在生物實驗中進行概念教學

在生物學教學過程中如何處理知識與能力的關系在教學實踐中一直困擾著教師，在新課標修訂過程中再次強化概念教學時，應如何理解和處理二者之間的關系也是教師關注的焦點。

1、問題的提出

《高中生物課程標準》中重點提及了對學生的能力培養。其中對能力的培養在《標準》中從三個方面11個具體能力做了全方位的要求，廣大教師學習后形成了大力強化能力培養而有意無意忽視知識傳授的現象。

其實在課程標準中，對知識與能力都是高度重視，的。標準中要求學生“獲得生物學基本事實、概念、原理、規律和模型等方面的基礎知識”。新課標絕不是輕視知識，也不是要降低對知識教育的要求，而是要求重視“核心概念”的教學，即由追求對繁雜的生物學事實性知識的記憶，轉向對“核心概念”的深層次理解，體現了國際科學教育“少而精”的原則。在新近頒布的《義務教育生物課程標準》中則要求從科學探究出發逐漸形成一些重要概念。

概念是知識的高度抽象與概括，實驗是培養學生能力的一種重要途徑和手段，若能在實驗中進行概念教學則能兼顧二者之效益。

2、生物學科特點決定了生物概念教學的特殊性

生物學是一門實驗科學，生物學概念的獲得往往建立于實驗的基礎之上，是對生物學事實的總結與提升。因此，生物學概念的引入一定要建立在學生對生命現象觀察的基礎上。

課程標準強調通過探究性學習掌握生物學的重要概念并形成生物學的基本素質是新課標的重大亮點。而實驗教學是探究性學習的主要形式，課標中也相當重視實驗教學在概念中的重要作用，列舉的許多活動建議大多是實驗或實踐活動。這恰恰符合生物學科本身的特點和學生的實際情況。

在概念的學習過程中，教師既可以采用使用術語來傳遞概念，也可以使用描述概念內涵的方式來傳遞概念。而第二種方式在結合實驗進行的過程中更能使學生理解和掌握。比如“酶”，若在描述“酶是活細胞產生的具有催化作用的有機物”時能通過實驗證明酶是有機物、酶催化作用效率高于普通催化劑（唾液淀粉酶和FeCl³催化H²O³的實驗）及酶催化作用的條件等實驗后，學生對酶概念會有更深刻的認識。也就是說在通過實驗引入概念時，首先要從學生了解的有關生物學知識中選取適當的能夠說明這一概念的典型事例，讓他們直觀地認識有關屬性，然后引導他們得出一般性的概念。

生物學概念很多是知識性概念，這些概念的獲取需要借助思維。在實驗的基礎上通過歸納，學生通過推理而最終得出結論，再將該結論推廣應用在其他的情境中，也就獲得了概念。因此在實驗中進行概念教學是兼顧知識與能力的有效教學方法。

3、生物實驗中進行概念教學的策略

3.1 通過探究實驗進行概念教學

課標中對科學探究有明確的要求，科學探究可通過探究性實驗具體實施，探究可以促進學生學習方式的改變，使學生能主動地獲取生物科學知識，體驗科學過程，形成一定的科學探究能力和科學態度與價值觀，培養創新精神。在實驗的過程中學生對相應概念的理解與掌握更主動并真正體會其實質。

例如對“自然選擇”概念中“突變和重組為進化提供了原材料”的理解很多學生不清楚，即究竟是先有變異還是先有選擇，是否是因為選擇的壓力導致了突變等含糊不清。此時有些教師干脆直接要學生記憶“先變后選”。教師不妨引入一個探究實驗：探究抗生素使用與否與金黃色葡萄球菌抗藥性關系。首先選擇材料和器具：青霉素、培養皿以及對青霉素敏感的普通金黃色葡萄球菌。然后設計實驗步驟：步驟1：取培養皿A若干個（A1、A2、A3……），加入普通細菌培養基；取培養皿B若干（B1、B2、B3……）加入含有青霉素的細菌培養基。步驟2：將適量細菌培養液涂在培養皿A1的培養基表面，放在適宜的條件下培養一段時間，培養基表面會出現一些細菌菌落。步驟3：用滅菌后的絲絨包上棉花制成一枚“印章”，在A1上輕蓋一下，再在B1上輕蓋一下，這樣A1中的細胞就按一定的位置正確地“復制”到B1之中，將B1培養一段時間后，B1中一定部位出現了少量菌落。步驟4：根據B1中菌落出現的方位，將A1中對應位置的菌落取出，均勻涂抹在A2表面，培養一段時間后，培養基表面又會出現許多菌落。反復重復步驟3、4。該實驗中A組細菌從未接觸抗生素，觀察其抗藥性的生成情況以確定是否與抗生素的使用有關。其結果是：在B2、B3中保留下來的菌落越來越多，直到最后，所有復制到B中的菌落全部保留下來，都具有了對青霉素的抗藥性。根據這一結果分析后可得出：A組細菌從未接觸抗生素，而細菌的抗藥性不斷增強，說明細菌抗藥性變異的產生與抗生素無關。

在設計并完成該探究實驗的過程中，與科學探究相關的5個重要概念得到了強化，而在探究過程中需要培養的6種能力也得到了培養。建立在這一系列實驗基礎形成的“自然選擇”概念成為一個活生生的事物，避免了死記硬背式的灌輸。學生的學習興趣得到提高，學習的實效性增強。

3.2 通過驗證實驗進行概念教學

中學生物教學中有大量驗證性實驗，它強調實驗操作和觀察等個別操作技能，強調如何快速經濟的獲得生物知識。學生用實驗驗證已學過的生物學原理、概念或性質。中學階段由于學生能力的制約，不可能所有實驗都采用探究的方法，某些概念的獲取可采用在驗證性的實驗操作過程中獲取，到達知識與能力的和諧統一。

例如“細胞呼吸”中“有氧呼吸的主要場所是線粒體”這一概念的理解可通過一個驗證性實驗解決：將某動物細胞破碎處理后進行離心分層，一組為細胞溶漿（包含其中的細胞器，即含線粒體），另一組只有細胞質基質，第三組只有線粒體，然后分別在這三組溶液中加入等量的葡萄糖溶液。在相同且適宜的條件下處理一段時間后檢測產物，只有第一組出現二氧化碳。在分組分析后可得出結論：有氧呼吸既需要細胞質基質，也需要線粒體，二者缺一不可。對“主要”的理解則在實驗過程中分別測量所釋放的能量比較后獲得：第一組釋放能量遠高于第二組，第三組基本無能量釋放。以第一組減第二組后再與第一組比較就可得出能量主要由線粒體釋放的結論了。顯然通過這組驗證性實驗后學生對該概念的理解與掌握一定會更深入，同時在實驗過程中相應的動手能力和分析推理能力也得到培養。

3.3 通過模擬實驗進行概念教學

在生物學探究過程中，有些研究對象是難以直接做實驗的，此時用模型來做實驗，即模仿實驗對象制作模型，或者模仿實驗的某些條件進行實驗——模擬實驗。由于它是模擬的某種條件和狀態，控制起來相對容易，克服了生物實驗過程中某些不易控制的變量因素的影響，獲得的結論可能更直觀，對某些概念的理解和把握更準確。在設計模擬條件的過程中對學生能力的要求也更高，對能力的培養很有益處。

例如“基因的自由組合定律”中關于“自由組合”的含義有些學生并不能準確把握，若此時設計一個模擬實驗：取四雙筷子，兩兩長度相等，共有長度不同的兩組。每雙筷子用橡皮筋扎住，代表復制過的染色體。用兩組不同長度的筷子代表兩對同源染色體，分別在每組筷子的相同位置用記號筆做好標記以代表相應的等位基因。在白紙或黑板上模擬減數分裂過程：減數第一次分裂后期讓每組筷子分開，而不同組的筷子自由組合，其上的基因自然也進行了組合。第二次分裂就不可能再看到基因的重組現象了。此過程將學生不太容易理解，中學實驗中不能直接連續觀察的動態實驗改為了模擬實驗。這樣促進了學生對概念的掌握。

3.4 應用科學實驗史進行概念教學

科學是一個發展的過程。學習生物科學史能使學生沿著科學家探索生物世界的道路，理解科學的本質和科學研究的方法，體會科學家獻身科學的精神。特別是科學史上的一些經典實驗更能反映出科學研究的基本方法和思維軌跡。通過對經典實驗思維過程的剖析與解讀，學生能夠理解科學家的精妙與高超，對思維能力與材料分析能力的訓練極為有效。

例如，對于“DNA是主要的遺傳物質”這一概念的理解，教師可以利用科學家在不同歷史時期的經典實驗逐層剖析：格里菲思體內轉化實驗——得到在細菌的轉化過程中存在某種“轉化因子”，而后的艾弗里體外轉化實驗則證明這種“轉化因子”是DNA。赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細菌的實驗進一步證明DNA是遺傳物質。其后還有些科學家繼續做了大量的相關實驗，證明大多數生物的遺傳物質是DNA，少數生物的遺傳物質是RNA。最終得出“DNA是主要的遺傳物質”這一概念。分析這些科學家的工作思路發現他們都有共同的特點——分別研究不同的成分在各自實驗中的作用，由此理解科學研究工作有許多共性的特點。同時也認識到后續科學家的研究是在前任科學家研究基礎上的繼續——科學研究具有傳承性。而不同時代由于技術發展水平的不同為科學研究提供了不同的空間——科學研究具有時代性。由這些經典的科學實驗的不斷深入而理解概念的建立是一個逐步深化和完善的過程。在這種教學中，學生對概念的理解與掌握也經歷了漸進加深的過程，在能力和情感、態度與價值觀方面同時得到了培養和熏陶。

總之，教師必須重視知識獲取與能力培養，而在實驗過程中進行概念的教學不失為一種有效方法。