“能量的釋放與呼吸”中的概念轉變教學策略

顧源媛

(江蘇省蘇州工業園區西安交通大學附屬初級中學 蘇州 215021)

蘇科版生物七年級上教材“能量的釋放與呼吸”一章主要涉及課程標準中“生物圈中的綠色植物”“生物圈中的人”這2個主題，比較深入地討論人、植物等各種生物怎樣通過呼吸作用獲得能量。這一生理過程較為復雜，學生在學習前對于呼吸現象已有片面性的個人理解和想法，阻礙其在課堂形成科學概念，此部分內容成為教學的重點和難點。

1 “能量的釋放與呼吸”中常出現的錯誤概念

前概念是指學生在接受正規科學教育之前所形成的概念，這些概念中有些是正確的，有些是錯誤的。錯誤概念的形成往往不是由于理解偏差或遺忘而造成，它經常與日常直覺經驗相聯系，植根于一個與科學理論不相容的概念體系或概念生態之中[1]。

“能量的釋放與呼吸”作為蘇科版生物七年級上第3單元的最后一部分內容,是第2章“環境影響生物的生存”、第4章“動物的能量最終來源于綠色植物”和第5章“人從食物中獲得物質和能量”等內容的延續。能量是生物圈中一切生命活動的命脈,綠色植物的光合作用為生物圈提供了巨大的能源庫,人和動物從食物中獲得能量,能量沿著食物鏈(網)傳遞,維持著各級生物的生命活動。根據課標的要求,教師在本章教學中,要幫助學生形成的重要概念是： 在生物體內,細胞通過分解糖類等物質獲得能量，同時生成二氧化碳和水；人體呼吸系統包括呼吸道和肺,其功能是從大氣中攝取代謝所需要的氧氣,排出代謝所產生的二氧化碳。

在教學中，經常發現學生理解“能量的釋放與呼吸”偏于概念化理解，而非精準理解，導致他們易在能量形式、植物的呼吸、氣體交換等多個方面產生以下錯誤概念： ①植物只有葉片能進行呼吸；②植物白天進行光合作用晚上進行呼吸作用；③人體用口呼吸比用鼻子呼吸好；④人體內產生二氧化碳的部位是肺泡；⑤呼吸運動和呼吸作用概念一樣；⑥通過擴散作用，實現了外界和肺泡的氣體交換。這些錯誤概念廣泛、自發、特異、表象，需要教師設計學習活動使學生產生認知沖突，主動參與學習過程以理解概念的內涵，能將新概念內化到原有的概念體系中。

2 概念轉變教學策略

2.1 利用討論對話，引發認知沖突 所謂認知沖突,就是學生原有認知結構與新現象之間無法包容的矛盾。學生在學習新知識時,總是試圖以這種原有認知結構來同化對新知識的理解。當遇到不能解釋的新現象時,就會引發認知沖突。一旦引發認知沖突,就能激起學生的求知欲和好奇心,促使學生進行認知結構的同化與順應[2]。

例如，要解決“人體用口呼吸比用鼻子呼吸好”這一錯誤概念，可采取如下策略： 教師先提出問題： 大家對于最近的空氣質量有什么感受？“人體的呼吸”一節授課時間往往是在冬季，學生對于空氣質量感受強烈，能總結出相對于人體，空氣比較干燥、寒冷、不清潔。教師進一步引導： 人體呼吸道的器官能否濕潤、溫暖、清潔空氣？出示資料中詳細介紹鼻腔的結構。學生通過分析資料、小組討論、小組代表講解等活動，理解鼻腔內相應結構具有濕潤、溫暖、清潔空氣的作用，并進一步理解生物體內結構和功能相適應的觀念。教師再出示口腔結構，進一步提問： 用口呼吸比用鼻子呼吸好嗎？學生通過討論與對話，當發現自己所持的觀念與他人不同時,就會對自己先前所持有的觀點產生懷疑,進而引發認知沖突。通過這種認知沖突,學生才易于接受新的、正確的科學觀念,實現認知結構的轉變。

2.2 開展探究實驗，鼓勵認知順應 按照皮亞杰的觀點,學生改變原有認知結構的主要機制是順應。所謂順應,是指對原有認知結構的調整和改變,以便更好地理解和接納新現象。通過順應學習才能接納新知識、解決認知矛盾,實現由原有的前概念向新的科學概念的轉變[2]。在生物學教學中,教師可通過教材實驗或者改進實驗，引發和解決認知沖突,實現認知順應,重建新的生物學概念。

例如，要解決“植物只有葉片能進行呼吸”這一錯誤概念，可采取如下策略： 教材用新鮮菠菜為實驗材料，利用氧氣和二氧化碳的特性，來驗證植物的呼吸過程中氣體變化的問題。通過實驗，學生容易得出“植物只有葉片能進行呼吸”這一錯誤概念。教師可改進實驗材料，擴大材料種類。除了菠菜，教師可準備紅薯、芹菜的莖、萌發的蠶豆種子、山茶花、小番茄等，植物的六大器官均可作為實驗材料。學生可分組選取其中一種或幾種進行研究。進而得出結論： 植物體沒有專門的呼吸器官，只不過萌發的種子、幼小的果實和生長旺盛的葉片里呼吸作用較為顯著。另外，教師還可再引導學生觀察廣口瓶內壁的水珠，讓學生理解呼吸同時會釋放水。教師再進一步引導，學生也能通過以上實驗理解“植物白天進行光合作用晚上進行呼吸作用”是一個錯誤的概念。

而教材只用了植物為原料進行實驗，教師可以在此部分補充人體和動物體呼吸時氣體變化實驗，讓學生全面感受生物呼吸過程中氣體的變化，加深理解呼吸的概念內涵。

2.3 有效構建模型，認識事物本質 學生個體相對固定的思維視角會造成片面的思維方式，進而阻礙個體認識事物的本質屬性。而模型是人們按照特定的科學研究目的，在某種假設條件下，再現原型客體本質特征(如結構特性、功能、過程等)的物質形式或思維形式的類似物。適當采用構建模型的方式，引導學生進行類比，便于學生認識模型所反映的原型的性質和規律，逐漸形成科學概念，實現錯誤概念的轉變。

例如，在學習人體的呼吸一節時，“人體內產生二氧化碳的部位是肺泡”“呼吸運動和呼吸作用概念一樣”“通過擴散作用，實現了外界和肺泡的氣體交換”這幾個錯誤概念出現頻率非常高。究其原因，本節內容概念較多，比較復雜。對于這部分內容學生有一定的了解，但基本處于零散的前科學概念狀態。“呼吸運動”和“氣體交換”部分內容較為抽象，就單個概念而言，教材通過模擬實驗、示意圖等逐步化解學生可能存在的困難。但學生不能很好地將上述若干概念比較聯系，這時教師可通過圖像模型(圖1)，引導學生認識模型所反映的人體內氣體交換的全過程，理解各個概念間的區別和聯系，逐漸形成以下科學概念： 通過呼吸運動，實現了外界和肺泡的氣體交換；通過擴散作用，實現了毛細血管和肺泡以及組織細胞的氣體交換；人體細胞利用氧氣參與呼吸作用，產生的二氧化碳通過呼氣排出。

圖1 人體內氣體交換的全過程模型圖