基于概念构建的“细菌、真菌作为分解者参与物质循环”探究式教学设计

董 俊 王 琳

（1 马鞍山二中实验学校 安徽马鞍山 243000 2 马鞍山市实验中学 安徽马鞍山 243000）

生物学是一门以实验为基础的自然科学课程，《义务教育生物课程标准（实验稿）》明确“倡导探究性学习”，以转变学生的学习方式和教师的教学方式，意在将科学精神和探究思维融入学生的体验性学习过程，提高学生的科学探究意识和能力。《义务教育生物学课程标准（2011年版）》强调了“重要概念”的学习，在十大主题中凸显了50个重要概念［1］，意在按照从事实到理论的概念形成规律，帮助学生理解和构建这些概念，二者都重在转变学生的学习方式。

在引导学生构建概念的过程中，尤其是在缺少直观或深入的事实素材时，围绕概念要点设计一定的探究性活动，帮助学生在探索的过程中，通过亲身经历，获得直观、有说服力的事实素材，更有利于提炼概念要点并深入理解其内涵。本文以“细菌和真菌在生物圈中的作用”一课中的部分内容“细菌、真菌作为分解者参与物质循环”为例，探讨概念教学中探究性学习活动的设计。

1 概念要点及教学难点

“细菌、真菌作为分解者参与物质循环”是人教版《生物学》8年级上册第4 章“细菌和真菌”中第5 节“细菌和真菌在自然界中的作用”中的第1部分内容，描述了细菌、真菌在自然界中最主要的作用——“作为分解者参与物质循环”，较为抽象和宏观，是该节的重、难点。教材中的“观察和思考” 活动将该部分内容分为有序的前、后2 个部分：一是“作为分解者的细菌、真菌使动、植物遗体、遗物中的有机物分解为无机物”；二是因为这样的物质变化，“细菌、真菌在物质循环中有重要的参与作用”。第1 部分内容的理解难点在于：学生对食物腐烂过程中物质变化这一微观现象没有深入的体验；第2 部分难点是“碳循环”比较抽象和宏观，需通过联系旧知（上一章“动物在生物圈中作用” 和7年级上册的 “绿色植物是生物圈中有机物的制造者”），构建物质循环示意图，教师可引导学生设计探究性活动，帮助学生在观察、体验、分析过程中理解物质变化和物质循环，突破这2 个难点。

2 以问题引导思维，设计探究性活动

2.1 探究性实验活动1：发霉馒头中的物质变化 学生对于“细菌和真菌将有机物分解为无机物”，已有一定了解，教材中的“真菌、细菌在物质循环中的作用示意图”也明示了分解产物是“水和无机盐、二氧化碳”，但其理解还是比较浅显。教师可组织兴趣小组进行探究：馒头发霉后，发生了什么物质变化？ 设计实验时，立足学情，重在通过实验体验、感受细菌、真菌使馒头碎屑发生的物质变化：从有机物淀粉到无机物二氧化碳和水，教师通过问题给出一定提示：1）怎样验证馒头中的物质是有机物？ 2）如何接种及需要为细菌、真菌提供怎样的生长条件？ 3）你能验证哪种分解产物，如何收集和验证?引导学生设计实验过程、选择实验器材。学生最终设计了2 个实验：实验1：馒头中的有机物被细菌、真菌分解；实验2：细菌、真菌分解馒头中的有机物产生了二氧化碳。

实验1 始于课前2 个月。1）将所用实验材料和用具都进行高温灭菌；2）取部分馒头屑滴加碘液，变蓝色，说明馒头中含有机物淀粉；3）在无菌条件下取磨碎的同一馒头屑各30 g 放入标号为1 号、2 号的500 mL 广口瓶中，并分别加入50 mL的清水，使馒头潮湿（图1）；4）将已接种细菌、真菌的2 号广口瓶与未接种的1 号均用橡皮塞密封，静置于温暖处，定期观察；5）第63 天后，1 号瓶无变化，2 号瓶中馒头碎屑已消失，液体量明显增多（图2）；6）分别取发生变化的2 号瓶的上清液及下层悬浊液滴加碘液后，不变蓝，说明其中已无淀粉。

图1 刚接种后的装置图

图2 接种第63 天后2 个装置变化对比图

实验2 始于课前3 周，实验装置如（图3），实验步骤：1）将所用实验材料和用具都进行高温灭菌；2）取部分馒头屑滴加碘液，变蓝色，说明馒头中含有机物淀粉；3）在无菌条件下取磨碎的同一馒头屑各30 g 放入标号为1、2 号的500 mL 广口瓶中，并分别加入50 mL 的清水，使馒头潮湿；4）2 号广口瓶中接种细菌、真菌后与未接种的1 号均用双孔橡皮塞密封，连接上关闭阀门的500 mL 分液漏斗和玻璃管，玻璃管末端连接被软管夹密封的橡皮软管（图3）；5）将2 个实验装置放置在适宜的温度下并每天观察；6）第20 天后2 号锥形瓶内腐烂现象明显，1 号无明显变化（图4）；7）将2 个实验装置中的橡皮软管另一端接L 型玻璃管，玻璃管的另一端放入装有等量澄清石灰水的烧杯中，分别打开1 号、2 号分液漏斗阀门，使2 个分液漏斗中的清水进入广口瓶，观察烧杯中液体的变化。

图3 探究细菌、真菌分解有机物是否产生二氧化碳实验装置

图4 接种第20 天后2 个装置中的馒头碎屑

兴趣小组演示实验结果（步骤7），学生观察实验现象：2 号装置中澄清的石灰水变浑浊，说明瓶中产生了较高浓度的二氧化碳，从而在直观体验的基础上更深入地理解：细菌、真菌分解有机物，产生了二氧化碳，同时也理解了腐生这一生活方式的内涵。此外，本探究性实验活动是包括微生物培养、无菌操作、气体收集、物质验证等多个实验及操作于一体的综合性活动。在此过程中，学生不仅提高了探究能力，还体验了无菌操作对于微生物实验的重要作用，体会到设计和操作实验的严谨性。

2 个探究性活动的设计，让学生在探究过程中获得概念构建的要点信息：细菌、真菌的分解实质——将有机物分解为无机物，更深入地理解了细菌和真菌的作用，同时感受到科学探究的价值和乐趣。

2.2 探究性分析活动2：细菌和真菌在物质循环中的作用 学习“物质循环”的基础是理解物质在经过生物体后发生的变化，学生在7年级时学习了绿色植物光合作用中的物质变化，在前一章“动物在生物圈中的作用”的学习中，对“物质循环”也有了初步的理解，在本节课的上一环节的探究性实验中，理解了在细菌、真菌的分解作用中物质的变化。有了这些知识基础，让学生自我梳理出物质循环过程，比仅观察“细菌、真菌在物质循环中的作用示意图”理解得将更为深入。该部分内容可通过联系已学知识，创设情境问题，引导学生以“碳”元素为例，通过分组合作构图，自主探究“碳”在生物圈中循环过程，进一步理解物质循环这一概念。

情境问题：通过前一章学习知道了动物“促进生态系统的物质循环”，作为分解者的细菌、真菌在物质循环中起到什么作用？ 教师用屏幕图示一个生态系统（图5），学生分组就此图尝试画出物质循环图。教师问题提示：①有机物中一般含有“碳”元素，植物体内有机物中的“碳”是从哪里来的？ 屏幕展示小资料：“据浙江省林科院专家测算，杭州市1 hm2森林一年可吸收13 t 二氧化碳，释放10 t氧气。按此折算，杭州市森林面积106．1 万hm2，一年可吸收1 380 万t 二氧化碳，约释放1 000 万t氧气。”（回顾已学知识：绿色植物体通过光合作用将二氧化碳和水合成为有机物。）②进入植物体的“碳”又去向哪里？ （已学知识：食物链，动、植物的呼吸作用。）③动、植物的遗体、遗物一般会腐烂，其中有机物中的“碳”去了哪里？ 引导学生在合作构建物质循环图的过程中，梳理“碳”的循环路径，理解“物质循环”这一难点。

屏幕展示图5，请学生小组合作，用笔在印有图5的学案上追踪“碳”的流动轨迹并分组展示，在全体学生讨论、交流中不断修改、完善，构建“碳”的循环图。教师进一步通过问题串引导学生进行深入思考：“碳”的流动有终点吗？ “碳”的流动轨迹有何特点？“碳”是在什么物质之间反复流动的？之后再辅以动画展示：“碳”在光合作用、呼吸作用、捕食、分解等作用和行为下不断流动的动画循环图（图6）。物质循环的理解最重要的就是对“循环”的理解，利用多媒体动态显示循环过程，不仅变抽象为直观，一目了然，还能起到“画龙点睛”的学习效果，有效地缩短了学生的认知过程，更有利物质循环概念的构建，达到突出重点、突破难点的教学效果。

在理解物质循环的基础上，通过问题“如果这个循环图中没有了细菌、真菌，循环将会如何？ ”用假设的方法引导学生深入分析细菌、真菌在物质循环中的作用。细化设计问题串：没有细菌和真菌后，动、植物遗体、遗物中的“碳”还能参与循环吗？ 能参与物质循环的“碳”的量将会如何变化？最终，通过光合作用、呼吸作用、捕食进行的“碳”循环会受到影响吗？ 引导学生逐步深入思考和讨论。之后，教师出示缺少细菌、真菌的循环动态图（图7）。用类似“反证”的方法引导学生更加深入地理解大多数细菌、真菌“作为分解者参与物质循环”这一重要作用。

图5 情境构图

图6 “碳”循环图

图7 假设无细菌、真菌后的物质流动图

以上设计，从学生的自主梳理、合作构图，到教师动态循环图的展示、深入讨论和交流，都是在探究性问题的引导下，逐步突破学生理解的难点，水到渠成地达成教学目标。学生在构建物质循环图的过程中，自然感受到：在生物圈中，多种多样的生物通过其独特的、多样的生命活动，使物质在不同生物及环境间发生流动，形成了奇妙的物质循环，进一步体会到“生物多样性”的重要性。最后通过概念图（图8）的方式，引导学生梳理该部分主要内容，建立概念间的逻辑关系。

图8 概念图

3 结语

探究性学习为概念学习提供了方法支撑，帮助学生更有效地形成概念，并构建了概念间的逻辑联系与结构，使学习“过程与方法”和“知识目标”的落实相互融合，相互促进。在引导学生构建概念的过程中，有效融入探究性思维，设计一定的探究性问题，能帮助学生在设计和实施实验、分析实验现象并得出结论的实践过程中，获得更直观、更有说服力的事实素材，有利于提炼出概念要点并深入理解其内涵。