知识迁移在“物质跨膜运输的实例”教学中的体现

沈兆瑞

(天津市杨村第一中学 301700)

现代教育心理学将迁移定义为：“一种学习对另一种学习的影响”。知识迁移是指在学生学习过程中，已有的认知水平对新的学习情景所产生的影响[1]。依据不同的作用和表现形式，可将迁移分为如下几类：正迁移与负迁移，近迁移与远迁移，水平迁移与垂直迁移等[2]。其中正迁移是指已有认知水平对后续学习产生促进作用，反之为负迁移[3]。在生物学教学中合理运用知识迁移原理，对高中学生逻辑思维的培养、学习能力的促进有重要意义。知识迁移在高中生物学教学中运用广泛，本文以“物质跨膜运输的实例”为例，浅谈教学中知识迁移的体现。

本章节包括两个环节：“渗透现象”(引入环节)与“细胞的吸水与失水”(重点环节)，对于初次接触“渗透”概念的学生而言，两个环节的联系并不紧密。不仅如此，由于“渗透现象”的实验原理晦涩难懂，若教学过程中对该环节把握失当，则会导致学习过程中负迁移的产生——不少学生在完成引入环节的学习后，反而对水分进出细胞的现象更加疑惑。在教学过程中如何避免负迁移的产生，进行正迁移教学呢？

1 “渗透现象”中知识迁移的体现

教学过程中，不少教师对如何处理“渗透现象”比较头疼，学生对该环节更是疑点丛丛，主要原因如下：①渗透概念的外延面广,所涉及的实验中混杂着物理与化学的相关知识，导致实验细节较难阐述；②许多学生错误认为渗透现象与后续内容联系不够紧密，导致学习过程中出现重难点偏移等情况；③相关课后习题往往融合多门学科知识，难度偏大。那么本章节中学习“渗透现象”的意义是什么，对后续环节的学习又会产生怎样的影响呢？这是教学过程中首先面临的问题。

知识迁移中的共同要素学说表明：必须存在相同要素，一种学习才能影响另一种学习。简而言之，只有正确理解本章节两个环节的相同之处，才能够产生正迁移。“渗透现象”与“细胞的吸水与失水”所涉及到的渗透体系并不相同，两者相同之处在于实验原理一致。据此，教学过程中应重视引入环节的学习，通过理解“渗透现象”的原理来进一步影响后续内容的学习，找到体外与体内系统中水分进出的共同点，从而产生正迁移。

1.1 正确理解渗透现象，避免负迁移 本章节的“渗透现象”是一个典型的体外实验，由漏斗、玻璃纸(半透膜)与两侧液体(清水与蔗糖溶液)共同构成。该实验的现象明显，其点睛之处在于利用了漏斗的细颈将水面的上升效果放大，直观体现为“水向高处流”这一特殊现象，有利于对渗透现象的观察。实验原理为：内部溶液浓度较高，导致水分子顺相对含量梯度进入漏斗中，引起液面上升。

分析实验现象，可知渗透现象的发生条件必须满足两个条件：①存在半透膜；②半透膜的两侧存在浓度差。然而，该结论对后续环节的影响是间接的，如果忽略两个环节之间的本质联系，则会导致本章节前后内容无法衔接，甚至产生负迁移。目前已经呈现大量“漏斗题”“U型管题”，这些习题无一例外地掺杂着“压强”“摩尔浓度”等知识，偏离了对于渗透现象原理的考察。学生在完成上述习题后，不仅增加了学习难度，而且对后续内容的开展产生消极的影响，属于典型的负迁移。

1.2 巧妙设计渗透实验，引导正迁移 如何衔接“渗透现象”与“细胞的吸水与失水”的关系就显得尤为重要。既然两者共同要素为实验原理，那么，设计一个验证实验来帮助学生理解并运用该原理将起到事半功倍的教学效果。

引入环节中，渗透现象的发生必须满足两个条件。引导学生逆向思考：“一旦发生渗透现象，则必然存在半透膜和浓度差。”据此提出假设：假如“某物质”相当于一层半透膜，那么在合适的渗透装置和浓度差存在的前提下，就能观察到渗透现象。验证实验如下：

(1)实验目的：验证透析膜是否为半透膜。

(2)实验设计与结果：本实验中的渗透系统由试管、透析膜以及两侧溶液共同构成。其中外部溶液均为蒸馏水，对照组与实验组的内部溶液如表1所示(内部溶液可添加蓝色或红色颜料来利于观察液面变化的对比度)。将对照组与实验组试管浸没于蒸馏水中，此刻对照组与实验组的液面高度一致；3 h后，A组液面没有发生明显变化，而实验组B与C的液面均发生不同程度的上升。与对照组相比，实验组发生了明显的渗透作用，水分顺相对含量梯度由外界穿过透析膜进入蔗糖溶液中。

表1 实验设计与结果

(3) 实验结论：实验组B与C均发生了渗透现象，透析膜与两侧溶液构成了标准的渗透装置。由此可知，透析膜相当于一层半透膜。

上述实验拓展了学生的思路，渗透现象是否发生成为判断有无半透膜的一个标准。该思路成为连接两个环节的桥梁，围绕本章节的共同要素，在正迁移教学中起到关键性作用。

2 “细胞吸水与失水”中知识迁移的体现

接下来，教师将渗透原理的理解和运用进一步迁移至最基本的生命系统——细胞之中。首先以动物细胞为例，动物细胞相当于一个独立的渗透装置，其中的自由水主要分布于细胞质基质。如果发生渗透现象，则可说明细胞质基质与外界溶液之间的细胞膜相当于一层半透膜。

与人工渗透系统不同，细胞发生渗透现象无法直观地表现为液面高度变化，那么如何观察动物细胞是否发生水分进出呢？教材提供的实验材料为哺乳动物的成熟红细胞，呈现出独特的圆饼状细胞形态。因此，可以利用细胞的形态变化来指示水分出入情况(如红细胞的吸水膨胀和失水皱缩)。利用正迁移的教学思路，不难得出如下结论：通过观察红细胞的形态变化，可以确定渗透现象的发生，则证明了在细胞之中也存在半透膜，提出“动物细胞膜相当于一层半透膜”。

然而，与动物细胞不同，植物细胞具有起支撑与保护作用的细胞壁，所以无法通过观察其形态变化来确定渗透现象是否发生。因此，教材中设计了探究实验“植物细胞的吸水与失水”，利用洋葱外表皮的“质壁分离”来验证渗透现象的发生。成熟的植物细胞内自由水主要分布于细胞液，而不是细胞质基质。该探究实验的巧妙之处在于：选择细胞液中含有花青素的洋葱外表皮细胞，有利于观察细胞液的体积是否发生变化。当外界溶液浓度大于细胞液时，细胞失水，细胞液中的水分子依次穿过液泡膜、细胞质和细胞膜(被命名为原生质层)流入外界溶液中。此刻，原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性，观察到质壁分离这一特殊现象。质壁分离的发生标志着植物细胞发生了渗透现象，进而说明细胞液与外界溶液之间的结构——原生质层相当于一层半透膜。

3 知识迁移在本节教学中的意义

综上所述，“渗透现象”作为“物质跨膜运输的实例”的引入环节，对本章节重点内容的提出有着不可或缺的意义。正迁移教学的关键之处在于找到知识点之间的共同要素，在学习过程中发挥出承前启后的作用。例如，本章节中对渗透原理的理解和运用能够帮助学生更好地学习细胞中的渗透现象，从而发挥出正迁移的效果，提高学生理解、分析与解决问题的能力。