“能量的释放与呼吸”中的概念转变教学策略

顾源媛

(江苏省苏州工业园区西安交通大学附属初级中学 苏州 215021)

苏科版生物七年级上教材“能量的释放与呼吸”一章主要涉及课程标准中“生物圈中的绿色植物”“生物圈中的人”这2个主题，比较深入地讨论人、植物等各种生物怎样通过呼吸作用获得能量。这一生理过程较为复杂，学生在学习前对于呼吸现象已有片面性的个人理解和想法，阻碍其在课堂形成科学概念，此部分内容成为教学的重点和难点。

1 “能量的释放与呼吸”中常出现的错误概念

前概念是指学生在接受正规科学教育之前所形成的概念，这些概念中有些是正确的，有些是错误的。错误概念的形成往往不是由于理解偏差或遗忘而造成，它经常与日常直觉经验相联系，植根于一个与科学理论不相容的概念体系或概念生态之中[1]。

“能量的释放与呼吸”作为苏科版生物七年级上第3单元的最后一部分内容,是第2章“环境影响生物的生存”、第4章“动物的能量最终来源于绿色植物”和第5章“人从食物中获得物质和能量”等内容的延续。能量是生物圈中一切生命活动的命脉,绿色植物的光合作用为生物圈提供了巨大的能源库,人和动物从食物中获得能量,能量沿着食物链(网)传递,维持着各级生物的生命活动。根据课标的要求,教师在本章教学中,要帮助学生形成的重要概念是： 在生物体内,细胞通过分解糖类等物质获得能量，同时生成二氧化碳和水；人体呼吸系统包括呼吸道和肺,其功能是从大气中摄取代谢所需要的氧气,排出代谢所产生的二氧化碳。

在教学中，经常发现学生理解“能量的释放与呼吸”偏于概念化理解，而非精准理解，导致他们易在能量形式、植物的呼吸、气体交换等多个方面产生以下错误概念： ①植物只有叶片能进行呼吸；②植物白天进行光合作用晚上进行呼吸作用；③人体用口呼吸比用鼻子呼吸好；④人体内产生二氧化碳的部位是肺泡；⑤呼吸运动和呼吸作用概念一样；⑥通过扩散作用，实现了外界和肺泡的气体交换。这些错误概念广泛、自发、特异、表象，需要教师设计学习活动使学生产生认知冲突，主动参与学习过程以理解概念的内涵，能将新概念内化到原有的概念体系中。

2 概念转变教学策略

2.1 利用讨论对话，引发认知冲突 所谓认知冲突,就是学生原有认知结构与新现象之间无法包容的矛盾。学生在学习新知识时,总是试图以这种原有认知结构来同化对新知识的理解。当遇到不能解释的新现象时,就会引发认知冲突。一旦引发认知冲突,就能激起学生的求知欲和好奇心,促使学生进行认知结构的同化与顺应[2]。

例如，要解决“人体用口呼吸比用鼻子呼吸好”这一错误概念，可采取如下策略： 教师先提出问题： 大家对于最近的空气质量有什么感受？“人体的呼吸”一节授课时间往往是在冬季，学生对于空气质量感受强烈，能总结出相对于人体，空气比较干燥、寒冷、不清洁。教师进一步引导： 人体呼吸道的器官能否湿润、温暖、清洁空气？出示资料中详细介绍鼻腔的结构。学生通过分析资料、小组讨论、小组代表讲解等活动，理解鼻腔内相应结构具有湿润、温暖、清洁空气的作用，并进一步理解生物体内结构和功能相适应的观念。教师再出示口腔结构，进一步提问： 用口呼吸比用鼻子呼吸好吗？学生通过讨论与对话，当发现自己所持的观念与他人不同时,就会对自己先前所持有的观点产生怀疑,进而引发认知冲突。通过这种认知冲突,学生才易于接受新的、正确的科学观念,实现认知结构的转变。

2.2 开展探究实验，鼓励认知顺应 按照皮亚杰的观点,学生改变原有认知结构的主要机制是顺应。所谓顺应,是指对原有认知结构的调整和改变,以便更好地理解和接纳新现象。通过顺应学习才能接纳新知识、解决认知矛盾,实现由原有的前概念向新的科学概念的转变[2]。在生物学教学中,教师可通过教材实验或者改进实验，引发和解决认知冲突,实现认知顺应,重建新的生物学概念。

例如，要解决“植物只有叶片能进行呼吸”这一错误概念，可采取如下策略： 教材用新鲜菠菜为实验材料，利用氧气和二氧化碳的特性，来验证植物的呼吸过程中气体变化的问题。通过实验，学生容易得出“植物只有叶片能进行呼吸”这一错误概念。教师可改进实验材料，扩大材料种类。除了菠菜，教师可准备红薯、芹菜的茎、萌发的蚕豆种子、山茶花、小番茄等，植物的六大器官均可作为实验材料。学生可分组选取其中一种或几种进行研究。进而得出结论： 植物体没有专门的呼吸器官，只不过萌发的种子、幼小的果实和生长旺盛的叶片里呼吸作用较为显著。另外，教师还可再引导学生观察广口瓶内壁的水珠，让学生理解呼吸同时会释放水。教师再进一步引导，学生也能通过以上实验理解“植物白天进行光合作用晚上进行呼吸作用”是一个错误的概念。

而教材只用了植物为原料进行实验，教师可以在此部分补充人体和动物体呼吸时气体变化实验，让学生全面感受生物呼吸过程中气体的变化，加深理解呼吸的概念内涵。

2.3 有效构建模型，认识事物本质 学生个体相对固定的思维视角会造成片面的思维方式，进而阻碍个体认识事物的本质属性。而模型是人们按照特定的科学研究目的，在某种假设条件下，再现原型客体本质特征(如结构特性、功能、过程等)的物质形式或思维形式的类似物。适当采用构建模型的方式，引导学生进行类比，便于学生认识模型所反映的原型的性质和规律，逐渐形成科学概念，实现错误概念的转变。

例如，在学习人体的呼吸一节时，“人体内产生二氧化碳的部位是肺泡”“呼吸运动和呼吸作用概念一样”“通过扩散作用，实现了外界和肺泡的气体交换”这几个错误概念出现频率非常高。究其原因，本节内容概念较多，比较复杂。对于这部分内容学生有一定的了解，但基本处于零散的前科学概念状态。“呼吸运动”和“气体交换”部分内容较为抽象，就单个概念而言，教材通过模拟实验、示意图等逐步化解学生可能存在的困难。但学生不能很好地将上述若干概念比较联系，这时教师可通过图像模型(图1)，引导学生认识模型所反映的人体内气体交换的全过程，理解各个概念间的区别和联系，逐渐形成以下科学概念： 通过呼吸运动，实现了外界和肺泡的气体交换；通过扩散作用，实现了毛细血管和肺泡以及组织细胞的气体交换；人体细胞利用氧气参与呼吸作用，产生的二氧化碳通过呼气排出。

图1 人体内气体交换的全过程模型图