付林娜 馮 欣

（1.山東省東營市勝利第一中學 山東東營 257100）（2.山東省壽光現代中學 山東濰坊 262703）

1 理論基礎

概念教學是高中生物學教學的重要組成部分，其中的概念轉變教學是概念教學的重難點。概念轉變是指學習者在新的學習中，不同程度地擴展、更改或重組頭腦中原有的概念以適應新的科學概念，從而建構自己知識體系的過程。概念轉變是個體新、舊經驗相互作用的結果，是新經驗對已有經驗的改造過程，是學習者在前概念的基礎上，利用已有的知識體系不斷地對新的科學概念進行有意義的分解、切割、歸類和契合，同時又不斷地糾正、克服和超越前概念的局限，從而積極地建構科學概念的過程。

概念轉變有兩種情況：①“豐富”，即新知識的納入補充了原有的知識，通過積累的方式使原有知識發(fā)生變化；②“修訂”，即新獲得的信息與原有的經驗和理解之間存在著沖突，因而要對原有的理解做調整，糾正原來的錯誤理解，從而建立起對新信息的正確理解。下面以關于“滲透作用”的一系列探究實驗為依托，展示如何將概念轉變理論應用到教學實踐中。

2 教學實踐

2.1 分析學生，關照前概念，制定教學目標

“滲透作用”是人教版高中生物必修一第四章第一節(jié)被動運輸中的概念。該概念對于理解細胞的失水和吸水有著至關重要的作用。根據之前教學時的提問和調查，結果顯示：①大部分學生對擴散、生物膜的概念、分子熱運動等都能準確回憶并理解；少數學生會出現遺忘情況。②學生幾乎都在日常生活中常聽到“滲透”這個詞，但僅限于模糊的認識。③大部分學生認為，滲透和擴散一樣，都是自發(fā)的、物質從高濃度向低濃度的運動，不需要特殊的裝置和條件。④學生都沒有區(qū)分過溶質的濃度和溶劑的濃度，認為濃度必然指的是溶質的濃度。⑤學生都認為滲透平衡后原來兩個體系的濃度一定是相等的。這些都是學生的前概念，其中，擴散、生物膜、分子熱運動等的概念對滲透作用的理解是有利的。但是，大多數學生對滲透概念的理解是模糊的甚至是錯誤的。且由于滲透現象發(fā)生在生物體內部，肉眼無法直接觀察，學生前概念中的知識不足以解答滲透作用的相關問題。因此，教師需要在引導學生探究的過程中，幫助學生建立認知沖突，修訂前概念。

根據對學生前概念的分析，教師制定本節(jié)的教學目標為：通過裝置的改進、材料的選擇和實驗的分析，深入理解滲透作用的概念和實質，豐富和修訂前概念；通過課本經典實驗的延伸探究，鍛煉科學探究的能力、掌握科學探究的方法。

2.2 改進實驗，概念察覺

教師聯系擴散和滲透作用，給學生制造認知沖突。此時，一個具體可觀測的滲透裝置和通透性適宜的半透膜是必須的。教材中給出的是包含燒杯、長頸漏斗與玻璃紙的這套滲透裝置。學生在親歷實驗的過程中發(fā)現了一些問題：玻璃紙與漏斗密封不嚴，漏液嚴重；所需半透膜面積大，不宜獲?。婚L頸漏斗加液困難；得到明顯結果所需時間太長等。為了更好地通過滲透現象察覺概念，筆者帶領生物興趣小組的學生探究了更優(yōu)化的裝置和材料，進行了更加嚴謹的實驗。

2.2.1 滲透裝置的改進和選擇

U型裝置所需半透膜面積小，加液相對簡單。因此，筆者帶領學生們自制了簡易的U型裝置：利用化學實驗室因邊緣破損棄置的牛角管，用酒精噴燈加熱牛角管的彎管處并掰成直角。這樣2個牛角管就可以制備1個U型裝置。同時用乳膠管或塑料水管相連中間的連接處，將半透膜固定住，且密封性良好。

自制裝置雖然解決了“U型”的問題，但只能定性觀測，無法定量研究。因此，筆者查閱大量文獻，發(fā)現已有研究者研發(fā)出供高中實驗用U型裝置（圖1），非常適合滲透現象的探究該裝置的優(yōu)點為：U型管可從中間拆裝，拆裝處有橡膠墊片可裝半透膜；半透膜所需面積很小，方便取材；兩側的管徑細且有刻度，現象明顯并且便于精準讀數統計。

圖1 U型裝置示意圖

2.2.2 半透膜的選擇

半透膜是滲透作用的重要材料，不僅是影響實驗成功的關鍵因素，也對學生理解滲透作用的概念至關重要。查閱資料，發(fā)現許多教師已對半透膜的材料進行了大量探究。學生選取了幾種評價較高的半透膜材料，用質量分數為40%的蔗糖溶液和清水進行了實驗。實驗結果見表1。

表1 實驗結果記錄表

學生討論后，得出實驗結論：卵殼膜的通透性最好，實驗效果最明顯。

在對實驗裝置和材料的改進和選擇過程中，學生已經觀察到了實驗現象，對滲透作用的概念也有了深刻的印象和初步的感知。學生認識到科學概念中的“滲透作用”和“擴散”并不是同一概念，與日常生活中所說的“滲透”也有很大差別。同時，學生還理解了滲透作用發(fā)生必須要有特殊的裝置和條件，即具備半透膜，且半透膜兩側溶液的濃度存在濃度差。此時，學生感覺到自己前概念的局限性和模糊性，并對液面差的產生原因充滿了強烈的好奇心。因此，學生開始對自己的前概念產生疑惑，根據概念轉變理論，這將是觸發(fā)新的概念學習和構建的必要條件，也就為接下來的探究打下了牢固的基礎。

2.3 初步探究，概念理解

帶著疑問，在自選裝置和半透膜材料的基礎上，學生進行了滲透作用的延伸實驗：探究了一系列質量分數梯度（10%、20%、30%、40%、50%、60%）的蔗糖溶液和清水通過卵殼膜的滲透效果。實驗結果見表2。

表2 實驗結果記錄表

學生得出實驗結果：隨著蔗糖溶液質量分數的增高，滲透效果增強。因此，得出結論：半透膜兩側濃度差越大，滲透作用越明顯。這時，教師自然引出滲透壓這一概念，引導學生總結出：滲透作用中水分子擴散的速率與半透膜兩側的濃度差呈正相關。此時，學生明確了前概念中的“溶質濃度”和“溶劑濃度”，開始從溶劑濃度的角度看待滲透作用的問題，進一步理解了滲透作用的本質。

2.4 深究本質，概念建構

通過自己動手實驗，學生清晰地觀察到宏觀上的滲透現象，并能初步分析影響滲透作用的主要因素，但仍然對滲透作用的原理不甚了解。此時，教師展示微觀模擬動畫（圖2），設置一系列問題：①半透膜兩側的分子碰撞半透膜的機率相等嗎？②哪種分子能通過半透膜，哪種分子不能透過？③為什么進入蔗糖溶液側的水分子多于進入清水側的水分子數？這樣可以引導學生結合分子熱運動、擴散和動畫，分析滲透作用原理。

圖2 微動畫中實驗裝置示意圖

在已有概念和經驗基礎上，學生通過回答問題串的問題，結合實驗裝置和半透膜的選擇，真正理解了液面上升的原因。同時進一步修訂了前概念：滲透平衡之后，半透膜兩側的濃度不一定相等，液面高的一側溶液濃度仍然高于液面低的一側溶液。學生從而自主構建概念“滲透作用是指水分子或其他溶劑分子通過半透膜的擴散”，并構建各種概念之間的關系圖（圖3）。

圖3 有關“滲透作用”各種概念間的關系圖

2.5 延伸探究，概念應用

朱正威老師曾說過，生物學不僅描述生物界的“是什么”，更要解釋“為什么”。在概念構建的基礎上，教師引導學生利用類比推理和知識遷移解釋生活中的生物學問題：①植物根細胞是如何從土壤中吸收水分的？②如何解釋一次性施肥過多造成的“燒苗”現象？③輸液時為什么要輸等滲溶液（生理鹽水或質量分數為5%的葡萄糖溶液）？

此時，教師引導學生通過類比推理，使學生理解細胞也是一個滲透系統：植物根細胞是通過滲透作用吸收水分。教師進一步用植物細胞的失水類比吸水，解釋“燒苗”的原因是一次性失水過多導致土壤溶液濃度過高從而導致植物細胞失水，甚至死亡。然后，引導學生分析動物細胞的失水和吸水情況，解釋等滲溶液可以使細胞形態(tài)穩(wěn)定，不會因失水過度死亡或吸水過多而脹裂。通過知識的遷移和應用，教師引導學生在生活中的場景中鞏固、應用、內化概念，落實生物學學科核心素養(yǎng)。

3 教學反思

探究實驗完成之后，學生可以做到正確區(qū)分滲透和擴散作用的概念和實質，并接受和理解了探究對象為溶劑的濃度這一事實；絕大部分學生能夠正確分析滲透平衡時各體系的濃度和重力等的關系，并且能夠正確應用滲透作用解釋生活中的生物學問題；大部分學生可以在進一步延伸探究提出自己思考和建議。由此可見，學生通過這次探究實驗，深入理解了滲透作用的概念和實質，豐富和修訂了頭腦中的前概念。學生通過實驗的延伸探究，鍛煉了科學探究的能力，掌握了科學探究的方法。綜上，本次實驗較好地達成了教學目標。

整個探究過程是師生在已有知識體系的基礎上，不斷糾正、克服和超越前概念的局限，從而積極地建構科學概念的過程，也是一次生動深刻的概念轉變過程。探究之初，教師聯系學生頭腦中僅有“擴散”“分子熱運動”和幾個生活中滲透現象，引導學生在探究過程中經歷“察覺概念、理解概念、構建概念、應用概念”這一完整概念建構過程，使學生了解了滲透作用豐富的內涵和外延，逐步形成了生命觀念，也在解決問題的過程中培養(yǎng)了學生的科學思維，鍛煉了科學探究，提升了社會責任感。