基于微課的高中生物科學(xué)史自主實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng)

黃振華

摘 要：隨著信息數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新興教學(xué)模式不斷出現(xiàn)，為現(xiàn)行的教育模式帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，為學(xué)生提供了更多的學(xué)習(xí)資源和更為自由的學(xué)習(xí)空間。微課是基于一定的教學(xué)設(shè)計(jì)思想，以微型教學(xué)視頻為載體，針對(duì)學(xué)科的重要知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)而精心設(shè)計(jì)制作的網(wǎng)絡(luò)在線視頻課程。它是傳統(tǒng)教學(xué)模式的有益嘗試。結(jié)合微課的教學(xué)理念，對(duì)基于微課理念下提高學(xué)生對(duì)生物科學(xué)史進(jìn)行學(xué)習(xí)和自主實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng)做了初步的探索和實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：微課；高中生物；自主實(shí)驗(yàn)

一、課堂設(shè)計(jì)

《光合作用的探究歷程》本節(jié)課為高中必修1《分子與細(xì)胞》（人教版）第5章第4節(jié)能量之源——光與光合作用中的內(nèi)容，讓學(xué)生以經(jīng)典的光合作用研究歷史中的重要事件為線索，通過制作各種微課來(lái)重現(xiàn)和展示科學(xué)史的過程，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合生物進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)。遵循科學(xué)家的探索思路，總結(jié)出光合作用的探究歷程。最后形成匯總，將好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)方法形成微課資源進(jìn)行交流和分享。通過這個(gè)過程了解科學(xué)家探究科學(xué)的艱辛歷程和學(xué)會(huì)探究的一般方法，為以后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。教學(xué)主線如下：

二、微課實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.普利斯特利實(shí)驗(yàn)，學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)方案

微課盡量重現(xiàn)普利斯特利的實(shí)驗(yàn)過程：將實(shí)驗(yàn)分為兩組，對(duì)照組為燃燒著的蠟燭，實(shí)驗(yàn)組為燃燒著的蠟燭和綠色植物盆栽，由教師直接用透明的鐘罩對(duì)兩組實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行倒扣密封處理，發(fā)現(xiàn)對(duì)照組的蠟燭很快熄滅，與此同時(shí)實(shí)驗(yàn)組的蠟燭保持燃燒狀態(tài)。再將蠟燭換成小白鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)密閉鐘罩內(nèi)的小白鼠很快就奄奄一息，而與綠色植物同在的小白鼠還生龍活虎。本實(shí)驗(yàn)學(xué)生用薄荷、開心果小苗、富貴竹都取得了成功，直接錄像記錄實(shí)驗(yàn)過程形成微課。

2.英格豪斯實(shí)驗(yàn)，學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)方案

方案1：將黑藻用漏斗（漏斗口寬12cm，頸長(zhǎng)2cm）倒扣在裝有清水的燒杯中，燒杯沒過漏斗口。將試管裝滿水后用拇指封住試管口，倒置試管，將其接在漏斗頸上，白天置于陽(yáng)光下。用排水法收集氣體。在白天光照不足和夜晚用250W的碘鎢燈作為補(bǔ)充光源。實(shí)驗(yàn)72h后將試管一端用手堵住，倒轉(zhuǎn)回來(lái)，用帶火星衛(wèi)生香檢測(cè)試管內(nèi)的氣體，發(fā)現(xiàn)木條復(fù)燃，說明該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的氣體是氧氣。該實(shí)驗(yàn)用金魚藻、綠菊都可以進(jìn)行，其中以黑藻的實(shí)驗(yàn)效果較好。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1。

方案2：收集廢棄的輸液瓶，將黑藻和暴曬后的自來(lái)水放入輸液瓶中，注意輸液瓶口接輸液管和帶針頭的針管。輸液管一側(cè)接刻度試管。裝置置于強(qiáng)光下，弱光和黑夜時(shí)用250W碘鎢燈作為補(bǔ)充光源。實(shí)驗(yàn)也同樣是用排水法來(lái)收集氣體。實(shí)驗(yàn)72h后，氣體會(huì)集中在輸液瓶的上方，在瓶口用針筒將氣體抽出，拔去針筒的活塞，直接用帶火星的衛(wèi)生香檢測(cè)，衛(wèi)生香復(fù)燃，說明產(chǎn)生的氣體是氧氣。排出的水從輸液瓶進(jìn)入刻度試管，可以從單位時(shí)間內(nèi)排出的水量來(lái)表示黑藻的凈光合速率。由于學(xué)生用多種材料同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，就可以比較不同材料在本次實(shí)驗(yàn)條件下的凈光合速率的大小。實(shí)驗(yàn)表明，相比于金魚藻，黑藻的光合速率是較大。本實(shí)驗(yàn)不僅用排水法收集到了氧氣，同時(shí)還能比較具體地測(cè)定出凈光合速率的值。具體的實(shí)驗(yàn)操作也使他們對(duì)教材中的凈光合速率的概念以及測(cè)量方法有了初步的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2。

3.薩克斯實(shí)驗(yàn)，學(xué)生自主設(shè)計(jì)方案

方案1：將天竺葵黑暗處理12小時(shí)（用紙箱倒扣），將黑色的卡紙用回形針固定，遮住其中一片天竺葵葉子的一半。置于陽(yáng)光下，黑夜時(shí)用500W的碘鎢燈補(bǔ)光。不間斷光處理12小時(shí)之后，用酒精隔水加熱進(jìn)行脫色，用碘液進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示未遮光部分變藍(lán)，遮光一半不變藍(lán)。

方案2：將方案1中的天竺葵換成銀邊天竺葵，進(jìn)行同樣的處理，同樣用酒精隔水加熱進(jìn)行脫色，用碘液進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示變藍(lán)的只有未遮光葉片的綠色部分。興趣小組的學(xué)生在原實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上拓展，換了實(shí)驗(yàn)材料，在證明天竺葵光合作用能產(chǎn)生淀粉的同時(shí)證明了光合作用需要葉綠體的參與。

方案3：將天竺葵換成碰碰香、發(fā)財(cái)樹、梔子樹盆栽、富貴竹、秋海棠，暗處理12小時(shí)（用紙箱倒扣），將黑色的卡紙用回形針固定，遮住其中一片天竺葵葉子的一半。置于陽(yáng)光下，黑夜時(shí)用500W的碘鎢燈補(bǔ)光。不間斷光處理12小時(shí)之后，用酒精隔水加熱進(jìn)行脫色，用碘液進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)發(fā)財(cái)樹、富貴竹、梔子樹脫色非常困難，隔水加熱一個(gè)小時(shí)也無(wú)法脫去葉綠素的顏色，用碘液染色結(jié)果極不明顯。而碰碰香和秋海棠脫色迅速，一般天竺葵需要約20分鐘才能脫色完全，秋海棠僅需要5分鐘，碰碰香需要大約10分鐘。用碘液染色觀察葉片未遮光部分藍(lán)色明顯。

三、研究結(jié)果

本研究采用了效度問卷，列出了反映本次教學(xué)的三維目標(biāo)的題目，形成問卷，由專家教師對(duì)問卷進(jìn)行打分，其中“符合”=1分，“一般”=0分，“不符合”=-1分。選出有效題目進(jìn)行測(cè)試（效度值>0.7）。測(cè)試內(nèi)容包括選擇題15題，非選擇題5題，總分100分。實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班同時(shí)進(jìn)行測(cè)試，將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行SPSS分析，其結(jié)果如下：

由表1可以看出，實(shí)驗(yàn)班的平均分為82.06，對(duì)照班平均分為74.19。表2顯示，Sig=0.001>0.01，結(jié)果存在明顯差異。說明實(shí)驗(yàn)班的教學(xué)效果明顯優(yōu)于對(duì)照班，教學(xué)模式是有效的。

從測(cè)試結(jié)果來(lái)分析，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生在非選擇題上特別是實(shí)驗(yàn)題的表現(xiàn)相對(duì)要強(qiáng)于對(duì)照班。從學(xué)生訪談中也得知，學(xué)生通過自己設(shè)計(jì)、完善和拓展實(shí)驗(yàn)方案，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，他們的實(shí)驗(yàn)知識(shí)先從教材中來(lái)，再具體實(shí)踐，通過小組交流和分析形成科學(xué)的實(shí)驗(yàn)思維，也理解了科學(xué)家進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的艱辛。光合作用的實(shí)驗(yàn)幾乎都是需要精確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、長(zhǎng)時(shí)間觀察和認(rèn)真細(xì)致分析，這個(gè)過程由學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)和探索，對(duì)知識(shí)理解得更透徹，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ驳玫綐O大的提升。每個(gè)學(xué)生自己選擇興趣點(diǎn)來(lái)入手，自發(fā)組成小組，由學(xué)生和教師來(lái)完成評(píng)價(jià)，使得實(shí)驗(yàn)過程人人動(dòng)手，各個(gè)參與，課堂教學(xué)目標(biāo)得到更有效的實(shí)現(xiàn)。在課堂上不同的實(shí)驗(yàn)相互交流討論，知識(shí)火花發(fā)生碰撞，學(xué)生的各種創(chuàng)意和智慧得到了充分的展示，課堂的主體交還給學(xué)生，學(xué)生可以從他人那里得到實(shí)驗(yàn)思路和方法的借鑒。學(xué)生的能力和實(shí)驗(yàn)思維在無(wú)形中提升了。學(xué)生更喜歡這樣的課堂，覺得收獲更多。

傳統(tǒng)課堂的教學(xué)更注重呈現(xiàn)知識(shí)，課堂上教學(xué)活動(dòng)的開展主要借助課件和板書。在生物科學(xué)史教學(xué)中，將課堂和實(shí)驗(yàn)的主體交還給學(xué)生，學(xué)生自己設(shè)計(jì)和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，并動(dòng)手完成同時(shí)還要形成微課，通過微課來(lái)展示自己的實(shí)驗(yàn)成果。這極大調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，不僅學(xué)習(xí)了教材已有的知識(shí)，更提高了實(shí)驗(yàn)自主探究能力。

在自主實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生從教材出發(fā)但是又不拘泥于教材，結(jié)合了自己以往的科學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，很多設(shè)計(jì)雖然還存在很大的缺陷，但是已然有學(xué)生自主探究和自主學(xué)習(xí)的火苗。實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生將實(shí)驗(yàn)過程制作成微課，每個(gè)小組都有自己的實(shí)驗(yàn)成果，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中獲得了極大的成就感。微課的一個(gè)重要的特點(diǎn)就是具有可重復(fù)性，學(xué)生可以對(duì)自己感興趣的實(shí)驗(yàn)反復(fù)觀看，幫助其理解教材上的知識(shí)點(diǎn)，通過自主學(xué)習(xí)自己和他人的實(shí)驗(yàn)成果，提高自身的實(shí)驗(yàn)探究能力。

微課資源具有短小精悍、易于獲取、情境真實(shí)等特征，適用于生物科學(xué)史的教學(xué)，能在一定程度上提高學(xué)習(xí)的有效性，對(duì)于在實(shí)踐中如何更好地進(jìn)行課堂組織、科學(xué)史重現(xiàn)的微課以及實(shí)驗(yàn)拓展改進(jìn)類型的微課該在什么時(shí)候用更有效都將值得我們進(jìn)一步去研究、探討。

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編輯 高 瓊