例談高中生物的探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)

孫淑芬

【摘要】高中生物課程重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，倡導(dǎo)探究式教學(xué)，本文以“被動(dòng)運(yùn)輸”的教學(xué)為例，探討高中生物學(xué)課堂教學(xué)中，教師如何實(shí)施以學(xué)生為主體的探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以提高學(xué)生能力，提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】高中生物? 實(shí)施? 探究式實(shí)驗(yàn)

【中圖分類號】G633.91 ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）43-0134-02

《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）指出“生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任” [1] 是生物學(xué)科核心素養(yǎng);在該課程標(biāo)準(zhǔn)的（一）課程性質(zhì)中，對學(xué)生的學(xué)習(xí)生物學(xué)提出要求：“主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)”、對學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)知識提倡“親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程”[1]; 在（六）實(shí)施建議的教學(xué)建議中，提出：“組織以探究為特點(diǎn)的主動(dòng)學(xué)習(xí)是落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵”“實(shí)驗(yàn)教學(xué)是促成學(xué)生達(dá)成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要支撐”。教師在生物教學(xué)過程中，如果能根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)際情況創(chuàng)造條件，給學(xué)生提供更多的探究式實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，通過親歷實(shí)驗(yàn)，自主學(xué)習(xí)的過程獲取生物學(xué)知識，對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力具有重要的作用。

并不是所有教學(xué)內(nèi)容都適合實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)，因此，教師在備課時(shí)，要吃透教材，挑選、挖掘有利于引導(dǎo)學(xué)生探究式學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。人教版普通高中生物學(xué)生物學(xué)必修1的第四章第1節(jié)“被動(dòng)運(yùn)輸”中，問題探討的“滲透現(xiàn)象”“植物細(xì)胞的吸水和失水”等教學(xué)內(nèi)容，是進(jìn)行探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的好素材，本文以該教學(xué)內(nèi)容為例，探討高中生物學(xué)教師教學(xué)如何實(shí)施探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

一、演示實(shí)驗(yàn)，探究式進(jìn)行“問題探討”

教材的“問題探討”介紹滲透裝置及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，教師在教學(xué)時(shí)，往往通過分析教材插圖“滲透示意圖”，引導(dǎo)學(xué)生分析討論“滲透作用”，而導(dǎo)入新課學(xué)習(xí)，學(xué)生是通過圖片和理論來認(rèn)識滲透裝置及滲透現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。事實(shí)會(huì)是這樣的嗎？學(xué)生心中是存在疑問的，如果教師在教學(xué)中，能夠改“看插圖說實(shí)驗(yàn)”為讓學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦，“親歷實(shí)驗(yàn)”，通過操作實(shí)驗(yàn)過程，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果來認(rèn)識滲透裝置及原理，達(dá)到“做實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)”，學(xué)習(xí)效果不言而喻。

首先，教師做好課堂實(shí)驗(yàn)器材、材料的準(zhǔn)備工作：? 1.制備半透膜：上課前2天，把兩個(gè)鴨蛋（為防止操作失敗，可以多泡幾個(gè)）洗凈，放入裝有醋的容器中浸泡，醋要完全沒過鴨蛋（醋如果多一些，蛋殼鈣質(zhì)溶解的速度會(huì)更快）靜置1～2天，待鴨蛋殼的硬殼鈣質(zhì)完全溶于醋中，用清水輕輕地沖洗蛋膜表面的物質(zhì)，獲得由蛋膜包被的，軟軟的鴨蛋。用剪刀把在蛋膜剪破，倒出蛋清和蛋黃，再用清水沖洗鴨蛋膜，洗凈后，即可獲得半透膜（鴨蛋膜）。2.取2個(gè)半透膜分別套在2個(gè)長頸漏斗口，用橡皮筋固定。3.配制50%蔗糖溶液，量取30ml裝在小燒杯中，在溶液中滴加幾滴染液，把溶液染成顏色，編號①;另一小燒杯裝30ml清水，編號②。4.另取兩個(gè)大燒杯，盛等量的清水，分別編號A、B;準(zhǔn)備2個(gè)鐵架臺用來固定長頸漏斗。

其次，演示實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)探究情境?！吧飳W(xué)教師要有意識地設(shè)計(jì)和實(shí)施課堂上的科學(xué)探究活動(dòng)，并提供必要的課堂環(huán)境和良好的氛圍”[2]。用實(shí)驗(yàn)來創(chuàng)設(shè)探究情境，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，引入實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)。

考慮課堂教學(xué)時(shí)間較緊的問題，在課前組織學(xué)生做好如圖的實(shí)驗(yàn)裝置：1.取兩個(gè)長頸漏斗，將長頸漏斗口（有半透膜的一端）分別浸入盛有清水的兩個(gè)大燒杯中，A裝置長頸漏斗裝入30ml的蔗糖溶液，B裝置長頸漏斗裝入30ml（等量）的清水中。2.把長頸漏斗固定在鐵架臺上，調(diào)節(jié)長頸漏斗內(nèi)外兩側(cè)液面等高。3.裝置靜置一段時(shí)間。上課時(shí)，直接展示實(shí)驗(yàn)裝置，指導(dǎo)學(xué)生觀察比較兩組實(shí)驗(yàn)中，長頸漏斗內(nèi)溶液的液面和外界清水液面的高度差，A組的長頸漏斗液面上升，明顯比燒杯清水液面高，B長頸漏斗內(nèi)的液面與燒杯液面等高。為什么兩組液面不一樣了？實(shí)驗(yàn)小組的學(xué)生補(bǔ)充說明實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備，兩組實(shí)驗(yàn)裝置中長頸漏斗內(nèi)的溶液的區(qū)別。學(xué)生的注意力一下被吸引了，激起學(xué)生展開分析討論。

最后，引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)，自主探究。在操作、觀察、討論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生思考、討論下列的問題：1.為什么A組的長頸漏斗液面會(huì)上升，而B長頸漏斗液面保持不變？A組的長頸漏斗液面會(huì)不斷上升嗎？2.A組的長頸漏斗液面不再上升時(shí)，長頸漏斗內(nèi)外溶液的濃度是否相等？3.如果用一層紗布代替半透膜，A組長頸漏斗液面會(huì)上升嗎？4.如果大燒杯中不是清水，而是與A組同樣濃度的蔗糖溶液，A、B兩組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)怎樣？學(xué)生通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、探究，在教師問題的引導(dǎo)下，滲透作用的發(fā)生，需要滿足滲透裝置的兩個(gè)條件——半透明、膜兩側(cè)有濃度差，為進(jìn)一步探究學(xué)習(xí)滲透吸水和滲透失水的知識奠定基礎(chǔ)。

二、探究實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)“質(zhì)壁分離和復(fù)原”

學(xué)生在學(xué)習(xí)“滲透作用”“水進(jìn)出動(dòng)物細(xì)胞的原理”的基礎(chǔ)上，教師課前準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)材料，指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究植物細(xì)胞的吸水和失水。

先引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)探究的知識背景：展示成熟的植物細(xì)胞模式圖，回顧細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、大液泡等細(xì)胞結(jié)構(gòu)，解析原生質(zhì)層的結(jié)構(gòu)組成，理解水進(jìn)出成熟的植物細(xì)胞，主要是指水經(jīng)過原生質(zhì)層進(jìn)出液泡。

在實(shí)驗(yàn)操作之前，進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究方法指導(dǎo)：學(xué)生體驗(yàn)分別泡在清水和鹽水中蘿卜條的大小和硬度，觀察萎蔫的和新鮮的蔬菜。提出問題：1.植物細(xì)胞在什么條件下吸水和失水？2.吸水和失水是通過滲透作用嗎？如果是，植物細(xì)胞中，相當(dāng)于半透膜的結(jié)構(gòu)是什么？3.除了觀察蘿卜條的大小和硬度外，你能不能用其他方法，直接觀察植物細(xì)胞是否吸水或失水？組織學(xué)生討論分析，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、針對植物細(xì)胞的吸水和失水的問題探討作出假設(shè)、討論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及可能觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果、制作填寫實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的表格，通過全班交流完善。

組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，指導(dǎo)學(xué)生觀察討論：1.觀察紫色洋蔥的紫色色素存在什么結(jié)構(gòu)中？找出原生質(zhì)層的結(jié)構(gòu)？2.比較滴加蔗糖溶液前后細(xì)胞液泡的大小、顏色變化及原生質(zhì)層的位置發(fā)生什么變化。3.畫一個(gè)失水后的植物細(xì)胞圖，并標(biāo)出各部位的結(jié)構(gòu)。4.從滲透作用的兩個(gè)條件分析，植物細(xì)胞失水是不是滲透作用。5.隨著植物細(xì)胞失水，與細(xì)胞壁分離的結(jié)構(gòu)是什么？6.失水后的細(xì)胞，滴加清水，細(xì)胞的原生質(zhì)層、液泡的大小、顏色又發(fā)生什么變化？通過問題驅(qū)動(dòng)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中觀察、思考、討論，逐步理解植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的原理，認(rèn)同細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念，通過實(shí)例分析歸納出被動(dòng)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，提高歸納概括能力。

三、拓展實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)科學(xué)思維

高中生物教學(xué)不僅傳授基礎(chǔ)知識和基本技能，更需要發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識認(rèn)識事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力。在完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的內(nèi)容外，可為學(xué)生準(zhǔn)備更多的材料，引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)操作觀察或運(yùn)用所學(xué)原理，繼續(xù)深入討論探究。（1）用紫色洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞（無紫色部分）做實(shí)驗(yàn)，是否能觀察到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果？用紫色部分做實(shí)驗(yàn)有什么優(yōu)點(diǎn)？（2）把30%蔗糖溶液換成30%甘油溶液實(shí)驗(yàn)，細(xì)胞原生質(zhì)層會(huì)發(fā)生什么變化？思考產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。（3）如果把滴加30%蔗糖溶液，改為分別滴加5%、50%的蔗糖溶液，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)發(fā)生變化嗎？（4）用葉肉細(xì)胞的表皮細(xì)胞做實(shí)驗(yàn)材料，依次滴加30%蔗糖溶液和清水，氣孔的大小會(huì)發(fā)生什么變化？這種現(xiàn)象對植物有什么意義？學(xué)生必須理解真正滲透作用的原理，才能對以上問題做出解釋，實(shí)現(xiàn)知識的應(yīng)用遷移。

此外，教師精心設(shè)計(jì)以背景材料引導(dǎo)思考探究的練習(xí)、圖片，引導(dǎo)學(xué)生用實(shí)驗(yàn)探究的知識原理，解決其他聯(lián)系實(shí)際的相關(guān)問題，給學(xué)生更多的想象空間和探究欲望，開拓學(xué)生思維。如，討論質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)在下列幾種應(yīng)用的原理：1.判斷成熟植物細(xì)胞是不是活的。2.比較不同植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度的高低。3.標(biāo)簽脫落的兩瓶蔗糖溶液和硝酸鉀溶液，請你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加以鑒別。這些問題都要求學(xué)生整合質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)的選材、原理和操作，能對問題進(jìn)行推理分析，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

在高中生物課堂教學(xué)中，運(yùn)用探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，符合“生物學(xué)科以核心素養(yǎng)為宗旨，教學(xué)過程重實(shí)踐的基本理念”。為使在課堂中切實(shí)可行，特別需關(guān)注幾個(gè)問題：實(shí)驗(yàn)探究的問題要有課堂操作的可行性，確定教學(xué)目標(biāo)，制定教學(xué)過程和問題討論時(shí)，需要充分考慮學(xué)生的性格特征、學(xué)習(xí)風(fēng)格、能力傾向及對本學(xué)科學(xué)習(xí)的態(tài)度;學(xué)生思考討論的問題要由淺入深，具有“探究性”，而不是看著熱鬧;教師要扮演好引導(dǎo)者的角色，引導(dǎo)學(xué)生處于主體地位，積極參與是探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵;教師適時(shí)的引導(dǎo)和評價(jià)，保證教學(xué)高效進(jìn)行。正如教育家盧梭所說：“要由他自己希望學(xué)什么東西和研究什么東西;而你呢，則設(shè)法使他了解那些東西，巧妙地使他產(chǎn)生學(xué)習(xí)的愿望，向他提供滿足他的愿望的辦法” [3]。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）.人民教育出版社，2018，1.

[2]劉恩山，曹保義. 普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）解讀. 高等教育出版社，2020，9.

[3][法]盧梭著，李平漚譯.愛彌兒——論教育.商務(wù)印書館.1996.224.