入3滴血漿，將血漿用純凈水稀釋2 mL后，先加入2mL氫氧化鈉溶液震蕩，再加入0.01 g/mL硫酸銅溶液2滴，現象若不明顯可以再次滴加硫酸銅溶液，直至有明顯紫色反應發生為止。

美藍試劑：A液：亞甲基藍 0.6 g，95%酒精30 mL；B液：氫氧化鉀0.01 g，蒸餾水 100 mL。分別配制A液和B液，配好后混合即可。白細胞涂片標本風干后，滴加美藍試劑浸潤1～2 min，用蒸餾水沖洗，觀察。

2.2 血液概念形成的分析 實驗1、實驗2提供感性的體驗，激發學習興趣，降低認知難度。實驗目的：分析血液成分、性質，從總體掌握血液特點。血液中有水，而密度又大于水，啟發學生思考血液中一定有比水密度大的物質。借鑒還原主義思想，根據血液有不同密度組分，引領學生使用離心技術，將復雜的物質分離出簡單物質進行研究。

實驗5是讓學生借助工具發現紅細胞和白細胞，而不是被告知血液中有白細胞和紅細胞；讓學生通過觀察提出問題，作出解釋，而不是僅僅比較紅細胞和白細胞的區別。實驗6，小組活動探究紅細胞結構：學生由結構特點推測功能特征，滲透生物學的基本觀點：結構與功能的適應性。實驗7，讓學生觀察血液顏色變化，啟發學生思考：引起顏色變化的氣體，引起顏色變化的細胞，進而引出血紅蛋白的概念。整個教學過程，通過環環相扣的實驗，學生建立一個相對完整的概念結構（圖4，“*”表示將要學習的概念）。

圖4 血液概念圖

3 教學研究

實驗驅動概念的教學，首先要對所學概念進行選擇，明確實驗的功能和定位，選擇最有利于學生概念形成的實驗內容和實驗組織方式。設計教學流程時，關注學生知識體系中已有的發展點，學習過程中認知的障礙點，用實驗引發質疑，用實驗進行探索、驗證。對實驗內容和流程，可在不同班級進行教學對比；通過測評、問卷等方式了解實驗在概念教學中的效果，從而不斷改進教學設計。

教師可從裝置改進、材料篩選、藥品選擇、流程優化4個維度上不斷改進實驗 ，簡化實驗操作，提高實驗的可重復性，并做好實驗記錄。還要注意檢查實驗關鍵環節，例如血液的新鮮度，抽取白細胞的操作等。基于實驗的概念教學研究思路可概括如圖5。

生物學教師要將課堂建設成模擬科學研究的殿堂，教學過程是對科學探索的濃縮，是將最精彩、最激動人心的事實提煉、升華得以展現的過程。“在某種意義上說，探究也是科學的本質之一。因此教師必須重視并上好那些通過探究活動學科學的科學課。要展示探究過程，不要簡單給學生以結論，讓學生體悟像科學家那樣思考和工作。”［4］少些死記硬背，少些單調重復的機械訓練，就有足夠的時間開展實驗教學；教師備課充分些，動手能力強一些，就能讓實驗教學開花結果，在學生心田播下科學的種子。

圖5 實驗驅動概念教學的研究思路［3］

根據調查問卷和概念圖紙筆測試發現：實驗驅動模式能夠顯著提高學生學習概念的興趣，幫助學生建立概念之間有意義的聯系，促成學生對概念的理解性學習。由于研究水平有限，研究時間較短，以實驗驅動生物學概念形成的教學，仍有許多有趣的研究視角值得探索，有些教學效果需要長期跟蹤分析才能證明。總之，實驗驅動模式的研究值得生物學教育工作者給予更深入、更廣泛的研究和討論。