知識遷移在“物質跨膜運輸的實例”教學中的體現

沈兆瑞

(天津市楊村第一中學 301700)

現代教育心理學將遷移定義為：“一種學習對另一種學習的影響”。知識遷移是指在學生學習過程中，已有的認知水平對新的學習情景所產生的影響[1]。依據不同的作用和表現形式，可將遷移分為如下幾類：正遷移與負遷移，近遷移與遠遷移，水平遷移與垂直遷移等[2]。其中正遷移是指已有認知水平對后續學習產生促進作用，反之為負遷移[3]。在生物學教學中合理運用知識遷移原理，對高中學生邏輯思維的培養、學習能力的促進有重要意義。知識遷移在高中生物學教學中運用廣泛，本文以“物質跨膜運輸的實例”為例，淺談教學中知識遷移的體現。

本章節包括兩個環節：“滲透現象”(引入環節)與“細胞的吸水與失水”(重點環節)，對于初次接觸“滲透”概念的學生而言，兩個環節的聯系并不緊密。不僅如此，由于“滲透現象”的實驗原理晦澀難懂，若教學過程中對該環節把握失當，則會導致學習過程中負遷移的產生——不少學生在完成引入環節的學習后，反而對水分進出細胞的現象更加疑惑。在教學過程中如何避免負遷移的產生，進行正遷移教學呢？

1 “滲透現象”中知識遷移的體現

教學過程中，不少教師對如何處理“滲透現象”比較頭疼，學生對該環節更是疑點叢叢，主要原因如下：①滲透概念的外延面廣,所涉及的實驗中混雜著物理與化學的相關知識，導致實驗細節較難闡述；②許多學生錯誤認為滲透現象與后續內容聯系不夠緊密，導致學習過程中出現重難點偏移等情況；③相關課后習題往往融合多門學科知識，難度偏大。那么本章節中學習“滲透現象”的意義是什么，對后續環節的學習又會產生怎樣的影響呢？這是教學過程中首先面臨的問題。

知識遷移中的共同要素學說表明：必須存在相同要素，一種學習才能影響另一種學習。簡而言之，只有正確理解本章節兩個環節的相同之處，才能夠產生正遷移?！皾B透現象”與“細胞的吸水與失水”所涉及到的滲透體系并不相同，兩者相同之處在于實驗原理一致。據此，教學過程中應重視引入環節的學習，通過理解“滲透現象”的原理來進一步影響后續內容的學習，找到體外與體內系統中水分進出的共同點，從而產生正遷移。

1.1 正確理解滲透現象，避免負遷移 本章節的“滲透現象”是一個典型的體外實驗，由漏斗、玻璃紙(半透膜)與兩側液體(清水與蔗糖溶液)共同構成。該實驗的現象明顯，其點睛之處在于利用了漏斗的細頸將水面的上升效果放大，直觀體現為“水向高處流”這一特殊現象，有利于對滲透現象的觀察。實驗原理為：內部溶液濃度較高，導致水分子順相對含量梯度進入漏斗中，引起液面上升。

分析實驗現象，可知滲透現象的發生條件必須滿足兩個條件：①存在半透膜；②半透膜的兩側存在濃度差。然而，該結論對后續環節的影響是間接的，如果忽略兩個環節之間的本質聯系，則會導致本章節前后內容無法銜接，甚至產生負遷移。目前已經呈現大量“漏斗題”“U型管題”，這些習題無一例外地摻雜著“壓強”“摩爾濃度”等知識，偏離了對于滲透現象原理的考察。學生在完成上述習題后，不僅增加了學習難度，而且對后續內容的開展產生消極的影響，屬于典型的負遷移。

1.2 巧妙設計滲透實驗，引導正遷移 如何銜接“滲透現象”與“細胞的吸水與失水”的關系就顯得尤為重要。既然兩者共同要素為實驗原理，那么，設計一個驗證實驗來幫助學生理解并運用該原理將起到事半功倍的教學效果。

引入環節中，滲透現象的發生必須滿足兩個條件。引導學生逆向思考：“一旦發生滲透現象，則必然存在半透膜和濃度差?！睋颂岢黾僭O：假如“某物質”相當于一層半透膜，那么在合適的滲透裝置和濃度差存在的前提下，就能觀察到滲透現象。驗證實驗如下：

(1)實驗目的：驗證透析膜是否為半透膜。

(2)實驗設計與結果：本實驗中的滲透系統由試管、透析膜以及兩側溶液共同構成。其中外部溶液均為蒸餾水，對照組與實驗組的內部溶液如表1所示(內部溶液可添加藍色或紅色顏料來利于觀察液面變化的對比度)。將對照組與實驗組試管浸沒于蒸餾水中，此刻對照組與實驗組的液面高度一致；3 h后，A組液面沒有發生明顯變化，而實驗組B與C的液面均發生不同程度的上升。與對照組相比，實驗組發生了明顯的滲透作用，水分順相對含量梯度由外界穿過透析膜進入蔗糖溶液中。

表1 實驗設計與結果

(3) 實驗結論：實驗組B與C均發生了滲透現象，透析膜與兩側溶液構成了標準的滲透裝置。由此可知，透析膜相當于一層半透膜。

上述實驗拓展了學生的思路，滲透現象是否發生成為判斷有無半透膜的一個標準。該思路成為連接兩個環節的橋梁，圍繞本章節的共同要素，在正遷移教學中起到關鍵性作用。

2 “細胞吸水與失水”中知識遷移的體現

接下來，教師將滲透原理的理解和運用進一步遷移至最基本的生命系統——細胞之中。首先以動物細胞為例，動物細胞相當于一個獨立的滲透裝置，其中的自由水主要分布于細胞質基質。如果發生滲透現象，則可說明細胞質基質與外界溶液之間的細胞膜相當于一層半透膜。

與人工滲透系統不同，細胞發生滲透現象無法直觀地表現為液面高度變化，那么如何觀察動物細胞是否發生水分進出呢？教材提供的實驗材料為哺乳動物的成熟紅細胞，呈現出獨特的圓餅狀細胞形態。因此，可以利用細胞的形態變化來指示水分出入情況(如紅細胞的吸水膨脹和失水皺縮)。利用正遷移的教學思路，不難得出如下結論：通過觀察紅細胞的形態變化，可以確定滲透現象的發生，則證明了在細胞之中也存在半透膜，提出“動物細胞膜相當于一層半透膜”。

然而，與動物細胞不同，植物細胞具有起支撐與保護作用的細胞壁，所以無法通過觀察其形態變化來確定滲透現象是否發生。因此，教材中設計了探究實驗“植物細胞的吸水與失水”，利用洋蔥外表皮的“質壁分離”來驗證滲透現象的發生。成熟的植物細胞內自由水主要分布于細胞液，而不是細胞質基質。該探究實驗的巧妙之處在于：選擇細胞液中含有花青素的洋蔥外表皮細胞，有利于觀察細胞液的體積是否發生變化。當外界溶液濃度大于細胞液時，細胞失水，細胞液中的水分子依次穿過液泡膜、細胞質和細胞膜(被命名為原生質層)流入外界溶液中。此刻，原生質層的伸縮性大于細胞壁的伸縮性，觀察到質壁分離這一特殊現象。質壁分離的發生標志著植物細胞發生了滲透現象，進而說明細胞液與外界溶液之間的結構——原生質層相當于一層半透膜。

3 知識遷移在本節教學中的意義

綜上所述，“滲透現象”作為“物質跨膜運輸的實例”的引入環節，對本章節重點內容的提出有著不可或缺的意義。正遷移教學的關鍵之處在于找到知識點之間的共同要素，在學習過程中發揮出承前啟后的作用。例如，本章節中對滲透原理的理解和運用能夠幫助學生更好地學習細胞中的滲透現象，從而發揮出正遷移的效果，提高學生理解、分析與解決問題的能力。