初中實(shí)驗(yàn)教學(xué)中構(gòu)建生物學(xué)概念的策略

胡艷

編者按：

生物學(xué)是自然科學(xué)中的一門基礎(chǔ)學(xué)科，是研究生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，其研究對(duì)象是具有高度復(fù)雜性、多樣性和統(tǒng)一性的生物界。實(shí)驗(yàn)在生物學(xué)教學(xué)中占有舉足輕重的地位。透過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生得以親身參與探究、觀察生命現(xiàn)象、驗(yàn)證科學(xué)原理，深化對(duì)生物學(xué)的理解，為未來的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新精神的搖籃，是引領(lǐng)學(xué)生探索生命奧秘、領(lǐng)略生物世界的重要途徑。2023年9月，黑龍江省教育廳發(fā)布《黑龍江省初中學(xué)業(yè)水平考試工作方案（試行）》，明確提出從2023年開始，將初中生物實(shí)驗(yàn)操作考試計(jì)入中考成績(jī)，把實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性推向了新高度。本刊以生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主題，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)中生物概念的構(gòu)建、初中生物實(shí)驗(yàn)生活化的拓展、初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)與項(xiàng)目制學(xué)習(xí)的融合、初高中實(shí)驗(yàn)教學(xué)的銜接、實(shí)驗(yàn)作業(yè)設(shè)計(jì)幾方面出發(fā)展開研討，以期為廣大讀者提供參考。

摘要：課程理念“內(nèi)容聚焦大概念”的提出，強(qiáng)調(diào)了實(shí)現(xiàn)從關(guān)注科學(xué)事實(shí)的記憶向關(guān)注重要科學(xué)概念掌握的轉(zhuǎn)變，幫助學(xué)生自主建構(gòu)生物學(xué)重要概念。將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與概念教學(xué)深度融合能夠有效改善學(xué)生生物學(xué)基礎(chǔ)概念學(xué)習(xí)不扎實(shí)、概念理解不透徹的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，引導(dǎo)學(xué)生自我探索、自我感悟、自主構(gòu)建生物學(xué)概念，全面提升學(xué)生核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；概念教學(xué)；自主建構(gòu)

生物學(xué)概念是生物學(xué)知識(shí)的重要組成部分，在初中生物學(xué)學(xué)習(xí)中占據(jù)極其重要的地位。然而在日常教學(xué)中不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在課堂檢測(cè)、課后測(cè)試等多個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中會(huì)屢屢出現(xiàn)對(duì)生物基礎(chǔ)概念學(xué)習(xí)不扎實(shí)、理解不透徹的問題。如，對(duì)生物知識(shí)的內(nèi)在邏輯關(guān)系把握不到位，不能很好地應(yīng)用有關(guān)的基本概念和原理分析和解決問題，又或者不能很好地在新的情境中使用比較抽象的概念和原理，以及建立概念與概念之間的合理聯(lián)系。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物學(xué)課程中的重要一環(huán)，更切合初中生的認(rèn)知規(guī)律，更符合生物學(xué)課程的本質(zhì)特點(diǎn)。在教學(xué)活動(dòng)中要重視學(xué)生概念建構(gòu)的主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，引導(dǎo)學(xué)生自我探索、自我感悟、自主構(gòu)建，為將來更高梯度的理解概念、應(yīng)用概念奠定基礎(chǔ)，優(yōu)化生物課堂中師生間教與學(xué)的共同行為。

將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與概念教學(xué)深度融合，能夠有效改善學(xué)生概念獲得與概念應(yīng)用方面的不足。在概念的教學(xué)過程中，針對(duì)不同的生物概念要采用適合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式來優(yōu)化課程設(shè)計(jì)，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為依托，是提高初中生物學(xué)概念教學(xué)質(zhì)量的有效策略。教師要不斷學(xué)習(xí)提升、深入理解“內(nèi)容聚焦大概念”的內(nèi)涵和意義，圍繞著大概念組織教學(xué)內(nèi)容和開展教學(xué)活動(dòng)。

一、通過觀察實(shí)驗(yàn)，直觀感性建立概念

科學(xué)的觀察是指學(xué)生通過自己的感官和輔助工具來獲取信息，獲得的資料往往更加真實(shí)可靠，簡(jiǎn)便易行的觀察實(shí)驗(yàn)更有助于學(xué)生對(duì)生物知識(shí)的掌握。

生物學(xué)科本質(zhì)的大概念往往具有高度的概括性和抽象性，學(xué)生通過觀察獲得生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、生理、生態(tài)、遺傳和進(jìn)化等方面的直觀感性認(rèn)識(shí)，了解生物的結(jié)構(gòu)和本質(zhì)，將抽象的知識(shí)內(nèi)容具象化，把這些感性的形象轉(zhuǎn)變成語言即形成初步的概念，再經(jīng)過形象思維和抽象思維的互動(dòng)與轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)由特殊到一般、由現(xiàn)象到本質(zhì)的飛躍，抓住生命的特征，從而建立較完整而科學(xué)的概念[1]。

例如學(xué)生在學(xué)習(xí)“生物體的結(jié)構(gòu)層次”這一主題時(shí)，需要建立“細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位”這一重要概念的基礎(chǔ)[2]。教師可以通過觀察實(shí)驗(yàn)，開展“觀察細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)來幫助學(xué)生初步建立基本概念，形成對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生練習(xí)制作臨時(shí)裝片的同時(shí)，借助顯微鏡走進(jìn)微觀世界。學(xué)生通過觀察不同類型的動(dòng)植物細(xì)胞，直觀認(rèn)識(shí)到動(dòng)物和植物都是由細(xì)胞構(gòu)成的。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生通過觀察運(yùn)用比較分析，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)動(dòng)植物細(xì)胞的共性和差異，找出概念之間的內(nèi)在聯(lián)系和本質(zhì)區(qū)別，從而完成“動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞都具有細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核等結(jié)構(gòu)”和“植物細(xì)胞具有不同于動(dòng)物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，如葉綠體和細(xì)胞壁”兩個(gè)次要概念的建構(gòu)，進(jìn)而將相關(guān)的重要概念、次位概念按照其內(nèi)在邏輯關(guān)系編織成網(wǎng)，使知識(shí)結(jié)構(gòu)化，同時(shí)使概念的形成更加清晰化和系統(tǒng)化[3]。

二、通過科學(xué)家實(shí)驗(yàn)，感悟思維獲得概念

初中生物學(xué)教材中提到了多個(gè)科學(xué)家的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，如海爾蒙特的柳樹苗實(shí)驗(yàn)、普利斯特利的小鼠實(shí)驗(yàn)、巴斯德的鵝頸瓶實(shí)驗(yàn)、孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)等，都可以作為概念教學(xué)的重要素材。

例如教師在幫助學(xué)生構(gòu)建“病毒無細(xì)胞結(jié)構(gòu)”這一次位概念時(shí)，由于病毒個(gè)體非常微小，并且很多具有一定的危險(xiǎn)性，需要通過專業(yè)的儀器設(shè)備才能觀察，無法通過上述的觀察實(shí)驗(yàn)來加以實(shí)現(xiàn)。此時(shí)教師可以借助俄國(guó)科學(xué)家伊萬諾夫斯基的病毒發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生加以引導(dǎo)，通過此經(jīng)典實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，用學(xué)生已知的細(xì)菌類群作為橋梁，引導(dǎo)學(xué)生感知病毒是一種特殊的生物，它區(qū)別于學(xué)生所熟悉的其他類群，比單細(xì)胞的細(xì)菌還要個(gè)體微小，從而水到渠成地獲得“病毒無細(xì)胞結(jié)構(gòu)”這一概念。

教師利用生物課堂講好“學(xué)科背后的故事”，引導(dǎo)學(xué)生通過科學(xué)史等資料，了解科學(xué)家的探究歷程，體會(huì)科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)和邏輯推理過程，有利于幫助學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，認(rèn)識(shí)到科學(xué)的發(fā)展是眾多科學(xué)家經(jīng)過長(zhǎng)期探索、共同努力的結(jié)果。回顧歷史，那些科學(xué)巨匠在物質(zhì)資源匱乏、知識(shí)理論不完善的背景下，使用著最簡(jiǎn)單原始的儀器和設(shè)備，不但發(fā)現(xiàn)了新的物種，而且經(jīng)過多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)總結(jié)提煉出新的科學(xué)知識(shí)，為人類探索世界之路搭建了階梯。

三、通過探究實(shí)驗(yàn)，探索分析理解概念

科學(xué)探究是學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的重要方式，是學(xué)生主動(dòng)獲得新知的重要途徑，探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的開展，有利于落實(shí)核心素養(yǎng)內(nèi)涵、提升學(xué)生實(shí)踐能力。

例如學(xué)生在學(xué)習(xí)“生物與環(huán)境”這一主題時(shí)，“探究影響鼠婦分布的環(huán)境因素”是學(xué)生在初中階段學(xué)習(xí)中接觸到的第一個(gè)較完整的通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行的探究活動(dòng)，需要學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)步驟和體驗(yàn)探究過程。在探究實(shí)驗(yàn)中，教師要巧設(shè)問題，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論之后，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考，運(yùn)用“如何保證鼠婦的變化只是由實(shí)驗(yàn)所探究的因素而引起的”“只用一只鼠婦做實(shí)驗(yàn)是否可行？為什么”等問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)獲取證據(jù)并做出判斷，為學(xué)生建構(gòu)“生態(tài)因素能夠影響生物的生活和分布”這一概念奠定基礎(chǔ)，幫助學(xué)生分析并理解探究實(shí)驗(yàn)中的單一變量的控制，從而概括提煉出更科學(xué)的概念。

四、通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)踐鞏固深化概念

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是生物教學(xué)中的一部分，是對(duì)研究對(duì)象有了一定了解，并形成了一定認(rèn)識(shí)或提出了某種假說，為驗(yàn)證這種認(rèn)識(shí)或假說是否正確而進(jìn)行的一種實(shí)驗(yàn)。在驗(yàn)證過程中，學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解經(jīng)歷從“質(zhì)疑”到“頓悟”的過程，從而幫助學(xué)生養(yǎng)成勤于動(dòng)腦、善于動(dòng)手的好習(xí)慣，提高學(xué)生的生物學(xué)習(xí)能力。

例如“植物能利用太陽能（光能），將二氧化碳和水合成為貯存了能量的有機(jī)物，同時(shí)釋放氧氣”這一次位概念，實(shí)際上包含了光合作用的條件、原料和產(chǎn)物三個(gè)方面的內(nèi)容。學(xué)生如果能將這三個(gè)方面有機(jī)地聯(lián)系起來，通過概括光合作用的基本過程，就能基本上掌握光合作用的概念[4]。學(xué)生在“綠葉在光下制造淀粉”實(shí)驗(yàn)前對(duì)光合作用的產(chǎn)物已經(jīng)有較深的印象和理解，所以采取驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)更加適合學(xué)生概念的自主構(gòu)建，通過碘液來驗(yàn)證光合作用的產(chǎn)物是淀粉，學(xué)生通過客觀存在的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，為概念的形成提供支撐，為學(xué)生提供真實(shí)的問題情境，經(jīng)過縝密的辨析過程，幫助學(xué)生強(qiáng)化記憶，鞏固深化概念，促使已經(jīng)建構(gòu)的概念更加精準(zhǔn)。

五、通過補(bǔ)充創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，拓展延伸應(yīng)用概念

實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)計(jì)和開展并不僅僅拘泥于教材，教師可以為學(xué)生提供更大的自由度和更多的選擇權(quán)，學(xué)生可以自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)教學(xué)的延伸，拓展對(duì)生物學(xué)概念的理解和應(yīng)用。

例如在“植物的生活”這一主題中，學(xué)生通過教材中的“種子萌發(fā)的環(huán)境條件”探究實(shí)驗(yàn)，基本能夠理解“種子萌發(fā)需要充足的空氣、適宜的溫度、適量的水等環(huán)境條件”，但是對(duì)于種子萌發(fā)的自身?xiàng)l件“需要完整、有活力的胚”的生物學(xué)概念，還沒有形成有效的自主構(gòu)建。基于以上學(xué)情，教師可以為學(xué)生搭建自主的探究實(shí)踐平臺(tái)，為學(xué)生分別提供正常的、煮熟的、殘缺的、干癟的、休眠期的常見植物種子作為實(shí)驗(yàn)材料，引導(dǎo)學(xué)生找準(zhǔn)單一變量，自行探究設(shè)計(jì)多組對(duì)照實(shí)驗(yàn)，通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，進(jìn)一步探索種子的自身?xiàng)l件對(duì)其萌發(fā)產(chǎn)生的影響。

生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程，實(shí)際上就是學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展過程。讓學(xué)生主動(dòng)參與進(jìn)來，才能點(diǎn)燃學(xué)生的創(chuàng)新之火，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉文達(dá).新課程理念下信息技術(shù)與初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效整合的研究[J].學(xué)周刊，2021（10）.

[2] 中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：9-19.

[3] 仲延平.試論初中生物課的概念教學(xué)[J].中學(xué)課程輔導(dǎo)（教學(xué)研究），2013，7（22）.

[4] 潘明鳳.基于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的概念教學(xué)實(shí)踐：以“光合作用的過程”為例[J].中學(xué)生物學(xué)，2019，35（4）.

見習(xí)編輯/張婷婷