探究性实验教学中构建生物学概念的初步研究

施陶峰

（浙江省嵊州中学）

探究性实验教学中构建生物学概念的初步研究

施陶峰

（浙江省嵊州中学）

《普通高中生物课程标准》重点提及了对学生的实验能力培养，也再次强化了概念教学。课堂教学中如何通过实验教学构建生物学概念，从而更好地达到课堂教学的预期目标，是广大高中生物教师应当研究的新课题。通过“酶”一课的教学尝试在课堂上通过探究性实验教学使学生构建酶的基本概念。

探究性实验教学；生物学概念；生物教学

生物学教学过程中如何处理知识和能力的关系在教学实践中一直困扰着教师，在新课标再次强化概念教学时，如何理解和处理二者之间的关系也是教师关注的焦点。

一、问题的提出

生物学概念是中学生物学科知识的主要组成部分，是构成生命科学理论体系的基本单位，因此，对概念的掌握和运用是生物学教学过程的核心问题。同时，也应该明确实验在生物学教学中的重要地位，它是学生获取生物知识的最有效手段之一，对学生整体素质的提高起到了非实验教学无法替代的作用。若能在实验教学中进行概念教学，则能二者兼顾。

课程标准强调通过探究性学习掌握生物学的重要概念并形成生物学的基本素质是新课标的重大亮点。实验教学是探究性学习的主要形式，课标中也相当重视实验教学在概念中的重要作用，列举的许多活动建议大多是实验或实践活动。这恰恰符合生物学科本身的特点和学生的实际情况。

现行的高中生物实验教学可以分为验证性实验教学和探究性实验教学。验证性实验教学是由教师先讲授知识，然后通过实验，验证已了解的知识。通常采用“告诉→验证→应用”的教学模式，这种“照方抓药”的模式有些传统和固化。相比之下，探究性实验教学更能充分调动学生的积极性，发挥教师的主导作用和学生的主体作用，培养学生观察现象、分析问题、解决问题的能力，有助于学生形成生物学概念，进一步理解和巩固生物学知识。以下是笔者以“酶”这一概念为例讲述探究性实验教学中如何构建生物学概念。

二、教材分析

《酶》是《普通高中课程标准实验教科书分子与细胞（必修1）》（浙科版）第三章第三节的内容。本节基本概念相对比较简单，但是其潜在的知识和能力要求比较高，教材中涉及了3个活动内容。掌握酶的有关概念，是日后学习光合作用、细胞呼吸等重要代谢过程的前提，是理解“影响光合作用的环境因素”“内环境稳态的意义”等难点的关键突破点，也是开展选修1生物技术实践“酶的研究与应用”教学的铺垫。教师利用教材资源，加强学生实验能力的训练、生物学概念的掌握是非常必要的。

本节知识要点包括以下内容：酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物（表明了酶的来源、功能、本质）；酶具有高效性、专一性、需要适宜的条件等。酶的特性、有关影响酶条件的实验设计，对学生而言，要求较高，存在相当大的困难。通过探究性实验教学来突破这一难点。

三、探究性的实验教学中构建生物学概念

1.通过经典实验改编成的探究性实验明确生物学概念

科学是一个发展的过程。学习生物科学史能使学生沿着科学家探索生物世界的道路，理解科学的本质和科学研究的方法，体会科学家献身科学的精神。特别是科学史上的一些经典实验更能反映出科学研究的基本方法和思维轨迹。教师通过对经典实验思维过程的剖析与解读，以探究性实验的形式呈现，学生能够理解科学家的精妙与高超，对思维能力与材料分析能力的训练极为有效。

对于“酶的本质”这一概念的理解，教师可以利用科学家在不同历史时期的经典实验逐层剖析：18世纪末，人们一直认为鸟类的胃只有物理性消化，而没有化学性消化。斯帕兰扎尼设计了一个怎样巧妙的实验，证实了化学性消化的存在？斯帕兰扎尼用装在小笼里的肉喂鹰，得出胃液中有一种能消化肉的物质。19世纪，巴斯德认为酒精发酵是酵母菌细胞代谢活动的结果，同时代的李比希则认为，酒精发酵仅仅是一种化学反应，与酵母菌的活动无关，最多只需要酵母菌中某种物质的参与而已，该如何设计实验来结束巴斯德和李比希的争论？学生设计实验：实验分为两组，一组利用无细胞的酵母汁进行酒精发酵，另一组不加无细胞的酵母汁直接进行实验，观察并分析结果。接着，介绍毕希纳的实验，并引出其结论：促使酒精发酵的是酵母菌中的某种物质——酶。随后，萨姆纳尔从刀豆中得到脲酶结晶，明白酶的本质是蛋白质。接着，科学家又发现极少数特殊的酶是RNA。最终得出“大多数酶是蛋白质，少数是RNA”这一生物学概念。由这些经典的科学实验的不断深入而理解概念的建立是一个逐步深化和完善的过程。在这种教学中，学生对概念的理解与掌握也经历了渐进加深的过程，在能力和情感、态度与价值观方面同时得到了培养和熏陶。

2.通过探究性实验完善生物学概念

探究性实验教学是教师提出问题，引导学生讨论，所得出的问题与主题相关，使学生通过实验教学掌握生物学的基础知识，达到课程标准所规定的知识、能力要求，并为他们的继续教育甚至终身学习打下基础。在实验的过程中，学生对相应概念的理解与掌握更主动，并真正体会其实质。

体外糖的氧化要在剧烈的条件下才能发生，而生物体内糖的氧化能在温和的条件（如人的体温为37℃左右）下进行，是因为生物体内的反应都是在酶的作用下进行的。那么，酶具有什么特性呢？教师可引入一个探究性实验：探究过氧化氢酶与MnO2对过氧化氢的催化效率。首先选择材料和器具：量筒、试管、滴管、卫生香、过氧化氢溶液、鸡肝匀浆和MnO2。然后设计实验步骤：步骤1——取两个试管，编号后（1号、2号）各加入2%的过氧化氢溶液3m l。步骤2——1号试管中加入鸡肝匀浆少许，将试管口塞上橡皮塞。步骤3——2号试管中加入MnO2少许，将试管口塞上橡皮塞。步骤4——观察两个试管中发生的变化。步骤5——打开两个试管的橡皮塞，用带火星的卫生香放在试管口，观察现象。其结果是——1号试管的卫生香复燃，并剧烈燃烧；2号试管的卫生香复燃，但不剧烈。根据这一结果分析后可得出：过氧化氢酶的催化效率比MnO2催化效率高，即“酶具有高效性”。

酶的催化效率如此高效，那么酶是不是就是万能的了？一种酶是不是可以催化所有的化学反应呢？教师不妨再进行一个探究性实验：比较唾液淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用。通过这个探究性的实验发现：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。进而得出结论：酶具有专一性。酶需要适宜条件的探究性实验也可如上述步骤开展，分析，得出酶需要适宜的条件，强酸、强碱、高温均使酶不可逆地失活。

通过上述一系列的探究实验得出酶是有机物（大多数是蛋白质，少数是RNA）、酶催化作用效率高于无机催化剂及酶催化作用的条件等概念的同时，学生对“酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物”这一概念也会有更深刻、更全面的认识，完善他们对“酶”已有的认知。

生物学概念很多是知识性概念，这些概念的获取需要借助思维。在实验的基础上通过归纳，学生通过推理而最终得出结论，再将该结论推广应用到其他情境中，也就获得了概念。同时，在探究过程中需要培养的6种能力也得到了培养，避免了死记硬背式的灌输，学生的学习兴趣得到提高，学习的实效性增强。

四、教学体会

在本课内容的教学中，先通过在课堂上分析众多科学家的经典实验，并进行适当的改编，逐步得出酶的本质；再设计探究性实验分析得出酶的专一性、高效性和需要适宜的条件这一系列的生物概念，进一步完善酶的概念。让学生真正从“听和背”中解脱出来，实现“做中学”。正如孔子所说的：如果你讲给我听，我会忘记；如果你做给我看，我会记住；如果你带我一起做，我会理解。因此，在探究性实验过程中构建生物学概念不失为知识获取和能力培养的有效方法。

［1］游隆信.生物学概念的教学策略探析［J］.生物学教学，2005，30（2）：46-47.

［2］周哲.高中生物验证性实验和探究性实验教学的比较［J］.实验教学与仪器，2009（11）：26-27.

·编辑薄跃华