利用微实验助力学生学习生物学概念

文/罗明臣

生物学概念是生物学课程内容的基本组成元素，是生物学知识网络中的基础内容，亦是学生必须掌握的生物学内容[1]。学生通过学习生物学概念，既可以对生物学知识建立感性认知，又可以增强对生物学本质的认知，了解生物学知识规律。生物学概念是生物学家经过不懈的研究，总结出的极具概括性、抽象性的结论。而初中生的形象思维较发达，抽象思维尚处于发展中，有时难以深刻地认知生物学概念。心理学家布鲁纳曾言，学生清晰地判断某些东西的种类，可以把握它的一般特征和本质特征。因此，布鲁纳提倡引导学生经历概念形成过程。基于此，我们可以尝试利用微实验助力学生学习生物学概念。

一、相关理论

（一）生物学概念的界定

一般情况下，生物学概念由四部分构成，即名称、属性、定义和例证。其中，名称是用一个词语概述某类事物的属性；属性是对概念中所有成员共同的本质属性的概述；定义是对某类事物特征的总体概述；例证是借助概念属性获知概念的本质。

（二）微实验的界定

本文的微实验是以教学内容为基础，以学生独立操作为主的实验。微实验的“微”有五大表现：第一，有明确的实验目标；第二，有简单易操作的实验仪器；第三，有简便清晰的实验步骤；第四，有容易总结出的实验结论；第五，有便捷的实验交流方式。

（三）微实验的应用优势

1.突破教学时空限制

传统的生物学实验教学以演示实验为主，在实验过程中教师扮演主导角色，引导学生观看、思索。但是，在此过程中，部分学生受物理环境、实验设备的影响，无法清晰地观察实验现象及细节。与之相比，微实验的优势在于可以让每个学生都能获得实验仪器，得到实验机会，即每个学生都能动手操作实验仪器，观察实验现象，在亲身实践中对比、分析、整合、归纳，得出实验结论。同时，学生可以因此积累实验的经验，主动利用课余时间操作实验，进一步强化生物学认知，锻炼实验操作能力。这可以切实打破时空限制，使学生大大增强对生物学的学习兴趣，主动学习生物学，提高学习效率。

2.实现教学方式多样化

在传统的生物学实验课堂上，教师操作，学生只能观看。微实验的应用可以改变这种教学方式。在微实验过程中，学生化身学习“主人”，近距离地操作、观察生物学实验，透过现象归纳结论，建立生物学认知，同时锻炼实验操作能力。之后，学生迁移实验认知，自主操作实验，强化生物学认知，丰富生物学实验及学习经验，提高生物学学习水平。在有所发展的情况下，学生能够充分发挥主观能动性，自主体验多样的学习活动，从“要我学”转向“我要学”，推动教学方式转变。

二、实践策略

生物学概念贯穿生物学教学始终。生物学教学包括课前阶段、课中阶段和课后阶段。教师要以这三个阶段为立足点，灵活应用生物学微实验，助力学生学习生物学概念。

（一）课前阶段：操作微实验，自学生物学概念

课前是学生自学生物学概念的阶段。学生在课前自学生物学概念，可以建立一定的认知，切实做好课堂学习准备。之后，学生可以在课堂上深入探究生物学概念，建立深刻的认知。微实验是学生自学生物学概念的助力[2]。在课前阶段，教师可以依据生物学概念内容，提出微实验任务，驱动学生收集生活物品，动手操作，探究生物学概念。

例如，在“蒸腾作用”这节课上，学生需要认知“气孔”。在体验生活的过程中，部分学生发现：将蔬菜或水果放进水中，其表面会产生一些小气泡，但不知道原因。实际上，此现象与植物的气孔相关。于是，教师结合生物学概念和学生生活经历，借助在线课堂呈现自学任务。

任务一：请准备一个大碗、一瓶清水和一片新鲜的蔬菜叶子。将清水倒入碗中，放入蔬菜叶子。稍等片刻，你发现了什么现象？

如果没有发现任何现象，想一想：当有气体进入蔬菜叶子中时，水中会产生什么现象？怎样才能让气体进入叶片中？

根据如上问题，试着梳理实验方案，动手操作吧。

任务二：观察操作现象，你得出了什么结论？试着总结气孔的概念。

在了解任务内容后，大部分学生兴致勃勃，收集生活物品，认真思考，设计实验方案。例如，有学生选用菠菜叶。学生在将菠菜叶放进水中后，顺着叶柄吹气，水中出现小气泡（如图1）。学生思索实验现象，归纳结论——水中出现气泡说明叶片和外界环节发生了气体交换。发生气体交换的结构是气孔。

图1 “蒸腾作用”之“气孔”微实验

实践表明，学生在自学任务的驱动下，体验微实验活动，观察、分析、总结，能够初步认知生物学概念。同时，学生也会因此感受到学习生物学概念的乐趣，积累生物学概念学习经验，便于自主学习生物学概念，提高生物学概念学习效率。

（二）课中阶段：操作微实验，深探生物学概念

课中是学生深入探究生物学概念的阶段。微实验是学生深入探究生物学概念的辅助。在课中阶段，教师要依据生物学概念内容，善用微实验，使学生产生兴趣并能自主操作，建立深刻的概念认知，同时发展多样能力，提高概念学习效率。

1.展示微实验成果，调动兴趣

探究兴趣是学生深入探究生物学概念的保障。影响学生探究兴趣的因素有很多，微实验成果便是其中之一。首先，微实验成果具有直观性，很容易吸引学生的眼球。其次，面对微实验成果，学生会产生“为什么”“怎样做”的疑问，形成强烈的探究兴趣。所以，在生物学概念课堂教学之初，教师可以依据生物学概念内容，展现相关的微实验成果，调动学生的探究兴趣。

例如，在“生物体的器官和系统”这节课上，学生要了解人体的消化系统、呼吸系统、神经系统。为了使学生建立良好的认知，教师利用课前时间，使用生活物品制作各种模型。在课堂上，教师展示相关模型，调动学生兴趣。以呼吸运动模型为例，教师利用气球、塑料瓶制作模型（如图2）。

图2 “生物体的器官和系统”微实验之呼吸运动模型

在课堂上，教师直接展示模型，此模型很容易抓住学生的眼球。在学生观看时，教师提出问题：“这是一个肺部模型。想一想：吸管表示什么？气球表示什么？吸管和气球连接的部分是什么？瓶子底部是什么？”在问题的作用下，学生纷纷迁移生活认知，思索答案。教师把握时机，为学生发放材料，鼓励动手操作，并介绍气管、支气管、肺等。全体学生兴致高昂，投入微实验活动，自主探究相关概念，顺其自然地进入生物学课堂。

2.操作微实验，深入探究

动手操作微实验是学生深入探究生物学概念的必由之路。在调动学生探究兴趣后，教师要围绕生物学概念和微实验内容，提出任务，驱动学生动手操作。在动手操作的过程中，学生会发挥自主性，观察、分析、发现特征，归纳概念，建立深刻认知。

例如，在“运输作用”这节课上，学生要探究、掌握茎的疏导功能。教材围绕此内容设置了“观察茎对水和无机盐的运输”的实验，但实验材料和学生生活脱轨。于是，教师将教材中的实验转化为微实验。

在课前阶段，教师布置任务，引导学生动手处理白色百合花和大叶黄杨等实验样本。在课堂上，教师引导学生观察白色百合花的外部。在观察时，学生很轻松地发现花瓣和叶脉呈现红色。此时，学生联想课前微实验操作过程，分析此现象的成因，踊跃作答。有学生说道：“红墨水被植物的茎输送到了花瓣和叶脉处”。教师给予肯定并布置任务：“用剪刀横切百合花的茎，你会发现什么？”大部分学生边操作边观察边思考，得出结论——红色的细点。部分学生主动发问：“这些红色的细点是什么？”其他学生迁移已有的生物学认知，积极动脑，提出猜想，如红色细点是“导管”。教师就此追问：“为什么猜测是导管，而非筛管？”在追问后，教师给予学生充足的时间，鼓励学生合作交流。

在合作交流时，大部分学生发表看法，碰撞思维，最终得出结论：“无法借助百合花的茎来确定是否是导管”。在此情形下，各组成员纷纷拿出大叶黄杨，分离树皮和木质部，细心观察，发现现象，得出结论，踊跃展示。一个小组代表说道：“大叶黄杨的木质部变红了，但树皮内侧的韧皮没有变红，这说明木质部的导管是向上运输的。”教师赞赏学生，并鼓励他们横切、纵切大叶黄杨，继续观察，分析现象，总结结论。

经过不断操作微实验，大部分学生透过直观现象，归纳共性，得出结论——导管位于木质部，可以运输水分和无机盐。

（三）课后阶段：操作微实验，复习生物学概念

复习是学生增强生物学概念认知的重要方式。微实验是学生复习生物学概念的“工具”。尤其，学生能够积极动脑，或直接应用课堂实验方案，或自创其他实验方案，动手操作，观察、分析实验现象，联想生物概念内容，由此建立深刻的认知。有部分学生会发现自身的概念认知不足，自觉查漏补缺，加深对概念的理解。基于此，在课后阶段，教师可依据生物学概念，提出微实验操作任务，驱动学生复习。

例如，在“性别和性别决定”课堂上，学生操作微实验，辨析了性染色体和常染色体，了解了性别决定方式。基于学生的学习情况，教师提出微实验操作任务，具体如下：

任务一：在这节课上，我们使用什么样的方法探究出了性染色体、常染色体和性别决定方式？请回想课堂学习过程，总结方法，利用课后时间再现方法，再次认知性染色体、常染色体和性别决定方式。

任务二（选做）：你能不能想到新的实验方法呢？试着结合性染色体、常染色体和性别决定方式的相关内容，开动脑筋，联想其他微实验方案，动手操作，并认真记录。

在实验过程中，某学生在一号箱子中装入60 个黄球，表示含有X 染色体的卵细胞；在二号箱子中分别装入30 个黄球和30 个白球，其中黄球表示含有X 染色体的精子，白球表示含有Y 染色体的精子。之后，该学生从两个箱子中随意抓取两个球，进行组合，记录组合情况，并将两个球放回箱子中，继续抓球，并进行了组合与记录，如此重复操作50 次。在操作后，学生依据记录整理组合情况，建立表格，分析并归纳结论——黄黄组合表示生女孩，黄白组合表示生男孩，生男、生女的概率相同。如此，该学生便增强了对生物学概念的认知，同时强化了创新意识，锻炼了创新能力。

教师则向其他学生展示该微实验方案，启迪其他学生，使其开放思维，迁移应用生物学概念，设计微实验方案，由此获得进一步发展。

三、结束语

总之，微实验可以打破时空限制，使学生转变学习方式，积极探究生物学概念，建立深刻认知，发展多样能力，增强概念学习效果。鉴于此，在初中生物学概念教学中，教师可以依据生物学概念内容，与学生通力合作，把握课前、课中、课后时机，编创、操作微实验，使学生扎实掌握生物学概念，获取生物学概念学习方法，锻炼多样能力，提升生物学概念学习水平。