利用微實驗助力學生學習生物學概念

文/羅明臣

生物學概念是生物學課程內容的基本組成元素，是生物學知識網絡中的基礎內容，亦是學生必須掌握的生物學內容[1]。學生通過學習生物學概念，既可以對生物學知識建立感性認知，又可以增強對生物學本質的認知，了解生物學知識規律。生物學概念是生物學家經過不懈的研究，總結出的極具概括性、抽象性的結論。而初中生的形象思維較發達，抽象思維尚處于發展中，有時難以深刻地認知生物學概念。心理學家布魯納曾言，學生清晰地判斷某些東西的種類，可以把握它的一般特征和本質特征。因此，布魯納提倡引導學生經歷概念形成過程。基于此，我們可以嘗試利用微實驗助力學生學習生物學概念。

一、相關理論

（一）生物學概念的界定

一般情況下，生物學概念由四部分構成，即名稱、屬性、定義和例證。其中，名稱是用一個詞語概述某類事物的屬性；屬性是對概念中所有成員共同的本質屬性的概述；定義是對某類事物特征的總體概述；例證是借助概念屬性獲知概念的本質。

（二）微實驗的界定

本文的微實驗是以教學內容為基礎，以學生獨立操作為主的實驗。微實驗的“微”有五大表現：第一，有明確的實驗目標；第二，有簡單易操作的實驗儀器；第三，有簡便清晰的實驗步驟；第四，有容易總結出的實驗結論；第五，有便捷的實驗交流方式。

（三）微實驗的應用優勢

1.突破教學時空限制

傳統的生物學實驗教學以演示實驗為主，在實驗過程中教師扮演主導角色，引導學生觀看、思索。但是，在此過程中，部分學生受物理環境、實驗設備的影響，無法清晰地觀察實驗現象及細節。與之相比，微實驗的優勢在于可以讓每個學生都能獲得實驗儀器，得到實驗機會，即每個學生都能動手操作實驗儀器，觀察實驗現象，在親身實踐中對比、分析、整合、歸納，得出實驗結論。同時，學生可以因此積累實驗的經驗，主動利用課余時間操作實驗，進一步強化生物學認知，鍛煉實驗操作能力。這可以切實打破時空限制，使學生大大增強對生物學的學習興趣，主動學習生物學，提高學習效率。

2.實現教學方式多樣化

在傳統的生物學實驗課堂上，教師操作，學生只能觀看。微實驗的應用可以改變這種教學方式。在微實驗過程中，學生化身學習“主人”，近距離地操作、觀察生物學實驗，透過現象歸納結論，建立生物學認知，同時鍛煉實驗操作能力。之后，學生遷移實驗認知，自主操作實驗，強化生物學認知，豐富生物學實驗及學習經驗，提高生物學學習水平。在有所發展的情況下，學生能夠充分發揮主觀能動性，自主體驗多樣的學習活動，從“要我學”轉向“我要學”，推動教學方式轉變。

二、實踐策略

生物學概念貫穿生物學教學始終。生物學教學包括課前階段、課中階段和課后階段。教師要以這三個階段為立足點，靈活應用生物學微實驗，助力學生學習生物學概念。

（一）課前階段：操作微實驗，自學生物學概念

課前是學生自學生物學概念的階段。學生在課前自學生物學概念，可以建立一定的認知，切實做好課堂學習準備。之后，學生可以在課堂上深入探究生物學概念，建立深刻的認知。微實驗是學生自學生物學概念的助力[2]。在課前階段，教師可以依據生物學概念內容，提出微實驗任務，驅動學生收集生活物品，動手操作，探究生物學概念。

例如，在“蒸騰作用”這節課上，學生需要認知“氣孔”。在體驗生活的過程中，部分學生發現：將蔬菜或水果放進水中，其表面會產生一些小氣泡，但不知道原因。實際上，此現象與植物的氣孔相關。于是，教師結合生物學概念和學生生活經歷，借助在線課堂呈現自學任務。

任務一：請準備一個大碗、一瓶清水和一片新鮮的蔬菜葉子。將清水倒入碗中，放入蔬菜葉子。稍等片刻，你發現了什么現象？

如果沒有發現任何現象，想一想：當有氣體進入蔬菜葉子中時，水中會產生什么現象？怎樣才能讓氣體進入葉片中？

根據如上問題，試著梳理實驗方案，動手操作吧。

任務二：觀察操作現象，你得出了什么結論？試著總結氣孔的概念。

在了解任務內容后，大部分學生興致勃勃，收集生活物品，認真思考，設計實驗方案。例如，有學生選用菠菜葉。學生在將菠菜葉放進水中后，順著葉柄吹氣，水中出現小氣泡（如圖1）。學生思索實驗現象，歸納結論——水中出現氣泡說明葉片和外界環節發生了氣體交換。發生氣體交換的結構是氣孔。

圖1 “蒸騰作用”之“氣孔”微實驗

實踐表明，學生在自學任務的驅動下，體驗微實驗活動，觀察、分析、總結，能夠初步認知生物學概念。同時，學生也會因此感受到學習生物學概念的樂趣，積累生物學概念學習經驗，便于自主學習生物學概念，提高生物學概念學習效率。

（二）課中階段：操作微實驗，深探生物學概念

課中是學生深入探究生物學概念的階段。微實驗是學生深入探究生物學概念的輔助。在課中階段，教師要依據生物學概念內容，善用微實驗，使學生產生興趣并能自主操作，建立深刻的概念認知，同時發展多樣能力，提高概念學習效率。

1.展示微實驗成果，調動興趣

探究興趣是學生深入探究生物學概念的保障。影響學生探究興趣的因素有很多，微實驗成果便是其中之一。首先，微實驗成果具有直觀性，很容易吸引學生的眼球。其次，面對微實驗成果，學生會產生“為什么”“怎樣做”的疑問，形成強烈的探究興趣。所以，在生物學概念課堂教學之初，教師可以依據生物學概念內容，展現相關的微實驗成果，調動學生的探究興趣。

例如，在“生物體的器官和系統”這節課上，學生要了解人體的消化系統、呼吸系統、神經系統。為了使學生建立良好的認知，教師利用課前時間，使用生活物品制作各種模型。在課堂上，教師展示相關模型，調動學生興趣。以呼吸運動模型為例，教師利用氣球、塑料瓶制作模型（如圖2）。

圖2 “生物體的器官和系統”微實驗之呼吸運動模型

在課堂上，教師直接展示模型，此模型很容易抓住學生的眼球。在學生觀看時，教師提出問題：“這是一個肺部模型。想一想：吸管表示什么？氣球表示什么？吸管和氣球連接的部分是什么？瓶子底部是什么？”在問題的作用下，學生紛紛遷移生活認知，思索答案。教師把握時機，為學生發放材料，鼓勵動手操作，并介紹氣管、支氣管、肺等。全體學生興致高昂，投入微實驗活動，自主探究相關概念，順其自然地進入生物學課堂。

2.操作微實驗，深入探究

動手操作微實驗是學生深入探究生物學概念的必由之路。在調動學生探究興趣后，教師要圍繞生物學概念和微實驗內容，提出任務，驅動學生動手操作。在動手操作的過程中，學生會發揮自主性，觀察、分析、發現特征，歸納概念，建立深刻認知。

例如，在“運輸作用”這節課上，學生要探究、掌握莖的疏導功能。教材圍繞此內容設置了“觀察莖對水和無機鹽的運輸”的實驗，但實驗材料和學生生活脫軌。于是，教師將教材中的實驗轉化為微實驗。

在課前階段，教師布置任務，引導學生動手處理白色百合花和大葉黃楊等實驗樣本。在課堂上，教師引導學生觀察白色百合花的外部。在觀察時，學生很輕松地發現花瓣和葉脈呈現紅色。此時，學生聯想課前微實驗操作過程，分析此現象的成因，踴躍作答。有學生說道：“紅墨水被植物的莖輸送到了花瓣和葉脈處”。教師給予肯定并布置任務：“用剪刀橫切百合花的莖，你會發現什么？”大部分學生邊操作邊觀察邊思考，得出結論——紅色的細點。部分學生主動發問：“這些紅色的細點是什么？”其他學生遷移已有的生物學認知，積極動腦，提出猜想，如紅色細點是“導管”。教師就此追問：“為什么猜測是導管，而非篩管？”在追問后，教師給予學生充足的時間，鼓勵學生合作交流。

在合作交流時，大部分學生發表看法，碰撞思維，最終得出結論：“無法借助百合花的莖來確定是否是導管”。在此情形下，各組成員紛紛拿出大葉黃楊，分離樹皮和木質部，細心觀察，發現現象，得出結論，踴躍展示。一個小組代表說道：“大葉黃楊的木質部變紅了，但樹皮內側的韌皮沒有變紅，這說明木質部的導管是向上運輸的。”教師贊賞學生，并鼓勵他們橫切、縱切大葉黃楊，繼續觀察，分析現象，總結結論。

經過不斷操作微實驗，大部分學生透過直觀現象，歸納共性，得出結論——導管位于木質部，可以運輸水分和無機鹽。

（三）課后階段：操作微實驗，復習生物學概念

復習是學生增強生物學概念認知的重要方式。微實驗是學生復習生物學概念的“工具”。尤其，學生能夠積極動腦，或直接應用課堂實驗方案，或自創其他實驗方案，動手操作，觀察、分析實驗現象，聯想生物概念內容，由此建立深刻的認知。有部分學生會發現自身的概念認知不足，自覺查漏補缺，加深對概念的理解。基于此，在課后階段，教師可依據生物學概念，提出微實驗操作任務，驅動學生復習。

例如，在“性別和性別決定”課堂上，學生操作微實驗，辨析了性染色體和常染色體，了解了性別決定方式。基于學生的學習情況，教師提出微實驗操作任務，具體如下：

任務一：在這節課上，我們使用什么樣的方法探究出了性染色體、常染色體和性別決定方式？請回想課堂學習過程，總結方法，利用課后時間再現方法，再次認知性染色體、常染色體和性別決定方式。

任務二（選做）：你能不能想到新的實驗方法呢？試著結合性染色體、常染色體和性別決定方式的相關內容，開動腦筋，聯想其他微實驗方案，動手操作，并認真記錄。

在實驗過程中，某學生在一號箱子中裝入60 個黃球，表示含有X 染色體的卵細胞；在二號箱子中分別裝入30 個黃球和30 個白球，其中黃球表示含有X 染色體的精子，白球表示含有Y 染色體的精子。之后，該學生從兩個箱子中隨意抓取兩個球，進行組合，記錄組合情況，并將兩個球放回箱子中，繼續抓球，并進行了組合與記錄，如此重復操作50 次。在操作后，學生依據記錄整理組合情況，建立表格，分析并歸納結論——黃黃組合表示生女孩，黃白組合表示生男孩，生男、生女的概率相同。如此，該學生便增強了對生物學概念的認知，同時強化了創新意識，鍛煉了創新能力。

教師則向其他學生展示該微實驗方案，啟迪其他學生，使其開放思維，遷移應用生物學概念，設計微實驗方案，由此獲得進一步發展。

三、結束語

總之，微實驗可以打破時空限制，使學生轉變學習方式，積極探究生物學概念，建立深刻認知，發展多樣能力，增強概念學習效果。鑒于此，在初中生物學概念教學中，教師可以依據生物學概念內容，與學生通力合作，把握課前、課中、課后時機，編創、操作微實驗，使學生扎實掌握生物學概念，獲取生物學概念學習方法，鍛煉多樣能力，提升生物學概念學習水平。