例談高中起始年級生物學(xué)探究活動的有效設(shè)計

榮 瑩

(江蘇省無錫市第一女子中學(xué) 214002)

高中起始年級的學(xué)生，來自不同的初級中學(xué)，實驗經(jīng)驗有差異，要組織一次有效的探究活動，必須經(jīng)過教師的精心“設(shè)計”。教師在設(shè)計探究活動時須把握參與度。參與過度，則不是真正意義上的“學(xué)生探究”，參與不夠，則學(xué)生可能連“提出問題”都做不好，更不用談實驗設(shè)計、實施、反饋等。因此，在“度”的把握上要做到既給學(xué)生留有探究空間，又讓學(xué)生明確實驗主線很不易。筆者就高中起始年級如何設(shè)計課堂內(nèi)探究性活動談兩點建議：

1 基礎(chǔ)篇: 因時因材縮放實驗范圍

教師可以根據(jù)預(yù)期教學(xué)目標及學(xué)生的先行知識重新整合設(shè)計教學(xué)內(nèi)容。對于起始年級的學(xué)生，適當(dāng)縮小實驗設(shè)計的范圍，以防止學(xué)生對過度開放的課題產(chǎn)生“恐懼感”。同時，去掉不必要的細枝末節(jié)，使學(xué)生的設(shè)計“主干”更加清晰，在“主干”清晰的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生逐步放大實驗范圍，打破學(xué)生的思維定勢。例如，對“植物細胞的吸水和失水”實驗，選擇哪種植物細胞，以及哪種外界溶液都會對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響，對于初次體驗實驗設(shè)計的學(xué)生而言，要同時考慮這么多問題，會覺得茫然，也會打擊學(xué)生實驗設(shè)計的信心?？蛇M行如下設(shè)計：

1.1 “縮小”實驗范圍 教師在教學(xué)設(shè)計中，可先縮小實驗范圍：規(guī)定實驗材料為紫色洋蔥鱗片葉表皮細胞，外界溶液為0.3 g/mL的蔗糖溶液。這種“限制”讓學(xué)生在實驗設(shè)計時能更多地關(guān)注投入實驗設(shè)計及優(yōu)化中。因此，在該階段，學(xué)生可集中精力將植物細胞和滲透裝置進行類比，分析并假設(shè)植物細胞中結(jié)構(gòu)與滲透裝置中結(jié)構(gòu)的一一對應(yīng)關(guān)系，亦可在此基礎(chǔ)上，運用紫色洋蔥鱗片葉表皮細胞和0.3 g/mL的蔗糖溶液設(shè)計實驗驗證假設(shè)。

1.2 “擴大”實驗外延 當(dāng)學(xué)生對上述實驗充分體驗后，教師可順勢擴展實驗。如設(shè)問“實驗材料的改變是否會影響實驗現(xiàn)象？”引導(dǎo)學(xué)生在分析回答上述問題過程中，總結(jié)細胞能進行質(zhì)壁分離的條件及作用實驗材料的優(yōu)缺點。例如，洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細胞與外表皮細胞相比，優(yōu)點在于取材簡便，缺點在于液泡顏色淺，實驗現(xiàn)象不明顯。但是，若采取適當(dāng)措施彌補缺點，則鱗片葉內(nèi)表皮細胞是最理想的實驗材料。接著設(shè)問：外界溶液只能選用蔗糖溶液嗎？濃度只能為0.3 g/mL嗎？可否改為0.5 g/mL的蔗糖溶液或濃度為0.01 g/mL的蔗糖溶液以及KNO3溶液？同時能否設(shè)計實驗探究洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細胞的細胞液濃度？教材的“相關(guān)信息”中提示“細胞壁是全透性的”，如何設(shè)計實驗驗證這一信息？一系列的問題串使實驗設(shè)計的范圍不斷擴大，探究的問題不斷深入，有些問題的設(shè)計可延伸到課堂外。

2 提升篇: 合理轉(zhuǎn)換實驗類型，重視實驗思路

不同類型的實驗在教學(xué)設(shè)計中承擔(dān)不同的教學(xué)任務(wù)；演示實驗可在短時間內(nèi)讓學(xué)生了解實驗過程和結(jié)果；驗證性實驗可讓學(xué)生自主體驗實驗方法，認同實驗結(jié)果；探究性實驗則更注重實驗過程。在教學(xué)設(shè)計中，不同類型實驗的合理轉(zhuǎn)換，可使教學(xué)活動呈現(xiàn)新生命力。例如，“螢火蟲發(fā)光實驗”驗證了螢火蟲發(fā)光所需能量直接來自于ATP，而不是葡萄糖，教師在教學(xué)過程中對該實驗可重新進行設(shè)計：

2.1 實驗導(dǎo)入(問題串) 日常生活與能量息息相關(guān)，如家用電器需電能才能正常運轉(zhuǎn)，電的產(chǎn)生途徑有哪些？水、煤、石油等均蘊含著豐富的能量，它們能否直接給家用電器提供能量？若不能，它們的能量要怎樣才能被電器所利用？在生物界，生物體進行各項生命活動都需要能量，生物體內(nèi)哪些物質(zhì)可以為這些活動提供能量呢？糖類和脂肪能否為生命活動直接提供能量呢？由此導(dǎo)出探究話題“生物體的生命活動所需能量是何物質(zhì)直接提供的”，從驗證實驗轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄繉嶒灒瑢W(xué)生不再僅被動地驗證前人的實驗結(jié)論，而是將實驗?zāi)康霓D(zhuǎn)化為自身內(nèi)需，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力。

2.2 提出問題、設(shè)計實驗 上述課題范圍較大，教師可確定子課題“螢火蟲發(fā)光所需能量是何物質(zhì)直接提供的”如下。

背景資料：取若干只螢火蟲的發(fā)光器，干燥后研磨成粉末，放入一試管后，加水使之混合(螢火蟲發(fā)光部位提取液)，可見試管內(nèi)有淡黃色熒光出現(xiàn)，約15 min后熒光消失。

實驗材料：螢火蟲發(fā)光部位提取液、葡萄糖溶液、脂肪溶液、蒸餾水、ATP溶液、大小相同的試管若干、標簽紙若干等其他實驗所需材料。

實驗假設(shè)與實驗設(shè)計：根據(jù)上述資料及實驗材料，提出實驗假設(shè)及設(shè)計實驗過程。

意圖：教師確定子課題，縮小實驗范圍，明確實驗的目的，降低假設(shè)難度。同時通過介紹背景資料及提供實驗材料，為實驗設(shè)計搭建腳手架，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗，突出實驗設(shè)計探究的核心。

2.3 實驗現(xiàn)象、結(jié)論及追問 學(xué)生對實驗現(xiàn)象的分析不難獲得結(jié)論，教師可追問：“該實驗是否可證明ATP是一切生物生命活動的直接能量來源？”

通過提問的形式，讓學(xué)生深思“生物體的生命活動所需能量是何物質(zhì)直接提供的？”及“螢火蟲發(fā)光所需能量是何物質(zhì)直接提供的？”兩課題間的差異，提示學(xué)生不能隨意擴大實驗外延，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，提升科學(xué)素養(yǎng)。