PBL教學(xué)模式在初中生物實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用
——以“探究二氧化碳對(duì)光合作用的影響”實(shí)驗(yàn)為例

潘 霖

（中山市板芙鎮(zhèn)板芙初級(jí)中學(xué) 廣東中山 528459）

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》將“科學(xué)思維”和“探究實(shí)踐”納入生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的范疇，要求教師在課堂中不僅要培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)的思維認(rèn)識(shí)事物、解決問題，還要培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)探究的思路和方法。生物學(xué)是一門基于實(shí)驗(yàn)的自然科學(xué)，傳統(tǒng)的教師講授型實(shí)驗(yàn)教學(xué)重理論輕實(shí)踐，忽視了對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)，限制了學(xué)生的發(fā)展。如何突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，探索行之有效的教學(xué)方法，成為廣大初中生物教育工作者孜孜不倦的研究課題。

PBL教學(xué)模式（Problem Based Learning，PBL）以學(xué)生為中心，教師作為協(xié)助者和引導(dǎo)者，強(qiáng)調(diào)以問題為導(dǎo)向，通過小組合作、相互討論的形式來解決問題，學(xué)習(xí)問題背后蘊(yùn)含的學(xué)科知識(shí)，最終培養(yǎng)學(xué)生解決問題、團(tuán)隊(duì)合作以及自主學(xué)習(xí)的能力。與傳統(tǒng)模式相比，PBL教學(xué)模式更側(cè)重學(xué)生科學(xué)探究能力與創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。下文以“探究二氧化碳對(duì)光合作用的影響”實(shí)驗(yàn)為例，探索PBL教學(xué)模式應(yīng)用在初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體方法。

1 教材分析與內(nèi)容改進(jìn)

探究“二氧化碳是光合作用的原料嗎？”是人教版初中生物學(xué)七年級(jí)上冊(cè)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，教材中給出的實(shí)驗(yàn)提示信息較少，學(xué)生難以根據(jù)提示完成實(shí)驗(yàn)。課堂上，教師一般通過播放視頻來講解該實(shí)驗(yàn)，無法鍛煉學(xué)生的科學(xué)探究能力。為使學(xué)生能夠在一節(jié)課內(nèi)完成該實(shí)驗(yàn)，筆者查閱大量文獻(xiàn)資料，對(duì)該實(shí)驗(yàn)做了以下改進(jìn)：

①教材提示中提到用氫氧化鈉溶液（可吸收二氧化碳）來控制變量二氧化碳。氫氧化鈉溶液有強(qiáng)烈的腐蝕性，使用該試劑存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。換用碳酸氫鈉溶液（可釋放二氧化碳）控制變量可以規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

②教材中收集氧氣驗(yàn)證光合作用強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)耗時(shí)過長(zhǎng)，一節(jié)課時(shí)間難以完成。本次實(shí)驗(yàn)改用“葉圓片上浮法”來驗(yàn)證光合作用的強(qiáng)度。其實(shí)驗(yàn)原理為：正常情況下，葉片的葉肉細(xì)胞間隙中充滿氣體，圓形小葉片在水中會(huì)浮在水面上。利用真空抽氣法將間隙中的氣體排出，葉片便會(huì)沉入水中。葉片進(jìn)行光合作用時(shí)產(chǎn)生氧氣，氧氣的溶解度很小，細(xì)胞間隙間氧氣積累到一定量時(shí)會(huì)使下沉的葉片上浮。單位時(shí)間內(nèi)圓形小葉片上浮的數(shù)量越多，表明光合作用越強(qiáng)。為使學(xué)生盡快掌握新方法操作步驟，教師需提前錄制好微課。

2 基于PBL的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程

2.1 設(shè)置情境，引發(fā)思考

首先，教師展示溫室大棚內(nèi)安裝的二氧化碳發(fā)生器的圖片，提出問題：安裝這種儀器的目的是什么？為什么要增加二氧化碳濃度？學(xué)生利用已經(jīng)學(xué)習(xí)過光合作用的有關(guān)理論闡明自己的觀點(diǎn)。教師由此引出本節(jié)課的探究問題：二氧化碳對(duì)光合作用有什么影響？

2.2 問題驅(qū)動(dòng)，深入研究

教師將探究問題拆分為3個(gè)子問題：①如何為植物提供二氧化碳？②如何驗(yàn)證光合作用的強(qiáng)度？③如何設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)？七年級(jí)學(xué)生剛接觸生物學(xué)，儲(chǔ)備的知識(shí)有限。根據(jù)“最近發(fā)展區(qū)”理論，在教學(xué)過程中，教師以合作者身份提供一些相關(guān)背景資料，在學(xué)生的兩個(gè)發(fā)展區(qū)之間建立一座橋梁。學(xué)生根據(jù)已學(xué)知識(shí)，通過小組間的探討解決問題，可以達(dá)到另一個(gè)更高的發(fā)展區(qū)。為幫助學(xué)生解決以上3個(gè)問題，教師提供以下背景資料：①碳酸氫鈉溶液會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，且在一定范圍內(nèi)，濃度越高，產(chǎn)生的二氧化碳越多。本實(shí)驗(yàn)提供涼開水（無二氧化碳），質(zhì)量濃度分別為0.5%和1.0%的兩種碳酸氫鈉溶液。②教材中收集氧氣驗(yàn)證過合作用強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)耗時(shí)過長(zhǎng)，可通過“葉圓片上浮法”來驗(yàn)證光合作用強(qiáng)度。教師介紹葉圓片上浮法的實(shí)驗(yàn)原理，同時(shí)播放提前錄制好的“葉圓片上浮法”微課，向?qū)W生展示具體的操作步驟。

2.3 小組討論，適時(shí)點(diǎn)撥

全班學(xué)生按“組間同質(zhì)，組內(nèi)異質(zhì)”分為8個(gè)小組，各小組根據(jù)提供的背景資料討論實(shí)驗(yàn)方案。討論完成后，各小組派代表展示本小組的設(shè)計(jì)方案，其他小組進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。受限制于認(rèn)知水平，學(xué)生小組的方案均存在不同程度的問題。展示的目的即在于暴露問題，并通過互評(píng)討論促進(jìn)學(xué)生思考，完善設(shè)計(jì)方案。

小組討論時(shí)，教師發(fā)現(xiàn)各小組對(duì)“如何設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)？”思考得不夠全面，于是適時(shí)提出以下4個(gè)問題引導(dǎo)學(xué)生思考：①本實(shí)驗(yàn)的變量是什么？②應(yīng)放多少葉圓片到各濃度碳酸氫鈉溶液中？③各組應(yīng)提供怎樣的光照強(qiáng)度？④3個(gè)盛有葉圓片的燒杯在進(jìn)行光照之前是否應(yīng)避光？根據(jù)教師的引導(dǎo)，各小組再次完善實(shí)驗(yàn)方案（表1）。

表1 小組設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案

2.4 分組實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論

各小組按照自己的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。教師統(tǒng)計(jì)全班各組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并求出平均值（表2）。從表2中可以看出，隨著碳酸氫鈉溶液濃度的增加，葉圓片上浮的數(shù)目也在增加。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出結(jié)論：二氧化碳促進(jìn)植物的光合作用強(qiáng)度。課前在真實(shí)情境中提到的問題也得到解決，溫室大棚內(nèi)安裝二氧化碳發(fā)生器目的是為了促進(jìn)農(nóng)作物的光合作用，進(jìn)而提高產(chǎn)量。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

2.5 實(shí)驗(yàn)反思，經(jīng)驗(yàn)分享

實(shí)驗(yàn)完成后，組內(nèi)各成員針對(duì)本組的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行探討，總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)成功的經(jīng)驗(yàn)與失敗的教訓(xùn)，再進(jìn)行組間交流與經(jīng)驗(yàn)分享。例如，有小組提到：“一定要組員幫忙，盡量同時(shí)將葉圓片夾入燒杯內(nèi)，以確保單一變量”“實(shí)驗(yàn)前由組長(zhǎng)分工，每位組員都明確自己的職責(zé)才會(huì)順利完成實(shí)驗(yàn)”等。

3 PBL模式下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)反思

本節(jié)課始終堅(jiān)持以問題驅(qū)動(dòng)來組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)，環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)。教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)情開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生在真實(shí)的情境中進(jìn)行自主探究，教師適當(dāng)補(bǔ)充相關(guān)背景資料，并加以引導(dǎo)，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)“發(fā)展區(qū)”的跨越。PBL教學(xué)模式充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，學(xué)生不僅可以像科研人員那樣運(yùn)用理性思維進(jìn)行科學(xué)探究，而且還能體會(huì)科學(xué)研究是不斷深化和完善的過程。這對(duì)提高學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，特別是科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，大有裨益。

PBL模式對(duì)教師備課的要求較高，該模式以問題為主導(dǎo)，因此成功的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)一系列具有導(dǎo)向性的問題。同時(shí)，教師要做好活動(dòng)的引導(dǎo)和組織，控制課堂活動(dòng)時(shí)間，以完成教學(xué)目標(biāo)。此外，本節(jié)課引入微課輔助PBL教學(xué)，兩者相得益彰，大幅度提升了實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)效率。

PBL教學(xué)模式是有益于初中生學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的新型教學(xué)模式，教師可以大膽將PBL模式融入初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。現(xiàn)階段將PBL模式應(yīng)用于初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究仍然較少，要更好發(fā)揮PBL模式的成效價(jià)值，仍需要廣大教師進(jìn)一步探討。