合理搭建实验支架，有效形成生物学概念——以“蒸腾作用”概念教学为例，本文主要内容关键词为：概念论文,为例论文,支架论文,生物学论文,作用论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
生物学是一门以实验为基础的学科，以实验为载体创设的学习支架在生物学学习中具有重要价值。笔者以苏科版生物学教材（八年级上册）中“蒸腾作用”概念教学为例，谈谈如何通过搭建实验支架来帮助学生形成生物学概念。 一、运用实验支架的可行性分析 概念是人们在感知的基础上经过抽象概括形成的，具有高度浓缩的特征。教师应该将概念这一浓缩物稀释，尽可能地还原其本来面目，从而抓住其中的关键要素，搭建合乎知识逻辑的学习支架，让学生沿着支架不断攀登，最终形成概念。“蒸腾作用”是一个植物生理学概念，有其特定的生理过程和特有的生理现象。在实际教学中，再现其生理过程，引导学生从感知入手，历经思维加工，进而上升到理性高度，是建构这一概念的应有之义。较之于其他方法，实验能再现蒸腾作用的生理过程，有利于学生直接参与到收集数据、现象等生物学事实的过程中。同时，以实验为抓手，有利于学生“借力”已有科学概念，运用抽象、概括等理性思维方式建立起生物学的重要概念。因此，以实验为支架是形成“蒸腾作用”这一概念的最佳选择。 二、以实验为支架的概念教学过程 1.实验准备 选取两枝粗细相近的枝条，一枝去掉叶片，一枝保留叶片，分别插入规格为50mL的两只量筒内（量筒内盛水各40mL，液面上滴加一薄层食用油）。枝条露出量筒外的部分用保鲜袋罩住，袋口用橡皮筋扎紧。将该装置放到有阳光的地方照射1h～2h，以备在课堂中进行观察。 设计意图 传统初中生物教学偏重定性实验，忽视定量实验，这不利于学生从量的角度认识生命的本质。实际上，任何一门学科发展到一定程度，都需要借助定量的研究方法。新课标明确指出：“在重视定性实验的同时，也应重视定量实验，让学生在量的变化中了解事物的本质。”在实验中把锥形瓶改为量筒，为学生提供了定量研究的平台，有利于学生通过对实验结果的定量表述以及对实验数据的分析，寻找事物的本质，从而逐步培养学生的定量探究意识和科学思维习惯。 2.实验观察 （1）保留叶片的一组塑料袋内壁上有大量水珠，去掉叶片的一组塑料袋内壁上有小水珠（呈雾状）。 （2）保留叶片的一组量筒内液面下降了3mL（下降明显），去掉叶片的一组量筒内液面下降了0.5mL（下降不明显）。 （3）保留叶片的一组塑料袋明显鼓起来，去掉叶片的一组没有明显鼓起来。 设计意图 一般情况下，教师只强调观察、分析保留叶片一组的实验现象，而对去掉叶片一组的实验现象几乎“视而不见”，仅认为在观察时起衬托作用。这就无形中降低了对比实验的价值。对比实验的创设，不仅在于通过比较事物某些方面的差异，更好地帮助学生发现实验现象及现象的细微之处，而且在于通过对观察结果的比较分析，探究某种因素与实验对象的关系，把握现象背后的本质所在。在本案例中对比实验的设计，一是有利于引导学生全面观察，不仅观察到塑料袋内壁有水珠，量筒内液面下降，而且观察到塑料袋鼓起来，这是现象间典型的因果关系，形成了一个完整的证据链。二是有利于引导学生细致观察，去掉叶片一组的细微实验现象也在观察的视野内。只有在充分感知的基础上，才有可能运用分析和综合、抽象和概括等思维形式理解生命的本质，从而形成稳固的生物学概念。 3.实验分析 教师设问，保留叶片一组塑料袋内壁上水滴是怎么形成的？学生联系物理学知识作出假设：可能是水蒸气液化而成的。教师追问：水蒸气是从哪里来呢？学生观察到量筒内液面明显下降，作出推测：应该是量筒里的水蒸发形成的。有学生反驳，植物油能防止水分蒸发，不可能是量筒里的水蒸发形成。教师同意该学生的观点，同时提醒学生：从实验装置来看，塑料袋内的水分只能来源于量筒内，这样的话应该存在一个输送水分的管道。学生马上回忆出根、茎、叶内有导管，可以输送水分。由此，学生的头脑中具备了这样一种完整的图式：量筒内液态的水经导管输送，在叶片表面以气体的形式散失到了外界，而后这些水蒸气又在塑料袋壁上凝结成水珠。在得出结论的基础上，同时还可以引导学生合理地印证这样一个事实：塑料袋的鼓胀应该和水蒸气的产生有关。 设计意图 问题是思维的触发器和发动机。在实验观察阶段，由于两组实验现象的差异引发了认知冲突，学生由此产生强烈的问题意识，孕育出了一系列问题。教师的设问，犹如投石激浪，掀起了学生思维的涟漪。在问题的引领下，学生相互交流，经验共享，紧密联系生物学和物理学知识，由表及里、去伪存真，层层剥笋般探究事物的真相，在经历了从感性认识到理性认识的飞跃后，实现了良好的认知建构。 4.形成概念 在深入分析，形成新的观念基础上，教师设问：水是生命之源，对于植物吸收水分你又有了什么新的认识？经讨论交流，学生认识到，自然界中的植物通过根从土壤中吸收水分，然后由导管向经、叶输送，有部分水从叶片以气体的形式散失到外界。教师给予肯定，然后明确告诉学生，在生物学中我们把这一生理过程叫做蒸腾作用。究竟什么是蒸腾作用呢？学生尚不能科学、严密地表述，教师可以引导学生以填写关键词的形式，完成对此概念的科学建构：水分以气体的形式从植物体内散失到植物体外的过程，叫蒸腾作用。 在初步形成概念后，教师接着又引导学生反思：定义中为什么不描述成“从叶片内散失到叶片外”？学生作出猜测，有可能植物体的其他部位也可以进行蒸腾作用。这样，把学生关注的焦点再次引向实验本身，仔细观察两组实验现象，学生发现去掉叶片一组塑料袋壁上也有少量水珠，只不过非常细小，不易察觉，量筒内液面也是略微下降。这就是说，经植物的茎也可以散失水分，叶只不过是蒸腾作用的主要部位。 设计意图 概念的表达需要严密的逻辑、科学的语言。在探究的基础上，教师鼓励学生阐述对植物吸水现象的认识，目的在于引导学生初步梳理概念，促使学生的思维朝着有序、严谨、深刻的方向发展。而后的进一步反思，在于继续引导学生丰富和完善概念的基本内涵，以强化对新概念的理解，这是新概念不断精致化的过程。这样，以实验为支架，统筹运用观察、分析、比较、概括等科学方法和思维方式，学生就最终形成了“蒸腾作用”这一概念。 三、运用实验支架的教学反思 1.支架的设计需要综合考量 学生进入课堂之前并非对生物学一无所知，通过以往课堂学习积累和日常生活实践，他们掌握了一定的知识和技能，这是学生已经具备的实际发展水平，而应有的学习目标则是学生需要达到的潜在发展水平。教师只有通过对学习目标、学习任务的全面分析，以及对学生已有概念的全方位探查，才能确立学生的“最近发展区”，这样，在此区域内设计的学习支架就是真实、有效的，就能帮助学生“跳一跳，摘到桃”。而设计何种形式的学习支架，还涉及生物学科的特点以及知识的性质。正是基于多方面的考量，教师在教学中精心设计了较之于传统更为细化的实验支架，试图促进学生在深入探究的基础上有效形成“蒸腾作用”这一概念。 2.实验是形成生物学概念的重要支架 概念是思维的基本形式之一，反映了客观事物一般的、本质的特征。美国心理学家奥苏贝尔认为，概念的掌握有两种基本形式：概念的形成和概念的同化。初中阶段，学生已知的生物学科学概念很少，在概念学习中一般运用概念形成的方式，即从事实出发，逐步抽取事物本质特征的方式。因此，在概念学习中教师需要向学生提供各种丰富的有代表性的事实来为学生的概念形成提供支撑。教师在组织概念教学时，可以通过文字、图片、实验等形式呈现生物学事实。实践表明，在实验中学生的深度参与，显著提高了获得生物学事实的质量和数量。在本案例中，正是由于学生能敏锐捕捉“去掉叶片一组塑料袋壁上也有少量水珠”这一事实，他们对概念的理解将是全面、深刻的，而不会像以往那样片面地认为蒸腾作用的部位仅在于叶。因此，以实验为支架，可以有效帮助学生形成生物学概念。 3.应深入挖掘实验支架的多元价值 实验作为学习支架，不只是提供了事实，深入挖掘其背后的教育教学价值，有利于促进概念的整体建构。在本案例中，设计定量实验，不只是为了采集实验数据，还在于渗透了定量研究方法；设计对比实验，不仅有利于学生聚焦观察重点，获得丰富的事实，还能够培养学生的问题意识；而基于实验设计的一系列问题，更是引领着学生深度进入学习状态，产生更高水平的理解，其结果必然是对新概念产生不可动摇的认同，有力地促进了学生自主建构生物学概念。