基于生命观念培育的生物概念教学探索——以“渗透作用”为例

（长汀县第二中学，福建 长汀 366300）

概念教学是课堂教学的重要组成部分，是落实生物学课程标准的关键。概念是一种理性知识，是对生命现象本质特征的高度概括，是从感性认识上升到理性认识的过程。概念教学不是给学生零散的、不连贯的具体概念知识片段，而是围绕概念帮助学生有效地构建起知识的体系。

生命观念位于生物学学科四大核心素养之首，最具生物学学科特色。生命观念的建立以概念学习为基础，其形成过程需要科学思维和科学探究。因此，生命观念教学需要进一步加强问题引导下的思维教学，进一步强化任务驱动下的科学探究［1］。笔者以“渗透作用的概念”为例，阐释指向生命观念的概念教学。

一、高中生物学课程标准的概念体系

《普通高中生物学课程标准（2017 年版）》是在实验稿的基础上，凝练了学科核心素养，更新了教学内容，内容聚焦大概念，教学过程重实践。课程标准规定的内容，是由大概念、重要概念、次位概念的三级概念体系构成知识框架，大概念是最上位的，需要在重要概念的基础上建立，而重要概念的获得需要概括众多的次位概念［2］，次位概念的建构则需要众多的生物学事实来支撑。

新课标的概念体系由必修模块和选择性必修模块组成，其中必修模块有4 个大概念、11 个重要概念、45 个次位概念；而选择性必修模块有6 个大概念、20个重要概念、75 个次位概念。这些概念之间彼此交织在一起，共同组成高中生物学概念体系。

二、课程标准中对“渗透作用”概念的阐述

“渗透作用”概念出现在2019 年版《生物学·必修1·分子与细胞》第4 章第1 节“被动运输”中问题探讨栏目，教材以实验装置图和问题串的形式呈现。新课标对本节内容作如下描述：“物质通过被动运输或主动运输方式进出细胞，以维持细胞的正常代谢”。在学习本节内容之前，已经学习了细胞膜的成分与结构，知道了细胞膜具有控制物质进出功能，细胞内的各部分结构分工合作共同完成生命活动。

植物细胞和动物细胞的吸水和失水是由细胞膜两侧的浓度差引起。植物细胞和动物细胞在结构上有差别，植物细胞的最外面有一层细胞壁，主要成分是纤维素和果胶，对细胞起支持和保护作用，细胞壁具有全透性；动物细胞膜相当于半透膜，植物细胞的原生质层相当于半透膜。细胞膜具有选择性透过性功能，这体现了“各种细胞具有相似的基本结构，但在形态与功能上有所差异”，所以本节以细胞维持有序性离不开物质的输入和输出，引导学生树立结构与功能相适应的生命观念。

三、借助演示实验为理解概念铺垫

教材中“扩散”和“半透膜”都有简单介绍，但学生缺乏直观性认识，因此借助演示实验有助于理解“扩散”和“半透膜”概念。

演示实验1：演示把红墨水滴一滴在水中和香水瓶盖打开放在讲台上，学生分别从视觉和嗅觉角度感知物质扩散的过程，获得扩散的概念，即物质分子从高浓度向低浓度运动，直到均匀分布的过程。

演示实验2：两套渗透作用装置，如图A 和图B所示。

实验现象：A 装置，漏斗管内淀粉呈现蓝色，烧杯中的碘液没有呈现蓝色，说明碘液分子可以通过半透膜进入漏斗管内，淀粉不能通过半透膜进入烧杯；取B 装置中烧杯的溶液加入斐林试剂加热后呈现砖红色沉淀，说明葡萄糖分子可以通过半透膜进入烧杯。

实验结论：大分子物质不能通过半透膜，小分子物质可以通过半透膜。

图A

图B

四、指向生命观念的概念教学实施建议

（一）联系生活经验，丰富概念的内涵

陶行知提倡“生活即教育”思想与新课标的建议相契合：为帮助学生建构生物学概念，需要给学生提供相关的生物学事实性材料。学生的生活经验是教学资源的重要组成部分，有利于课堂教学的开展，有利于教学目标的达成。

细胞是最基本的生命系统，每时每刻与外界进行物质与能量的交换，以维持细胞内部的有序性。水又是细胞中含量最多的化合物，水分子是如何进出细胞膜的？学生在生活中有凉拌青瓜、腌制萝卜干和制作香肠的经历，这些生活经历可以引起学生的共鸣，但学生不明白水分子以什么方式进行跨膜运输，水分子的流动方向，水分子跨膜运输的动力是什么，农业生产中的“烧苗”是什么原因造成的，等等。这些生活中的例子可以为本节概念教学提供生物学事实材料。

（二）设计问题串，训练模型思维

模型是人们为了某种特定的目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述。模型可以直观展示研究对象的本质属性特征，帮助学生深入理解概念本质。因为动植物细胞很小，肉眼无法直接观察到水分子进出细胞，所以构建渗透作用模型，突破概念建构过程中的障碍。为此，可引导学生思考下列问题：

①水分子是如何通过细胞膜的？怎样才能观察到水分子进出细胞？②用什么装置模拟细胞的吸水和失水的过程？根据什么样的结果可以判断出细胞有吸水和失水的发生？③选择什么材料代替细胞膜？选择什么溶液代替细胞液？为什么？④要使实验现象更明显、更直观该如何进行处理？

结合问题串思考，很快明白渗透装置中的玻璃纸、长颈漏斗、蔗糖溶液分别类比细胞的哪些结构；引导学生从实验现象的观察过渡到生命现象本质问题的探究，促使学生的思维螺旋上升，直抵概念的本质特征。

（三）创设探究实验，体验建构过程

生物学是一门以实验为基础的自然科学。开展探究性实验有利于概念的形成，采取“观察—分析—结论”的方式对实验教学内容进行比较、分析与归纳等思维活动，有利于学生习得生物学知识，并最终形成生物学概念。由于渗透装置中液面出现高度差需要较长时间，安排兴趣小组成员在课前先进行实验并录制视频。在新授课时播放视频让学生观察实验现象：漏斗管渗透作用装置中漏斗管内液面比起始状态时更高。

在教学中，教师不应该把教学内容直接告诉学生，而是创设问题情境，引导学生对问题进行探究，把教师的教和学生学的过程变成研究和再发现的过程。因此必须引导学生对液面升高的原因展开深度分析讨论及探究：蔗糖溶液中的水分子能不能进入大烧杯中？为什么？（可以，因为液面升高说明有水分子从清水进入漏斗管内，所以水分子也可以从蔗糖溶液中进入大烧杯。）从浓度大小的角度考虑，水分子的移动方向怎样？（因为漏斗管内液面升高，说明水分子进入漏斗管的水分子多于流出的水分子，所以水分子总体流向是从低浓度流向高浓度，即从水分子数量多流向水分子数量少。）漏斗管内的液面能否无限升高吗？为什么？（不能，因为水分子进入漏斗管内后浓度差在减小，半透膜两侧的浓度差在不断缩小，所以不能无限升高。）当液面高度不再发生变化时，半透膜两侧的溶液浓度是否相等，为什么？（不相等，因为半透膜两侧没有浓度差就不会出现高度差，所以只要有高度差就会有浓度差。）如果将半透膜换成纱布，结果又会怎样？如果半透膜两侧换成浓度相同的蔗糖溶液，结果又会怎样？学生设计两组实验，并进行探究，最终得到实验结果（如图C 和图D）。

学生亲历探究性实验设计、实施和对实验结果的深度分析，运用比较归纳综合的方法概括出渗透作用的概念和渗透作用发生的条件。

图C

图D

（四）分析迁移应用，内化概念提升能力

漏斗渗透作用实验和细胞吸水和失水的原理是相同的，在学习过程中采取类比推理的方法，有助于学生理解概念。植物细胞的吸水和失水实验是本节第1 课时的重点内容，如果在教学过程中只是进行简单的实验教学，让学生进行实验并观察实验现象，没有对实验教学的内容进行深度分析，这样的教学是低层次的、缺少思维深度的。

问题引导，理解实验设计意图。植物细胞的最外面有一层细胞壁，研究表明，水分子可以自由地通过细胞壁。成熟的植物细胞由于中央大液泡占据了细胞的大部分空间，将细胞质挤成一薄层。水分子进出细胞主要指水分子经过原生质层进出液泡。证明原生质层相当于一层半透膜，就要证明植物细胞能够发生渗透吸水和失水。植物细胞在什么条件下会发生渗透吸水和失水？借助什么工具观察？哪些可观测指标表明植物细胞处于渗透吸水和失水状态？

类比分析，内化实验理解概念。将植物细胞的吸水和失水实验与漏斗渗透作用实验进行类比分析。植物细胞在失水过程中，液泡会无限缩小吗？细胞的吸水能力有变化吗？（不会，因为植物细胞在失水过程中细胞液浓度增大，吸水能力增强，失水能力减弱，所以不能无限缩小。）植物细胞在吸水过程中，细胞能无限吸水吗？为什么？（因为植物细胞发生渗透吸水后，细胞液浓度与外界溶液的浓度差降低，细胞壁的伸缩性较小限制了细胞不能无限吸水，所以细胞不能无限吸水。）

迁移应用，提高解决问题的能力。利用植物细胞的吸水和失水原理解释生活中的现象，如凉拌青瓜的盘子中为什么会有水分渗出？农业生产中“烧苗”的原因是什么？（因为细胞所处的外界溶液浓度高于细胞液浓度，细胞处于失水状态。）为什么腌制萝卜干和制作香肠不会腐败变质？（因为腌制萝卜干和制作香肠时用了很多盐，微生物在高渗溶液中过度失水死亡，所以食物不会变质。）还可以进一步拓展：如何比较两种植物细胞液浓度的大小？为什么洋葱表皮细胞在KNO3 溶液中会发生质壁分离的复原现象？

五、教学反思

（一）概念教学要有探究味

新课标建议要为探究性学习创设情境，鼓励设计实验自主探究［3］。针对学生的认识特点，创造性结合教材创设探究实验，让学生通过观察实验、分析实验、得出结论，使概念的内涵慢慢呈现，最终领悟概念。

（二）概念教学要有思维味

概念教学不是一种结论性的学习，而是过程性的学习；不仅要有教师讲解和分析实验的过程，也要有师生思维互动的过程。通过问题串，结合实验引导学生观察、思考，从定性、定量角度分析实验，从微观水平分析实验原理，进一步理解渗透作用本质，最终自主建构概念。

（三）概念教学要有建模味

模型建构是把认识对象进行概念化的过程，借助模型可从众多的生物学事实材料中归纳出概念的内涵和组成要素，借助模型有助于学生理解和掌握概念，这样对生物学知识体系的掌握更有条理性、系统性。