在主题式探究实验中构建生物学概念

林红英+肖巧玲

摘 要 在认真研读教材的基础上综合一些彼此间有联系的实验，开展主题式探究活动，精心创设教学情境以启发学生发现并提出问题进而设计实验，在探究活动中寻求证据以对问题作出相应的解释，最后实现概念的有意义建构。

关键词 生物学概念 主题式探究实验 探究活动

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

1 生物学概念

概念是思维的细胞、知识的基本单元、生物学科的基石。生物学概念是对一类“生物学事实”的归纳，反映物质在生长、发育、繁殖、遗传和变异等生命活动中特有的或本质属性的一种思维方式，是生物学知识体系的重要组成成分。

概念通常用一定的字词、句子来表达，多为陈述句的形式。完整的生物学概念=概念名称（学术语）+概念例证+概念内涵和外延。以人教版必修1“分子与细胞”第五章第一节“降低化学反应活化能”中“酶”的概念为例进行说明（表1）。

鉴于一些概念的外延比较宽广，只用一个探究实验往往不能帮助学生完整地达成概念的有意义建构。所以笔者综合教材中多个彼此相关探究实验以构建生物学概念的课型是一种新的教学尝试。

2 主题式探究实验

2.1 主题式探究实验

探究实验，又称探究性实验，是指实验者在不知晓实验结果的前提下，通过自己实验、探索、分析、研究得出结论，从而形成科学概念的一种认知活动。在实际教学中探究性实验常表现为根据教学内容和学生实际，由教师提出某一课题并在其组织指导下，通过学生主动探索，自己动手、动脑，在实验过程中体验实验、观察、分析得出结论或规律。在师生共同的参与下，既能充分发挥学生的主体性也能展现学生的积极性和创造性。

主题式探究实验最初是由英文“Inquiry Learning”翻译而来的，是人们在总结发现式学习和有意义学习的经验基础上提出的一种以学生自主探究为主的学习方式。其学习形式多样化，常见的有“专题式学习”、“任务式学习”等。鉴于一些科学概念的外延比较宽广，只用一个探究实验往往不能帮助学生更完整地达成概念的有意义建构。因此综合教材中两个或多个探究实验以构建生物学概念的实验课型即属于主题式探究实验。在这个实验过程中需要教师精心为生物学概念建构而设置系列探究问题和探究活动。从这个意义上说主题式探究实验具有以下特点：明确的目的性，即围绕一个中心课题进行；具有探索性，学生带着问题进行探究，有较强的求知欲；活动设计具有递进性，循序渐进地设置一系列问题以及探究活动。教师可以根据不同的需求，确定教学内容，整个探究过程可以让学生独自完成，也可以帮助学生一部分，甚至可以全由教师设计，有目的地训练学生某一方面的能力。

2.2 开展主题式探究实验理论依据

建构主义学习理论认为，在建构科学概念和对科学概念进一步内化时，学生已有的观念和先前存在的具体经验是居于中心地位的。在这样的“最近发展区”内，搭建符合学生认知规律的科学课堂应该是注重学生的自主体验，引导学生能够像科学家那样探索和理解未知世界，学生建构生物学概念的有效模式是进行探究性教学。因此探究性教学应该是“围绕科学问题而展开的寻求证据解决问题的过程”。这个过程离不开“获取事实证据”的实验过程，也依赖于“根据事实证据对科学问题作出回答”的解决问题的过程。生物教材中设置的探究实验目的不是简单的训练实验技能的过程，而应该是服务于或作用于科学概念的建构。在此理论的指导下，笔者认为探究实验课应该有如下教学环节（图1）。

3 以“探索过氧化氢酶的奥秘”主题式探究实验为教学案例

3.1 开设“探索过氧化氢酶的奥秘”主题式探究实验课原因说明

人教版必修1中“细胞代谢离不开酶”是生物学中的一个重要概念。首先“酶”知识的学习是正确理解细胞代谢的前提，其次酶本身与生活、健康有着千丝万缕的联系，因此关于“酶”的概念学习有着理论上和实践上的双重意义。学生要建立这个概念需要从成分、功能、特性、作用条件等方面由浅入深进行探究。基于以上认识，笔者根据人教版必修1中“降低化学反应活化能的酶”教学内容，综合“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”中的“蛋白质检测”和“比较过氧化氢在不同条件下的分解”以及“影响酶活性的条件”三个实验内容，设计主题式探究实验“探寻过氧化氢酶的奥秘”（见图1），使学生在自主探寻科学奥秘的过程中提升分析、推理的科学思维能力和动手实践能力（图2）。

3.2 “探究过氧化氢酶的奥秘”主题式探究实验课教学流程图

综合图1“生物探究实验课教学环节模式图”和图2“实验探究内容、活动和概念建构的教学关系图”，以学生发现并提炼的探究问题作为任务驱动，设计出相应的探究活动，在活动中自主完成相关概念的有意义建构过程。本实验的教学流程图如图3所示。

本次“探索过氧化氢酶的奥秘”主题式探究实验中首先通过不同的探究活动，从感性认识上明确酶是一种有机物，具有相应的成分、功能以及特性。这些都属于种概念。其次，采用概念的限制方式将“细胞代谢离不开酶”概念从属概念限制为种概念，包括“酶是一种有机物”、“酶是生物催化剂”、“绝大多数酶是蛋白质”、“酶具有高效性”和“酶的作用条件具有温和性，易受温度和酸碱度的影响”，这样处理有助于学生对属概念的认识，由抽象过渡到具体，便于更深入地了解事物特殊的本质特征。第三，在完成各个探究活动之后，采用概念的概括方式将以上种概念概括为属概念“细胞代谢离不开酶”，有助于将属概念从具体上升到一般，使认识变得更为深刻。这样的教学设计不仅从理论层面得到验证，在实践层面上整个过程学生的参与度以及配合度都比较高，教学效果良好。因此在实际的教育教学中通过对教材的二次加工开展主题式探究实验除了可以节约课时之外，还可以增强实验的紧凑性、趣味性以及完整性，使之更加有效地服务于概念的建构。

参考文献：

[1] 刘恩山.中学生物学教学论[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2] 田光文.以探究性实验代替验证性实验的探究[J].中学生物教学，2001（2）.

[3] 庞丽娟.国际科学教育新视野译丛：儿童像科学家一样.儿童科学教育的建构主义方法[M].北京师范大学出版社，2006.