焦能力培養 走向教學創新

周燕

摘要 教師在創設實驗情境的過程中，引導學生自由選擇試劑、創新材料等動手實驗，體驗科學探究的過程，最終構建細胞呼吸的概念，落實新課標提出的“核心素養為宗旨、教學過程重實踐”的教學理念。

關鍵詞 酵母菌 細胞呼吸 有氧呼吸 無氧呼吸

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

1教材分析

“探究酵母菌細胞呼吸方式”選自人教版高中生教科書《必修1·分子與細胞》第五章第三節的第一課時，是培養學生生物核心素養的良好素材。該部分從物質與能量的視角，探索呼吸作用的過程，闡明細胞生命活動過程中貫穿著物質與能量的變化，體現了新課程標準的生命觀念、科學思維、科學探究的學科核心素養。學生通過此探究性實驗學習活動，能加深對細胞呼吸科學概念的理解，提升應用知識的能力，進而能用科學知識和科學方法解決現實生活中的實際問題。

2學情分析

奧蘇伯爾曾說“影響學習唯一的重要因素是學習者已經知道了什么”。學生通過初中的學習對酵母菌細胞呼吸的產物和能量已有所了解，但是對于酵母菌在不同條件下產生CO₂的多少和產生酒精的條件還處于未知的好奇狀態。所以，本節課通過實物的直觀演示，創設情境激發學生的探究興趣。

3教學目標

（1）通過探究酵母菌細胞呼吸的方式闡明細胞呼吸的概念、類型；說出有氧呼吸和無氧呼吸的發生條件和生成產物。

（2）初步掌握探究實驗的一般方法，學會控制變量和設計對比實驗；嘗試對實驗結果進行分析，并對實驗方案進行改進。

（3）通過科學探究，增強小組合作意識，逐步形成勇于創新的科學精神，進一步樹立實事求是的科學態度。

4教學重點和難點

（1）教學重點：分別探究酵母菌在有氧和無氧條件下細胞呼吸的產物；設計并實施實驗方案。

（2）教學難點：設計并實施可行的實驗方案。

5教學過程

5.1教師創設情境，學生提出問題、作出假設

首先，學生通過觀察教師的演示，感受注射器插入醫用玻璃瓶中活塞發生的神奇變化。接著，教師播放了生物實驗的視頻。該視頻的主要內容為：某生物興趣小組成員在A瓶放入50 mL酵母菌、葡萄糖溶液接觸O₂插上注射器，8min后活塞移動16mL；在B瓶放入等量的酵母菌、葡萄糖溶液滴加石蠟油隔絕空氣插上注射器，8 min后活塞移動4mL；在C瓶放入等量的加熱煮沸的酵母菌、葡萄糖溶液，8min后活塞不移動，一段時間后B瓶中有明顯的酒味。學生觀看完視頻后，提出質疑：在不同條件下產生的氣體一樣多嗎？什么條件下產生酒精？這樣從而奠定學生思維的起點。接著，教師引導學生嘗試作出大膽的假設。

5.2小組合作設計實驗方案并連接裝置

設計實驗方案是整個實驗最關鍵的環節，合理的實驗方案才能檢驗假設的正確與否。教師通過引導學生小組討論實驗變量等方式，讓學生自主歸納出實驗的設計思路，小組內達成共識后派代表交流。接著，教師給學生提供實驗試劑和創新材料。實驗試劑（有氧條件）：質量分數為10%的NaOH溶液、H₂O₂溶液、FeCl₃溶液、注射器注空氣、增氧泵；實驗試劑（無氧條件）：石蠟油、注射器抽真空。創新材料1：醫用玻璃瓶、注射器、針頭-橡膠管-針頭（口服液吸管）、針頭-橡膠管-無膠頭滴管；創新材料2：注射器、輸液管、止水夾。每個小組派代表根據之前討論出的實驗思路，選擇實驗材料，并設計具體的實驗方案，完成實驗裝置的連接。在這個過程中，教師用手機拍照，記錄學生正確的或錯誤的裝置連接方式，用于后續的交流展示。學生通過對裝置連接方式的討論與思考，加深對實驗原理的理解，提高實驗操作的科學性和嚴謹性，提高課堂學習效果。

5.3課堂匯報、師生評價、交流討論

小組代表分享展示連接裝置（圖1），師生共評，生生互評。教師利用生成資源，捕捉教學時機，挖據思維深度，孕育智慧課堂。例如在醫用玻璃瓶材料這組用澄清石灰水檢測CO₂時，學生提到可以進一步完善裝置避免空氣中CO₂對實驗結果的干擾。

5.4小組合作實施方案并改進完善

小組代表自由選擇檢測試劑進行操作，每組派代表分享實驗結果和結論，完成表1的填寫。

5.5匯報實驗結果，得出結論，構建概念

為了動態生成教學，教師特別要注意學生在交流展示中的錯誤。例如，在學生匯報酒精檢測有氧條件和無氧條件都呈灰綠色時，教師可以引導學生分析原因：（1）有氧條件通氣不足，可能有部分酵母菌在無氧條件下產生了酒精；（2）葡萄糖也可使橙色的重鉻酸鉀溶液變成灰綠色，要通氣時間足夠長，將葡萄糖消耗掉；（3）市售的活性干酵母粉里的食品添加劑也會使橙色重鉻酸鉀變成灰綠色，可選擇純酵母菌菌種做為實驗菌種來源。筆者鼓勵學生課后對完善后的方案進行再探究。學生在實驗過程中產生的“錯誤”可作為進一步思考和探究的新問題。學生通過探究酵母菌在不同條件下細胞呼吸的產物，最終合理地構建出細胞呼吸的概念。

5.6課外拓展探究，定量研究

新課程標準提出在重視定性實驗的同時，也應重視定量實驗，讓學生在量的變化中了解事物的本質。本節課教學中，教師精心設計的題，激發學生主動學習。學生能自主設計出用于定量測定的實驗組，并確定了兩種比值。比值1：酵母菌有氧呼吸消耗O₂與生成CO₂的體積比；比值2：酵母菌消耗等量的葡萄糖，有氧呼吸CO₂與無氧呼吸CO₂的體積比。最終學生通過一系列的實驗得出比值1為1：1，比值2為2.5：1～5：1。學生發現比值2的實際比值與其理論比值3：1間有差距。這個誤差給教師的教學提供了很好的契機。教師可以引導學生探究誤差產生的原因，以規范學生的實驗思路，為學生的自主探究積累經驗。同時，類似的實驗教學也可以促進學生記錄、整理、分析實驗數據，定量表述實驗結果等科學探究能力的發展與提升。

6實驗創新及反思

（1）簡化實驗裝置，操作流程，與教材裝置所需8～10 h完成實驗相比，本改進實驗可在一個課時內完成，時間短。

（2）激發學生自主設計興趣，學生自由選擇多樣化的試劑、材料。

（3）低成本、低消耗、定量測定細胞呼吸產物，科學嚴謹。

（4）對教材現有實驗進行改進和補充。

縱觀整個實驗，在質疑中孕育問題，問題引導探究，探究依賴創造。本節是將學生能力的形成作為教學設計的核心和目標，將知識的獲取作為能力形成的載體，努力使探究教學從體驗走向創新，從知識走向能力，最終指向學生的發展。