“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗設計

◆劉峰博

(新疆阿克蘇地區第二中學)

一、教材分析

“探究酵母菌呼吸方式”是新課程人教版高中生物必修第一冊《分子與細胞》中一個經典的開放性實驗。高中生物新課程標準明確提出“要發展學生的科學探究能力”。在教學過程中通過實驗設計探究酵母菌呼吸作用的條件及產物，發展學生的探究能力和鍛煉學生的實驗操作技能。通過對實驗結果的觀察與分析，實驗結論的得出，理解酵母菌呼吸作用的實質，進而提高學生生物科學素養。由于教材初始實驗設計要求:需要間斷通入空氣(約50分鐘)，然后將實驗裝置在25℃ ～35℃環境下培養8～10小時。因此，在實驗耗時、溫度、通氣時間以及實驗的可行性上都存在困難，影響教學實施，不能真正發展學生的探究能力。筆者通過對實驗教學設計的改進，使學生能在引導探究中對實驗條件創設、實驗裝置的不足等可行性方案上進行探討，從而建構探究式實驗模型，從自主探究中延伸探究方向對自己的探究課題進行實施和評價。

二、教學策略

在教學實施中由于受到課堂時間的限制，往往不能兼顧引導式探究和自主式探究。采取課堂引導式探究教學，課下組織小組活動走入實驗室進行自主式探究教學的方法可以有效地發展學生探究能力，提高學生科學素養。在引導式探究教學中由教師引導，先讓學生鞏固探究式實驗的一般步驟再建立模型，對如何控制實驗條件、如何設計對照實驗等基本實驗技能進行訓練，把師生共同探討實驗設計方案，及其方案的科學性、可行性等作為教學重點。在自主式探究教學中教師作為輔助者和組織者可以鼓勵學生從多角度探討實驗，根據自己的想法擬定實驗題目，運用課堂上學習的探究式實驗模型及實驗基本操作技能大膽設計實驗，利用課余活動進入實驗室進行探究過程，得出實驗結論，并予以自我評價和小組互評。

三、三維目標

1．知識目標

舉例說明有氧呼吸和無氧呼吸的條件及產物;理解呼吸作用的本質;掌握探究式實驗的一般模型。

2．能力目標

培養學生探究能力，提高學生合作學習、語言表達以及自主學習的能力。

3．情感目標

通過探討實驗命題、實驗可行性方案、實驗裝置創設等培養學生敢于質疑，勇于創新的科學精神和科學態度，認同科學的價值;通過對呼吸作用本質的理解認識細胞呼吸在生物正常生命活動中的重要性，注重與現實生活的聯系。

四、教學過程

1．引導式探究教學

(1)模型的建立

先由教師提問，學生回顧探究式實驗的一般步驟:提出問題、作出假設、設計方案、進行實驗、記錄結果、交流討論、得出結論，然后按步驟逐步建立探究式實驗模型。

教師可以利用學生感興趣的問題鼓勵引導學生思考討論并提出問題，比如新疆在夏秋季節會有大量的葡萄上市，許多家庭會釀葡萄酒、蒸饃饃等，這些都是學生感興趣的內容。由學生闡述釀酒和蒸饃饃的過程，教師補充和引導學生提出探究問題:酵母菌的呼吸方式是什么?學生分組討論再由各組分派代表對假設進行描述，鍛煉學生語言表達能力。教師最后對各組假設進行歸納總結，也可由學生自行歸納總結(根據學生程度選擇教學)。學生分組討論，選擇實驗材料用具，擬定方法步驟，初步畫出實驗裝置圖。教師可以引導學生發現并改進實驗裝置的不足，對裝置的可行性進行評估。進行實驗，小組分工協作，培養學生的合作精神。學生觀察并記錄結果，各小組交流匯報實驗結果最后由小組代表歸納總結結論:酵母菌在有氧條件下產生大量的CO2，在無氧條件下產生酒精和少量的CO2。在整個過程中引導學生按照科學家的探究實驗步驟進行實驗，最后由學生嘗試建立探究式實驗模型。

(2)模型建立中的問題引導

在引導問題上注意由簡單到復雜:如酒的主要成分是什么?在什么條件下產生?饃饃為什么會比較松軟?酵母菌在有氧和無氧的條件下產物分別是什么?在一些比較復雜的問題上可以設計細化問題進行引導，如實驗裝置的創設中提出:如何控制有氧和無氧的條件?如何對呼吸產物進行檢測?在不同條件下產物量的多少?除課本外有沒有其他檢測辦法?這樣可以幫助學生鍛煉思維能力，逐步加深對實驗問題的理解。實驗基本操作技能上設置問題進行訓練:如教材中實驗裝置是否有不足?如何改進?能否自行設計新裝置?在實驗中對照實驗的設置、單一變量、無關變量的控制都可以設計問題引導:如只設置有氧組實驗裝置進行實驗是否具有說服力?加入無氧組實驗是否可以形成相互對照?如果單獨研究有氧呼吸的產物或無氧呼吸產物如何設置對照組?在這些問題的設置做到循序漸進、層層引導可以有效提高學生的探究能力和生物科學素養。

2．自主式探究教學

在完成對酵母菌細胞呼吸方式的探究后，學生對探究式實驗的一般模型和基本實驗技操作能已經有了進一步的認識和鞏固，教師可以組織課下活動讓學生進入實驗室進行自主式探究。由學生自主擬定探究題目，并按照探究式模型的一般步驟進行實驗。實驗中需要學生有更強的發現問題和解決問題的能力。學生的探究課題往往是全新的，沒有先例可循，就要求學生自己動手查資料、尋信息，對實驗的材料、試劑、器材等進行不斷選擇和更換，不斷探索和更改自己的實驗方法和設計，真正體會探究式實驗的精髓。如學生擬定的“探究影響酵母菌呼吸方式的外界因素”“不同氧氣濃度下酵母菌呼吸的方式”等課題在學生經過十多次的改進實驗后獲得成功，使學生收獲成功的喜悅。讓小組之間進行交流互評，撰寫心得提高學生的語言表述能力和寫作能力。在自主式探究教學中，教師作為輔助者和組織者可以給學生提供一定的幫助，如按學生要求提供必要的實驗材料、器材等，介紹一些安全操作實驗的注意事項，根據學生的情況適當的參與學生的討論并提出建議。這樣的課下活動使學生極大的提高了生物學的學習興趣，提高了實驗基本技能，更大地發揮學生創新能力。

五、教學反思

在引導式探究教學中注重發揮學生的主體作用和教師的主導作用。在探究式模型的構建中，學生經歷了與科學家的科學探究同樣的歷程，包括提出問題、作出假設、設計方案、進行實驗、記錄結果、交流討論、得出結論等，學生在這種多側面的活動中，真正體驗和領悟了科學研究的過程，理解和掌握了科學研究的方法和技能，提高了科學探究能力和生物科學素養。同時，學生在引導式探究活動中須在教師的指導下進行。特別是對剛剛接觸探究活動的學生來說，離不開教師的引導和點撥。在引導式探究教學中教師應在學生探究感到最困難的地方，適時地點撥引導學生，較好地發揮了教師組織者、引導者的作用，提高了探究活動的效果。

在自主式探究教學中，應鼓勵學生大膽發現問題并運用探究實驗模型及基本的實驗操作技能解決問題。新課標提出，倡導探究式學習重在培養學生的創新精神和實踐能力。學生大膽提出探究的新問題并主動的解決問題，敢于創新這正是探究式實驗的目的所在。