基于概念構建的“細菌、真菌作為分解者參與物質循環(huán)”探究式教學設計

董 俊 王 琳

（1 馬鞍山二中實驗學校 安徽馬鞍山 243000 2 馬鞍山市實驗中學 安徽馬鞍山 243000）

生物學是一門以實驗為基礎的自然科學課程，《義務教育生物課程標準（實驗稿）》明確“倡導探究性學習”，以轉變學生的學習方式和教師的教學方式，意在將科學精神和探究思維融入學生的體驗性學習過程，提高學生的科學探究意識和能力。《義務教育生物學課程標準（2011年版）》強調了“重要概念”的學習，在十大主題中凸顯了50個重要概念［1］，意在按照從事實到理論的概念形成規(guī)律，幫助學生理解和構建這些概念，二者都重在轉變學生的學習方式。

在引導學生構建概念的過程中，尤其是在缺少直觀或深入的事實素材時，圍繞概念要點設計一定的探究性活動，幫助學生在探索的過程中，通過親身經(jīng)歷，獲得直觀、有說服力的事實素材，更有利于提煉概念要點并深入理解其內涵。本文以“細菌和真菌在生物圈中的作用”一課中的部分內容“細菌、真菌作為分解者參與物質循環(huán)”為例，探討概念教學中探究性學習活動的設計。

1 概念要點及教學難點

“細菌、真菌作為分解者參與物質循環(huán)”是人教版《生物學》8年級上冊第4 章“細菌和真菌”中第5 節(jié)“細菌和真菌在自然界中的作用”中的第1部分內容，描述了細菌、真菌在自然界中最主要的作用——“作為分解者參與物質循環(huán)”，較為抽象和宏觀，是該節(jié)的重、難點。教材中的“觀察和思考” 活動將該部分內容分為有序的前、后2 個部分：一是“作為分解者的細菌、真菌使動、植物遺體、遺物中的有機物分解為無機物”；二是因為這樣的物質變化，“細菌、真菌在物質循環(huán)中有重要的參與作用”。第1 部分內容的理解難點在于：學生對食物腐爛過程中物質變化這一微觀現(xiàn)象沒有深入的體驗；第2 部分難點是“碳循環(huán)”比較抽象和宏觀，需通過聯(lián)系舊知（上一章“動物在生物圈中作用” 和7年級上冊的 “綠色植物是生物圈中有機物的制造者”），構建物質循環(huán)示意圖，教師可引導學生設計探究性活動，幫助學生在觀察、體驗、分析過程中理解物質變化和物質循環(huán)，突破這2 個難點。

2 以問題引導思維，設計探究性活動

2.1 探究性實驗活動1：發(fā)霉饅頭中的物質變化 學生對于“細菌和真菌將有機物分解為無機物”，已有一定了解，教材中的“真菌、細菌在物質循環(huán)中的作用示意圖”也明示了分解產(chǎn)物是“水和無機鹽、二氧化碳”，但其理解還是比較淺顯。教師可組織興趣小組進行探究：饅頭發(fā)霉后，發(fā)生了什么物質變化？ 設計實驗時，立足學情，重在通過實驗體驗、感受細菌、真菌使饅頭碎屑發(fā)生的物質變化：從有機物淀粉到無機物二氧化碳和水，教師通過問題給出一定提示：1）怎樣驗證饅頭中的物質是有機物？ 2）如何接種及需要為細菌、真菌提供怎樣的生長條件？ 3）你能驗證哪種分解產(chǎn)物，如何收集和驗證?引導學生設計實驗過程、選擇實驗器材。學生最終設計了2 個實驗：實驗1：饅頭中的有機物被細菌、真菌分解；實驗2：細菌、真菌分解饅頭中的有機物產(chǎn)生了二氧化碳。

實驗1 始于課前2 個月。1）將所用實驗材料和用具都進行高溫滅菌；2）取部分饅頭屑滴加碘液，變藍色，說明饅頭中含有機物淀粉；3）在無菌條件下取磨碎的同一饅頭屑各30 g 放入標號為1 號、2 號的500 mL 廣口瓶中，并分別加入50 mL的清水，使饅頭潮濕（圖1）；4）將已接種細菌、真菌的2 號廣口瓶與未接種的1 號均用橡皮塞密封，靜置于溫暖處，定期觀察；5）第63 天后，1 號瓶無變化，2 號瓶中饅頭碎屑已消失，液體量明顯增多（圖2）；6）分別取發(fā)生變化的2 號瓶的上清液及下層懸濁液滴加碘液后，不變藍，說明其中已無淀粉。

圖1 剛接種后的裝置圖

圖2 接種第63 天后2 個裝置變化對比圖

實驗2 始于課前3 周，實驗裝置如（圖3），實驗步驟：1）將所用實驗材料和用具都進行高溫滅菌；2）取部分饅頭屑滴加碘液，變藍色，說明饅頭中含有機物淀粉；3）在無菌條件下取磨碎的同一饅頭屑各30 g 放入標號為1、2 號的500 mL 廣口瓶中，并分別加入50 mL 的清水，使饅頭潮濕；4）2 號廣口瓶中接種細菌、真菌后與未接種的1 號均用雙孔橡皮塞密封，連接上關閉閥門的500 mL 分液漏斗和玻璃管，玻璃管末端連接被軟管夾密封的橡皮軟管（圖3）；5）將2 個實驗裝置放置在適宜的溫度下并每天觀察；6）第20 天后2 號錐形瓶內腐爛現(xiàn)象明顯，1 號無明顯變化（圖4）；7）將2 個實驗裝置中的橡皮軟管另一端接L 型玻璃管，玻璃管的另一端放入裝有等量澄清石灰水的燒杯中，分別打開1 號、2 號分液漏斗閥門，使2 個分液漏斗中的清水進入廣口瓶，觀察燒杯中液體的變化。

圖3 探究細菌、真菌分解有機物是否產(chǎn)生二氧化碳實驗裝置

圖4 接種第20 天后2 個裝置中的饅頭碎屑

興趣小組演示實驗結果（步驟7），學生觀察實驗現(xiàn)象：2 號裝置中澄清的石灰水變渾濁，說明瓶中產(chǎn)生了較高濃度的二氧化碳，從而在直觀體驗的基礎上更深入地理解：細菌、真菌分解有機物，產(chǎn)生了二氧化碳，同時也理解了腐生這一生活方式的內涵。此外，本探究性實驗活動是包括微生物培養(yǎng)、無菌操作、氣體收集、物質驗證等多個實驗及操作于一體的綜合性活動。在此過程中，學生不僅提高了探究能力，還體驗了無菌操作對于微生物實驗的重要作用，體會到設計和操作實驗的嚴謹性。

2 個探究性活動的設計，讓學生在探究過程中獲得概念構建的要點信息：細菌、真菌的分解實質——將有機物分解為無機物，更深入地理解了細菌和真菌的作用，同時感受到科學探究的價值和樂趣。

2.2 探究性分析活動2：細菌和真菌在物質循環(huán)中的作用 學習“物質循環(huán)”的基礎是理解物質在經(jīng)過生物體后發(fā)生的變化，學生在7年級時學習了綠色植物光合作用中的物質變化，在前一章“動物在生物圈中的作用”的學習中，對“物質循環(huán)”也有了初步的理解，在本節(jié)課的上一環(huán)節(jié)的探究性實驗中，理解了在細菌、真菌的分解作用中物質的變化。有了這些知識基礎，讓學生自我梳理出物質循環(huán)過程，比僅觀察“細菌、真菌在物質循環(huán)中的作用示意圖”理解得將更為深入。該部分內容可通過聯(lián)系已學知識，創(chuàng)設情境問題，引導學生以“碳”元素為例，通過分組合作構圖，自主探究“碳”在生物圈中循環(huán)過程，進一步理解物質循環(huán)這一概念。

情境問題：通過前一章學習知道了動物“促進生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)”，作為分解者的細菌、真菌在物質循環(huán)中起到什么作用？ 教師用屏幕圖示一個生態(tài)系統(tǒng)（圖5），學生分組就此圖嘗試畫出物質循環(huán)圖。教師問題提示：①有機物中一般含有“碳”元素，植物體內有機物中的“碳”是從哪里來的？ 屏幕展示小資料：“據(jù)浙江省林科院專家測算，杭州市1 hm2森林一年可吸收13 t 二氧化碳，釋放10 t氧氣。按此折算，杭州市森林面積106．1 萬hm2，一年可吸收1 380 萬t 二氧化碳，約釋放1 000 萬t氧氣。”（回顧已學知識：綠色植物體通過光合作用將二氧化碳和水合成為有機物。）②進入植物體的“碳”又去向哪里？ （已學知識：食物鏈，動、植物的呼吸作用。）③動、植物的遺體、遺物一般會腐爛，其中有機物中的“碳”去了哪里？ 引導學生在合作構建物質循環(huán)圖的過程中，梳理“碳”的循環(huán)路徑，理解“物質循環(huán)”這一難點。

屏幕展示圖5，請學生小組合作，用筆在印有圖5的學案上追蹤“碳”的流動軌跡并分組展示，在全體學生討論、交流中不斷修改、完善，構建“碳”的循環(huán)圖。教師進一步通過問題串引導學生進行深入思考：“碳”的流動有終點嗎？ “碳”的流動軌跡有何特點？“碳”是在什么物質之間反復流動的？之后再輔以動畫展示：“碳”在光合作用、呼吸作用、捕食、分解等作用和行為下不斷流動的動畫循環(huán)圖（圖6）。物質循環(huán)的理解最重要的就是對“循環(huán)”的理解，利用多媒體動態(tài)顯示循環(huán)過程，不僅變抽象為直觀，一目了然，還能起到“畫龍點睛”的學習效果，有效地縮短了學生的認知過程，更有利物質循環(huán)概念的構建，達到突出重點、突破難點的教學效果。

在理解物質循環(huán)的基礎上，通過問題“如果這個循環(huán)圖中沒有了細菌、真菌，循環(huán)將會如何？ ”用假設的方法引導學生深入分析細菌、真菌在物質循環(huán)中的作用。細化設計問題串：沒有細菌和真菌后，動、植物遺體、遺物中的“碳”還能參與循環(huán)嗎？ 能參與物質循環(huán)的“碳”的量將會如何變化？最終，通過光合作用、呼吸作用、捕食進行的“碳”循環(huán)會受到影響嗎？ 引導學生逐步深入思考和討論。之后，教師出示缺少細菌、真菌的循環(huán)動態(tài)圖（圖7）。用類似“反證”的方法引導學生更加深入地理解大多數(shù)細菌、真菌“作為分解者參與物質循環(huán)”這一重要作用。

圖5 情境構圖

圖6 “碳”循環(huán)圖

圖7 假設無細菌、真菌后的物質流動圖

以上設計，從學生的自主梳理、合作構圖，到教師動態(tài)循環(huán)圖的展示、深入討論和交流，都是在探究性問題的引導下，逐步突破學生理解的難點，水到渠成地達成教學目標。學生在構建物質循環(huán)圖的過程中，自然感受到：在生物圈中，多種多樣的生物通過其獨特的、多樣的生命活動，使物質在不同生物及環(huán)境間發(fā)生流動，形成了奇妙的物質循環(huán)，進一步體會到“生物多樣性”的重要性。最后通過概念圖（圖8）的方式，引導學生梳理該部分主要內容，建立概念間的邏輯關系。

圖8 概念圖

3 結語

探究性學習為概念學習提供了方法支撐，幫助學生更有效地形成概念，并構建了概念間的邏輯聯(lián)系與結構，使學習“過程與方法”和“知識目標”的落實相互融合，相互促進。在引導學生構建概念的過程中，有效融入探究性思維，設計一定的探究性問題，能幫助學生在設計和實施實驗、分析實驗現(xiàn)象并得出結論的實踐過程中，獲得更直觀、更有說服力的事實素材，有利于提煉出概念要點并深入理解其內涵。