基于知识发生过程的概念教学在“光合作用”教学中的应用

赵晓燕 徐益苗

摘 要：知识发生过程教学即揭示知识的来龙去脉，还原知识生产的原始背景，让学生亲身体验和感受知识发生和发展的全过程。在生物重要概念教学中进行知识发生过程教学的内涵是：让学生追溯生物学概念的形成过程，让学生亲历生物学概念的建立过程，让学生体验生物学实验的设计过程。

关键词：知识发生过程；生物重要概念；光合作用

2011版生物学课程标准提出了50个重要概念，光合作用的概念是学生习得的第一个复杂的重要概念。在传统的生物学概念教学中，侧重对概念定义的解释，明确概念的内涵、外延以及相关概念间的联系与区别，而对概念的形成与发展过程，则轻描淡写。这种做法强化了学习的结果，却弱化了学习的过程，不仅对学生立体地把握概念的实质是不利的，也有碍于对学生能力的培养。本文以“光合作用”这一重要概念为例，谈谈如何基于知识发生过程开展概念教学。

一、追溯历史，让学生体验概念的形成过程

生物学重要概念是从大量的生物现象和过程中抽象出来的，它深刻地反映了事物的共同特征和本质属性。因此可以说，概念是浓缩的理论知识。人们对概念的认识是一个不断深入的发展过程，它从感性直观出发，达到抽象概括，进而发展到理论水平。在教材中“光合作用”只有结论性的描述，考虑到人们对“光合作用”的认识是随着生物学的发展不断丰富和清晰的，教师在教学中如若能重现“光合作用”概念的形成过程，必然能促进学生更加立体地认知“光合作用”。

两千多年前，亚里士多德认为：植物体是由“土壤汁”构成的，即植物生长发育所需的物质完全来自土壤；1648年荷兰人范·海尔蒙特的柳苗实验得出了“构成植物體的物质来自水，土壤只供给极少量物质”这一结论；1771年英国普里斯特莱通过实验证实了植物能更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸而污浊的空气；1779年荷兰英格豪斯在实验后发现，只有在光照条件下，植物才能更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸而污浊的空气；1782年瑞士谢尼伯的实验揭示了在阳光作用下，植物依靠着二氧化碳的“营养”，释放氧气；1804年瑞士索热尔通过定量测定发现：在光合作用过程中，植物制造有机物和氧释放量之和，远远超过二氧化碳吸收量，由此明确了水是光合作用的原料之一；1864年德国萨克斯实验证明了绿叶在光合作用时形成淀粉；1880年美国恩吉尔曼通过水绵实验证实叶绿体在光下可以产生氧气；1941年美国鲁宾和卡门利用同位素标记技术揭示了光合作用产生的氧气来自于水；1945年美国卡尔文用同位素示踪法得知光合作用中间产物和环节，确定暗反应过程。

通过对光合作用发现史的学习，学生如科学家一般经历探索光合作用的“心路历程”，有助于更加全面了解光合作用的实质。实践表明，由一定的教学过程孕育和发展而形成的生物学概念，才会使学生感到有血有肉，清晰丰满，从而内化于自己的原有认知结构之中。

二、渗透方法，让学生参与问题的解决过程

生物学重要概念不仅是人类认识世界的结论，更是人类的智慧结晶，其本身就蕴含着人类认识事物的方法和心智操作的方式。这种原始的认识过程是相当复杂、曲折、丰富的，其中包含着知识初创者大量的直觉想象、猜测与假说、观察与实验、推理与建模等。生物学的研究方法和思维模式，是构成这门学科的重要组成部分，是生物学最精彩的内容。让学生重温科学家当年发现光合作用的经典实验，教师要结合教材有取舍地选用科学史，将其与教材内容有机结合。教师精心设计教学过程，同时充分发挥学生的主体作用，引导学生分析经典实验，理解这些实验的原理和目的，以及科学家在实验设计上的巧妙之处，学生可在此过程中主动获取知识，获得科学思维方法的熏陶和引导，提升科学素养。

光合作用概念的建构离不开实验教学，学生动手重复经典实验可在客观实验结果的基础上抽象概括光合作用的概念。如在学生动手重复1864年德国科学家萨克斯的实验前，可设置问题引导分析萨克斯的关键步骤，启发学生思考设计实验应考虑哪些重要问题。

1864年德国科学家萨克斯的实验（下图）：将一种植物的叶片放在暗处几小时，再将这片叶片一半照光，一半遮光。一段时间后，用碘蒸汽处理叶片，发现遮光的一半叶片的颜色没有发生变化，而照光的一半则呈深蓝色。

思考：

（1）实验前，为什么要将天竺葵进行暗处理？排除叶片中原有的淀粉对实验结果的干扰。

（2）为什么要对叶片进行脱色处理呢？脱色处理，排除绿色对实验结果中颜色观察的干扰。

启示1：实验过程中要处理好实验材料以消除材料自身因素对实验结果的干扰，才能增强实验结果的可信度。即控制单一变量原则。

（3）对一片叶子部分遮光的目的是什么？这样的实验设计有什么好处呢？设置对照，通过对照可排除无关变量对实验的影响，又体现实验变量的作用。

启示2：通过对照增强了实验结果的说服力，绿叶制造淀粉需要光。即设置对照实验原则。

（4）往叶片上滴加碘液的目的是什么？检验淀粉。

（5）经过碘液处理后，叶片发生了什么变化？如何解释这一现象？遮光部分不变蓝，未遮光部分变蓝。说明绿叶在光下制造淀粉。

启示3：实验时，要选择恰当的观测指标使结果较易观察。

通过对光合作用经典实验的分析和重复，学生在动手实践中不仅获取知识，还能体会科学家们开展科学研究的方法和思维。有时，学生持有的观点会与科学概念不一致，教师可以引导学生自己设计实验检验、探索知识。例如，有学生认为植物白天只进行光合作用，吸收二氧化碳，放出氧气；而晚上只进行呼吸作用。为了消除学生“呼吸作用只能在（晚上）无光时进行”这一错误概念，可以让学生自己设计补充实验证明“植物在（白天）有光的条件下也进行呼吸作用”。实验原理为黄化苗中不含叶绿体，在不能进行光合作用的情况下，呼吸作用显著些，便于观察。将绿豆幼苗进行遮光处理，形成黄化苗，转入透明塑料瓶内密封后光照8小时后作为实验组，空瓶密封后同时进行光照8小时后作为对照组。分别用点燃的小木条迅速伸入两个瓶内，观察火焰是否有变化，向两个瓶内注入50ml澄清石灰水，轻轻摇晃，然后倒入两支试管中，观察石灰水是否有变化。

参考文献：

封晶晶.初中生物科学史有效教学的策略研究[J].教师，2010（8）：29.

编辑 赵飞飞