運(yùn)用概念分析的方法進(jìn)行生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

陶靜

摘 ?要：本文闡述了抓住核心概念，運(yùn)用概念分析法，對(duì)人教版（新課標(biāo)）高中生物教材中一些變量不明晰的實(shí)驗(yàn)題目，引導(dǎo)學(xué)生尋找實(shí)驗(yàn)原理，確認(rèn)實(shí)驗(yàn)變量，控制和處理實(shí)驗(yàn)變量，設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案的方法。

關(guān)鍵詞：概念分析;實(shí)驗(yàn)變量;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1問題的提出

普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)指出，學(xué)生通過高中生物課程學(xué)習(xí)，發(fā)展科學(xué)探究能力。初步培養(yǎng)學(xué)生包括確認(rèn)變量;設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案等11項(xiàng)能力。那么在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中如何確認(rèn)實(shí)驗(yàn)變量，控制和處理實(shí)驗(yàn)變量，設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案就成了一個(gè)難點(diǎn)。

對(duì)于一般性實(shí)驗(yàn)題目，實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹凶兞棵黠@，通過分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康木涂纱_認(rèn)實(shí)驗(yàn)變量。例如，《比較過氧化氫在不同條件下的分解》的實(shí)驗(yàn)，自變量是不同的條件，因變量是過氧化氫的分解狀況。對(duì)于那些實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹凶兞坎幻魑膶?shí)驗(yàn)，例如，《探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式》;《探究Fe2+是不是小麥生長的必需元素》，《判定騾子是不是一個(gè)物種》等等。在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，將這些實(shí)驗(yàn)歸納為若干類型，應(yīng)用不同的方法去完成。但是學(xué)生遇在到新的問題情境時(shí)，極力套用老師教給的模式，一旦沒有可套用的模式，就束手無策。那么這些命題有沒有共性？能否用同樣的模式去思考呢？筆者嘗試抓住核心概念，運(yùn)用概念分析的方法進(jìn)行生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并取得了一定成效。現(xiàn)就具體做法陳述如下，以期與同仁探討。

2 ?教學(xué)案例

概念分析法也稱術(shù)語分析法，它是指研究確定術(shù)語所表示的概念的內(nèi)涵和外延的研究方法。概念是思維的基本單位，其內(nèi)涵是反映在概念中的對(duì)象的特有的屬性;其外延是指概念所反映的一切事物。常用的概念分析法有：內(nèi)容分析法，比較分析法，案例分析法等

2.1內(nèi)容分析法

內(nèi)容分析法，就是對(duì)概念的內(nèi)涵分析，準(zhǔn)確地把握概念內(nèi)在的本質(zhì)，嚴(yán)格區(qū)分某一概念（術(shù)語）的客觀內(nèi)容和可能出現(xiàn)的主觀曲解。

案例1：驗(yàn)證酵母菌是兼性厭氧菌

本命題的核心概念是“兼性厭氧菌”，人教版（新課標(biāo)）必修一《分子與細(xì)胞》P91頁將其描述為“酵母菌是一種單細(xì)胞真菌，在有氧和無氧條件下都能呼吸，屬于兼性厭氧菌”。結(jié)合實(shí)驗(yàn)中各種變量的定義和特點(diǎn)，分析此概念便知本實(shí)驗(yàn)是要驗(yàn)證酵母菌在有氧和無氧條件下均可生存，自變量為有氧條件和無氧條件，控制辦法是通入空氣和隔絕空氣，因變量是能否生存，檢測手段是是否進(jìn)行了細(xì)胞呼吸，產(chǎn)生了CO2和其他產(chǎn)物，無關(guān)變量是影響酵母菌生存的其他因素，包括充足的營養(yǎng)物質(zhì)和適宜的溫度等外界條件，在對(duì)比試驗(yàn)中保持相同。

案例2：自選材料，驗(yàn)證酶具有專一性。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)不難，但學(xué)生會(huì)做出兩種方案，一是選擇兩種酶，一種底物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：另一種是一種酶，兩種底物做實(shí)驗(yàn)。孰是孰非？哪種方案更具科學(xué)性？

本實(shí)驗(yàn)命題中的核心概念是“酶的專一性”，人教版（新課標(biāo)）高中生物必修一P83頁是這樣描述的：“過氧化氫酶只能催化過氧化氫分解，不能催化其他化學(xué)反應(yīng)。每一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)。” 仔細(xì)分析概念就會(huì)發(fā)現(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)該用同一種酶催化不同的底物，而不是用不同的酶催化同一種底物。例如人教版（大綱版）高中生物必修一P47頁《實(shí)驗(yàn)五探究淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的水解作用》就是這樣設(shè)計(jì)的。

2.2 比較分析法

比較分析法可以理解為是根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上有聯(lián)系的概念進(jìn)行分析，尋找其異同，探求不同事物統(tǒng)一性與特殊性。按目標(biāo)的指向，可分成求同比較和求異比較。

案例3例如某雌雄同株植物花的顏色由兩對(duì)基因（A和a，B和b）控制，A控制色素的合成（A：出現(xiàn)色素，AA和Aa的效應(yīng)相同），B為修飾基因，淡化顏色的深度（B：修飾效應(yīng)出現(xiàn)，BB和Bb的效應(yīng)不同）。其基因型與表現(xiàn)型的對(duì)應(yīng)關(guān)系：A ?Bb粉色，A ?bb紅色，A ?BB或aa，請(qǐng)回答下列問題：

為了探究兩對(duì)基因（A和a，B和b）是在同一對(duì)同源染色體上，還是在兩對(duì)同源染色體上（不考慮交叉互換），請(qǐng)以基因型為AaBb的粉色植株為材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。

本探究題的核心詞是“同一對(duì)同源染色體”和“兩對(duì)同源染色體”。抓住兩個(gè)核心詞語，聯(lián)想遺傳學(xué)相關(guān)知識(shí)，比較分析“同一對(duì)同源染色體”和“兩對(duì)同源染色體”的區(qū)別：如果兩對(duì)基因位于兩對(duì)同源染色體上，它們的遺傳將遵循基因的自由組合定律，如果兩對(duì)基因位于同一對(duì)同源染色體上，它們的遺傳將不遵循基因的自由組合定律（遺傳遵循的是基因的連鎖與交換定律）。因此本實(shí)驗(yàn)研究方法是選擇基因型為AaBb的粉色植株進(jìn)行自交，觀察子代表現(xiàn)型，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果與哪種預(yù)期結(jié)果相符，就可判定兩對(duì)基因的位置屬于甲乙丙中的哪種情況。

案例4：判定四倍體西瓜是不是新物種？

本命題中的核心概念是“物種”，衍生詞是“新物種”。分析本命題發(fā)現(xiàn)它包括兩層含義，一是四倍體是不是物種，二是四倍體是不是新物種。所謂“新物種”，就是相對(duì)原有物種而言的，即它與二倍體是不是同一個(gè)物種。結(jié)合高中生物教材中物種定義，比較分析這組概念，認(rèn)識(shí)到到本命題需要做兩部分實(shí)驗(yàn)才能完成：⑴四倍體西瓜的個(gè)體間能否雜交，并產(chǎn)生可育的后代，判定四倍體是不是一個(gè)物種;⑵四倍體與二倍體的能否雜交，并產(chǎn)生可育的后代，判定四倍體是不是新物種。結(jié)果是四倍體能雜交產(chǎn)生可育后代，表明它是一個(gè)物種;而四倍體與二倍體的能雜交，但產(chǎn)生后代不可育，表明它是不同于二倍體的新物種。

3 ?反思總結(jié)

抓住核心概念，運(yùn)用概念分析法，能夠成功完成生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，這種方法的奧妙在哪兒呢？

諸如上述類別的實(shí)驗(yàn)題，在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師通常會(huì)引導(dǎo)學(xué)生展開想象，尋找實(shí)驗(yàn)原理。茫茫“書海”，學(xué)生從哪里去尋找寬泛、空洞的實(shí)驗(yàn)原理？運(yùn)用概念分析法，可以在實(shí)驗(yàn)課題（實(shí)驗(yàn)?zāi)康模┡c實(shí)驗(yàn)原理之間架起了一座橋梁，學(xué)生就能抓住核心概念，聯(lián)想相關(guān)知識(shí)，就能直接、具體地搜索到實(shí)驗(yàn)原理，容易覓到實(shí)驗(yàn)方法，更易找到實(shí)驗(yàn)變量，因?yàn)楦拍罹褪窃恚拍钜彩欠椒ā?/p>

概念分析法更易打開學(xué)生思路，圍繞核心概念，通過分析概念的內(nèi)涵和外延，拓展思維，激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的能力，不再拘泥于老師給定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模式，學(xué)生可以輕松獨(dú)立地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

概念分析法是一種具體的思維方法，它還適用于更加廣泛的領(lǐng)域。在有些命題中，它可能不再是一個(gè)概念，而是一個(gè)名詞，某一事物的屬性特征等。因此在中學(xué)生物教學(xué)中，要加強(qiáng)核心概念的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用概念分析的方法解決實(shí)際問題的能力。

參考文獻(xiàn)

[1] ?普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）中華人民共和國教育部制訂.人民教育出版社，2003

[2] ?普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書.生物1.必修.分子與細(xì)胞. 人民教育出版社，2007

[3] ?普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書.生物2.必修.遺傳與進(jìn)化. 人民教育出版社，2007