建构主义学习理论视角下的生物学实验教学——以“探究光照强度与光合速率的关系”为例

李 林 徐作英

(四川师范大学生命科学学院 成都 610101)

彭 棣

(四川省温江中学 成都 611130)

1 问题的提出

升学压力大、教学任务重、课时不足等是高中生物学教师面临的现实压力。由此，教师对实验课内容的选取基本是与高考相关的，常采用传统的讲授教学方法，往往忽视培养学生的兴趣和实验能力。如何提高学生的实践机会，培养学生主动探究的精神，是教师需要思考和探索的问题。

2 建构主义学习理论

建构主义是认知主义发展到一定阶段的分支，最早由瑞士的心理学家皮亚杰提出，他认为儿童的认知发展是儿童与其周围环境相互作用的结果。Gagnon & Colliery系统地研究建构主义理论，总结了建构主义学习的六个基本要素：创设情境、提出问题、搭建桥梁、组织协作、展示成果、反思过程，而其中的“情境”“协作”“会话”“意义建构”构成了建构主义四大属性[1]。生物学实验教学需要体现儿童的主体性，同时教师要引导学生自主探究，引起其认知冲突，帮助学生同化或者顺应自己原有认知结构，而知识也不是简单从教师传给学生，是需要学习者进行主动意义建构[2]。

3 建构主义学习理论在生物实验教学中的应用

高中生物学新课程标准提出培养学生的核心素养，科学探究是其中一个重要方面。教师应该因地制宜地进行生物探究式实验教学。本文以高中生物学实验“探究光照强度与光合作用的关系”为具体实例，从建构主义学习理论的“情境”“协作”“会话”“意义建构”四个方面，同时结合实验式探究的教学方法，阐述建构主义如何协助学生进行意义建构。

3.1 情境 情境即符合学生进行意义建构的学习环境，合理创设情境，是意义建构的必要前提。

教师先呈现大棚种植绿色蔬菜的图片，引导学生思考大棚种植蔬菜的优势，提问蔬菜进行光合作用受到哪些因素影响？(预留学生思考时间)随后依据教材的资料卡和图片呈现信息，基于光合速率的概念，请学生思考光照强度与光合速率有什么关系。

采用情境导入与回顾复习，引起学生兴趣，激发学生思考。引导学生进入“蔬菜进行光合作用”的情境，后提问学生“光合作用的影响因素”，通过联系生活实际，帮助学生理解影响光合作用的因素。随着进一步提问，暴露学生的问题：光合速率与光合作用的内在关系，光照强度与光合速率的具体关系，同时激发学生主动探究“光合速率与光合作用关系”，由此确定“探究课题”。

3.2 协作 协作即作为建构主义教学理论的核心概念，旨在为知识的意义建构提供一个教学环境。它不仅包括生生之间的交流，也强调师生之间的探讨，对教学资料的收集、教学假设的提出与验证、教学成果的评价起着重要的作用。

教师请学生猜想：“光合强度与光合作用的关系呈线性相关”是否有道理，如何通过实验来探究。提示学生参考教材实验设计步骤，指导学生提出假设、设计实验、验证假设。教师将全班分为8个小组，每组5人，确定组长。提供必需的实验器材：秒表、钻孔器、30 W的台灯、小烧杯、量筒、吸管、直尺等。实验过程中，教师要提供必要指导：如指导学生如何打下完整圆形叶片，圆形叶片的选择，同时关注每个小组收集整理数据；指导学生准确记录圆形叶片上浮的时间及其对应距离梯度。

学生小组长提前准备绿色质地软而嫩绿的叶片(同种植物，长势相同)，学生小组学习交流后，依据参考教材上的实验设计提示与教师提供的材料，小组讨论设计具体实验步骤：制作圆叶片—调节叶片体重—组装装置—设置距离梯度—光照—观察记录—重复3次—整理数据—得出结论。随后小组分工进行实验：其中2人打圆片，2人设置装置，1人记录。

分析：在协作环节，学生小组之间在老师提供的必要教学材料前提之下，对猜想进一步探究。在实验中，学生面对新的问题，独自无法解决，需要通过小组的沟通、协作，完成探究计划的制定；教师也要与学生交流，为学生提供必需的指导。实验过程中，学生积极分工合作，准确整理收集数据，有利于培养其合作精神与科学探究态度。在协作下，完成“提出假设”“设计实验”“验证假设”。

3.3 会话 会话即对话交流，小组成员通过交流协商完成指定的任务。交流可以分享信息，弥补小组不足，是帮助学生意义建构的重要方式。

探究实验后，教师请学生将观察的结果填入自主设计的表格中，然后学生作图(横坐标表示距离，纵坐标表示圆形叶片上浮时间)比较在距离40 W的台灯60 cm、50 cm、40 cm、30 cm及20 cm哪个距离(平均距离)圆形叶片上浮的时间最短；1、2小组上台展示图形。

学生绘制的折线图不仅反映了学生处理数据的能力，更体现了学生科学探究的态度。本实验中数据的获得、记录、分析以及折线图制作分析是教学重难点。因此，师生之间的对话交流是必不可少的，但对话交流不是一种形式化，而是以“问题”中心进行探讨交流。例如，烧杯为什么要加5～6片圆形叶片？为什么每小组实验要进行3次？由此，完成实验探究的“分析讨论”。

3.4 意义建构 意义建构即指学习者通过情境创设、协作交流、完成知识的迁移，建立自己对事物的认知结构。

教师以一组问题引导学生思考并得出结论，①圆形叶片在距离45 cm时，叶片上浮时间最短，说明什么？②为什么圆形叶片在距离53 cm之后，叶片上浮时间反而变得更长了？③达到了什么饱和？

学生通过实验结论，验证了自己的假设，也就能够顺理成章地回答以上问题。只有学生原来的认识经验(假设)与实验结果一致，学生的关于“光照强度与光合速率的关系”的猜想才进行了意义构建；教师一般采取相应课堂练习，帮助学生不断修正、提高、发展自己关于“在一定范围内，光合速率随着光照强度增加而增加”的这一知识构建。最后，完成实验探究的“得出结论”。

4 教学反思

本实验的重点是获得、记录、分析以及绘制折线图，无关变量控制(圆形叶片面积、外界温度、起始O2浓度与CO2浓度)；难点是引导学生自主设计合理的探究方案、收集数据、正确绘制图形、分析图形并得出结论。实验过程中主要的问题：40 W台灯的光强不够，叶片的上浮时间反映不明显；高二年级的学生实验操作不规范；如制作圆片时，叶片被钻孔器打裂开，导致叶绿素丢失，影响光合速率；一些学生没有调节圆叶体重，直接进行实验。

本实验的特色在于：建构主义学习理论为依据，从“情境”“协作”“会话”“意义建构”四个基本属性来剖析“光照强度与光合速率的关系”这一实验探究过程，以期科学指导生物实验教学，培养高中生核心素养中的科学探究能力。