圍繞重要概念設(shè)計和組織教學(xué)活動的嘗試
作者：侯安燕
生物學(xué)通報 2015年05期
在初中生物學(xué)課程內(nèi)容中，生物學(xué)重要概念處于學(xué)科的中心位置，對學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)及相關(guān)科學(xué)具有重要的支撐作用。因此，《義務(wù)教育生物學(xué)課程標準（2011年版）》特別強調(diào)，“圍繞著生物學(xué)重要概念組織并開展教學(xué)活動”。鄭春和曾指出，在概念教學(xué)過程中，可以引導(dǎo)學(xué)生閱讀科學(xué)研究的原始資料，“以科學(xué)家的身份體驗概念形成和發(fā)展的過程，運用科學(xué)家的思維方式分析和處理資料，從中歸納出概念的關(guān)鍵屬性，從而習(xí)得相關(guān)的概念”。筆者在學(xué)習(xí)和領(lǐng)會新課程標準貫穿的有效教學(xué)思想的同時，結(jié)合北京版“實驗法是生物學(xué)研究的重要方法”一課，在教學(xué)設(shè)計和實施方面做了一些有益的嘗試。
一、教學(xué)內(nèi)容的組織
義務(wù)教育階段的生物學(xué)課程內(nèi)容包括10個一級主題。在“科學(xué)探究”主題的教學(xué)中，教師要幫助學(xué)生形成以下重要概念：
科學(xué)探究是人們獲取科學(xué)知識、認識世界的重要途徑。
提出問題是科學(xué)探究的前提，解決科學(xué)問題常常需要作出假設(shè)。
科學(xué)探究需要通過觀察和實驗等多種途徑獲得事實和證據(jù)。設(shè)置對照實驗，控制單一變量，增加重復(fù)次數(shù)等是提高實驗結(jié)果可靠性的重要途徑。
科學(xué)探究既需要觀察和實驗，又需要對證據(jù)、數(shù)據(jù)等進行分析和判斷。
科學(xué)探究需要利用多種方式呈現(xiàn)證據(jù)、數(shù)據(jù)，需要與他人交流、合作。
觀察和實驗是生物學(xué)研究的基本方法。因此，在北京版《生物學(xué)》7年級（上）“生物學(xué)的研究方法”一章，將“實驗法是生物學(xué)研究的重要方法”列入第1教學(xué)單元。本單元的知識點主要包括：青霉素的發(fā)現(xiàn)史、實驗探究的程序（途徑）、實驗設(shè)計的原則等。
新課程標準倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)。在其課程理念中指出：“科學(xué)探究既是科學(xué)家工作的基本方式，也是科學(xué)課程中重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容和有效的教學(xué)方式”，讓學(xué)生“理解科學(xué)探究和科學(xué)探究能力的形成需要學(xué)生親歷探究性學(xué)習(xí)的過程……教師應(yīng)積極提供機會讓學(xué)生親自嘗試和實踐”。結(jié)合本校學(xué)生的特點，筆者認為，對弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素的史料進行分析，能夠讓學(xué)生在信息處理過程中習(xí)得關(guān)于科學(xué)探究的重要概念，領(lǐng)悟科學(xué)家發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的思路和方法。如果能夠引導(dǎo)學(xué)生模仿科學(xué)家的思維和工作方式嘗試進行實驗探究，將會提高單元教學(xué)的有效性。因此，筆者在認真鉆研教材和梳理知識的基礎(chǔ)上，適當(dāng)調(diào)整本單元教學(xué)內(nèi)容，增加了學(xué)生探究“植物向光生長”的實驗活動。梳理后的單元結(jié)構(gòu)框架及其在全章知識體系中的位置，可用思維導(dǎo)圖概括，如圖1。
二、教學(xué)目標
1.知識目標
說出生物學(xué)研究的基本方法，分析弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素的過程，概述實驗探究的程序，歸納實驗設(shè)計遵循的基本原則，描述探究植物向光生長運動的實驗步驟。
2.能力目標
閱讀和分析弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素的史料，增強獲取新知識和信息處理的能力；初步學(xué)會科學(xué)探究的一般方法，培養(yǎng)提出問題、作出假設(shè)、制定計劃、實施計劃、得出結(jié)論、表達交流的科學(xué)探究能力；科學(xué)地解釋探究實驗設(shè)計遵循的原則；嘗試用實驗法解決生活中遇到的某個科學(xué)問題；在學(xué)習(xí)小組活動中培養(yǎng)合作、交流和語言表達能力。
3.情感、態(tài)度和價值觀
通過對青霉素發(fā)現(xiàn)史資料的分析，感悟科學(xué)家實事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴謹認真的科學(xué)精神和善于合作的科學(xué)品質(zhì)；在嘗試用實驗法探究植物向光生長運動的過程中，認同生物科學(xué)的學(xué)術(shù)價值和應(yīng)用價值。
三、教學(xué)過程
教學(xué)過程設(shè)計主要包括：編制教學(xué)程序、選擇教學(xué)模式、確定教學(xué)組織和方法等。筆者在編制本單元教學(xué)程序時，一方面依據(jù)再組織、再加工后的單元知識內(nèi)容，另一方面參照師生互動教學(xué)模式的基本要求，以學(xué)生活動作為編制教學(xué)程序的主線，以生生之間、師生之間的互動與交流作為推動教學(xué)進程的動力。本單元的教學(xué)流程如圖2。
1.創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生興趣
教師首先展示二戰(zhàn)時期同盟國的宣傳畫“感謝penicillin，它讓傷兵安然返家”，然后向?qū)W生質(zhì)詢：penicillin是什么？它有什么作用？初一學(xué)生雖然沒學(xué)過penicillin這個單詞，但他們通過影視媒介對二戰(zhàn)及其造成的人員傷亡有所了解，學(xué)生對青霉素的抗菌能力也有所耳聞。因此，在學(xué)生已有知識和生活經(jīng)驗的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)該情境，迅速激發(fā)學(xué)生的興趣，課堂立刻活躍起來。同時，為學(xué)生探索“弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素的過程”做好鋪墊。
2.設(shè)置問題串，引導(dǎo)學(xué)生感知實驗法
初一學(xué)生尚未參與過生物學(xué)實驗教學(xué)活動，他們對科學(xué)實驗知之甚少。因此，本節(jié)課借助“青霉素發(fā)現(xiàn)史”的資料分析，引導(dǎo)學(xué)生感知實驗法成為教學(xué)程序的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
教學(xué)時，教師首先結(jié)合課本上的畫面，向?qū)W生講述弗萊明及其團隊發(fā)現(xiàn)青霉素的.過程，即弗萊明是英國細菌學(xué)家，他意外發(fā)現(xiàn)細菌培養(yǎng)基被青霉污染后，在青霉菌落的周圍形成一個明顯的抑菌圈。根據(jù)這種現(xiàn)象，弗萊明推測青霉產(chǎn)生了抑制細菌生長的物質(zhì)。弗萊明及助手通過多次重復(fù)實驗發(fā)現(xiàn)，接種青霉后細菌的生長受到抑制，而沒有接種青霉的細菌仍然能夠正常生長。于是，弗萊明認為，青霉產(chǎn)生了能抑制細菌生長的物質(zhì)，并將其命名為青霉素。
然后，依據(jù)上述故事情節(jié)，教師精心設(shè)計了相關(guān)問題串：弗萊明先前的實驗研究課題是什么？弗萊明在污染的細菌培養(yǎng)基表面觀察到哪種現(xiàn)象？抑菌圈的發(fā)現(xiàn)對弗萊明團隊的實驗探究方向產(chǎn)生怎樣的影響？弗萊明對細菌培養(yǎng)基表面出現(xiàn)抑菌圈做出怎樣的推測（假設(shè)）？弗萊明怎樣檢驗假設(shè)的正確與否？你能夠描述弗萊明分析實驗數(shù)據(jù)得出的結(jié)論嗎？
上述問題環(huán)環(huán)相扣、層層遞進，學(xué)生帶著這些問題再次閱讀教材，思考并做出相應(yīng)答案，使他們對弗萊明團隊探究青霉素的實驗過程有了一定的認識，從而為進一步分析和闡述探究實驗程序和實驗設(shè)計原則打下必要的基礎(chǔ)。由于學(xué)生沒有培養(yǎng)細菌和青霉的實踐經(jīng)驗，也不明白抑菌圈這個關(guān)鍵術(shù)語，為此教師應(yīng)展示細菌培養(yǎng)基表面形成抑菌圈的圖片，結(jié)合圖片向?qū)W生說明抑菌圈的成因。
3.概述探究實驗程序，解說實驗設(shè)計原則
通過對青霉素發(fā)現(xiàn)史料的分析，明確探究實驗的程序和理解實驗設(shè)計遵循的基本原則，是本單元的教學(xué)重點之一。通過分析青霉素發(fā)現(xiàn)史料，學(xué)生對實驗方法有了感性認識，進一步弄清探究實驗的程序和實驗設(shè)計的原則，實質(zhì)上是從感性認識上升到理性認識的思維加工過程。由于學(xué)生缺少參與實驗操作的親身體驗，對于弗萊明實驗的原理、材料、器具、操作步驟及方法只能憑空想象，甚至根本無法想象。所以，如何引導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)思維過程的飛躍，成為本單元教學(xué)的難點。
教學(xué)時，教師先讓學(xué)生開展小組討論：弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素的實驗過程大致包括幾個環(huán)節(jié)？并鼓勵他們將劃分的環(huán)節(jié)用詞語或短句表述。然后，在組織學(xué)生進行交流的過程中，以板書形式歸納學(xué)生對實驗環(huán)節(jié)的描述，如觀察現(xiàn)象、提出問題、嘗試解釋問題、設(shè)計實驗方案、完成實驗操作、分析實驗結(jié)果、得出實驗結(jié)論等。在此基礎(chǔ)上，教師選用準確的關(guān)鍵術(shù)語將探究實驗程序加以整合和歸納為：提出問題、作出假設(shè)、制定計劃、實施計劃、得出結(jié)論、表達交流等環(huán)節(jié)，并向?qū)W生說明制訂計劃（實驗方案設(shè)計）與實施計劃（完成實驗操作）的環(huán)節(jié)，是檢驗假設(shè)是否成立的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于學(xué)生初次接觸“實驗法”知識內(nèi)容，只要求他們能夠說出實驗探究程序中各個環(huán)節(jié)的必要性，不必要求他們對各個環(huán)節(jié)的基本要求做出解說。
科學(xué)探究需要通過觀察和實驗等多種途徑獲得事實和證據(jù)，這就要求擬訂探究計劃，即設(shè)計探究實驗方案�！霸O(shè)置對照實驗，控制單一變量，增加重復(fù)次數(shù)是保證實驗結(jié)果可靠性的重要途徑”，也是探究實驗設(shè)計應(yīng)遵循的基本原則。教學(xué)時，教師借助投影儀向?qū)W生展示了一組培養(yǎng)細菌的實驗裝置，結(jié)合其中的實驗組和對照組詳細解說弗萊明培養(yǎng)細菌的實驗操作方法。然后，圍繞實驗設(shè)計原則向?qū)W生提出幾個思考性問題：弗萊明團隊的實驗探究目標是什么？上述實驗組合中哪些實驗裝置中具備弗萊明探究實驗對象（實驗組）？為什么要設(shè)置不具備探究實驗對象的裝置（對照組用于消除實驗可能產(chǎn)生的誤差）？實驗組和對照組有哪些條件相同？哪些條件不同？為什么只能有1個條件不同？為什么要準備充足的實驗材料（增加重復(fù)次數(shù)）？通過上述問題的引導(dǎo)，學(xué)生一方面明確了探究實驗設(shè)計應(yīng)遵循單因子、有對照、大樣本等基本原則，另一方面理解了遵循實驗設(shè)計原則的道理，即盡量減少或消除實驗過程可能產(chǎn)生的誤差，提高實驗結(jié)果的可靠性。
4.利用變式，強化對探究實驗設(shè)計知識的理解
為了幫助學(xué)生深入理解探究實驗的設(shè)計原則，筆者組織學(xué)生嘗試運用習(xí)得的知識，對一組“溫度影響綠豆種子發(fā)芽率的實驗設(shè)計”進行評價。教學(xué)時，先以表格方式（見下表）展示某生物學(xué)興趣小組的探究實驗設(shè)計方案。然后，鼓勵學(xué)生依據(jù)探究實驗設(shè)計必須遵循的基本原則，對該小組實驗設(shè)計的合理性做出評價，既要充分肯定該實驗設(shè)計方案中的合理部分，又要誠懇地指出其不合理部分，并提出修改原設(shè)計方案的建議。這種變式練習(xí)的方式得到學(xué)生的響應(yīng)，他們首先肯定該實驗設(shè)計方案力求體現(xiàn)單因子變量和設(shè)置對照組的方法，然后紛紛指出該方案在確定變量、設(shè)置對照組等方面的不合理，并提出許多修訂方案。學(xué)生在既滿足又愉快的氛圍中，加深了對實驗設(shè)計的“設(shè)置對照實驗”和“控制單一因素”這2個原則的理解，同時學(xué)會真誠、客觀地評價他人的研究成果，養(yǎng)成良好的科學(xué)態(tài)度。
5.鼓勵學(xué)生應(yīng)用實驗法嘗試探究植物的向性運動
上述教學(xué)環(huán)節(jié)的實施，幫助學(xué)生實現(xiàn)由感性到理性的思維飛躍，本教學(xué)環(huán)節(jié)的實施則有助于學(xué)生實現(xiàn)由理性到實踐的思維飛躍。因此，該教學(xué)環(huán)節(jié)是本單元教學(xué)的重點之一。教學(xué)時，教師先向?qū)W生展示實驗室窗臺上盆栽的彩葉草、長壽花、鐵樹等多種植物，讓學(xué)生通過觀察這些植物的生長狀況，發(fā)現(xiàn)并提出一個科學(xué)問題：植物為什么朝向窗外生長？
引導(dǎo)學(xué)生做出假設(shè)是實驗探究過程的關(guān)鍵。學(xué)生通常認為窗外有光，植物朝著有光的方向生長。這時教師提出質(zhì)疑：教室也有充足的燈光，且光源方向不一，為什么這些盆栽植物不會朝燈光方向生長？教師的質(zhì)疑激發(fā)學(xué)生思考并意識到植物的向光生長是一個緩慢變化的過程，只有持續(xù)的單向光才會引起植物的向光生長變化�；谶@樣的認識，學(xué)生才能夠?qū)μ骄繂栴}做出嘗試性解釋（即假設(shè)），并根據(jù)假設(shè)形成實驗設(shè)計的基本思路。
學(xué)生初步嘗試設(shè)計探究單向光引起植物向光生長的實驗方案，需要教師有計劃、循序漸進地引導(dǎo)。教學(xué)時，教師先向?qū)W生闡明實驗設(shè)計主要是以實驗步驟為主線，依次寫出：實驗器具準備、確定實驗組合、實施實驗操作、記錄實驗數(shù)據(jù)的具體方法及其注意事項。然后，展示事先準備的一張“實驗探究植物向光生長”的實驗報告單，讓學(xué)生在充分思考和交流的基礎(chǔ)上，以文字或圖示形式呈現(xiàn)本組的實驗方案。在學(xué)生評價的前提下，選擇一組學(xué)生公認的小組探究實驗方案，安排他們利用課余時間開展相應(yīng)的實驗活動。
實驗報告單：探究植物的向光生長
[提出問題]________
[做出假設(shè)]________
[設(shè)計實驗]
（1）材料用具：彩葉草（6盆，長勢相當(dāng)）、長壽花（6盆，長勢相當(dāng)）、臺燈（陽光）、黑色塑料袋（或黑色盒子）、透光塑料袋（或透光盒子）、剪刀等。本小組選取的材料用具及數(shù)量是：＿＿＿＿。
（2）方法步驟（用文字分步驟描述，或繪出實驗裝置簡圖）：
①取＿＿＿＿盆________作為實驗組，________盆________作為對照組；
②實驗組處理方法________，
對照組處理方法＿＿＿＿；
③將實驗組和對照組置于相同環(huán)境培養(yǎng)一段時間，觀察＿＿＿＿。
實驗裝置圖：
[預(yù)期實驗結(jié)果]＿＿＿＿。
在實驗報告單中，教師故意設(shè)計了陷阱——分別提供6盆長勢相當(dāng)?shù)牟嗜~草和長壽花。若學(xué)生在確定實驗組合時，分別選取彩葉草和長壽花作為實驗組和對照組，則表明他們對“控制單一變量”的設(shè)計原則理解不到位。教師需要結(jié)合具體實例進一步向?qū)W生說明判斷“單因子變量”的方法。
6.表述重要概念，獲得單元教學(xué)的反饋信息
“科學(xué)探究”主題的一系列重要概念，都是圍繞著實驗探究程序和實驗設(shè)計原則展開的。為了促使學(xué)生掌握這些重要概念，除圍繞重要概念設(shè)計和組織教學(xué)活動外，還要重視搜集學(xué)生學(xué)習(xí)的反饋信息。
在信息反饋環(huán)節(jié)，教師重視用關(guān)鍵術(shù)語引導(dǎo)學(xué)生以命題句式表述本單元的重要概念。先從“科學(xué)探究”術(shù)語入手，讓學(xué)生分別表述科學(xué)探究的目標、方法和程序，進而引導(dǎo)學(xué)生思考并表述提出問題和作出假設(shè)在科學(xué)探究過程中的重要性，以及檢驗假設(shè)的過程和方法，從而使學(xué)生對本單元重要概念的學(xué)習(xí)得到進一步落實。
新課程標準論述科學(xué)探究時指出，“教師應(yīng)積極提供機會讓學(xué)生親自嘗試和實踐，并將科學(xué)探究的內(nèi)容盡可能滲透到各主題內(nèi)容的教學(xué)活動中”。筆者在科學(xué)探究的起始課作出些許嘗試，以供參考。
作者介紹：侯安燕，北京市密云第三中學(xué)（北京 密云 101500）。
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