確定核心概念，重視實驗探究

劉曉文

摘 要 截取不同教師對“酵母細胞的固定化”的課堂教學片段，思考高中實驗教學中，如何確定核心概念、有效組織教學、優化實驗條件、分析實驗結果，從而達到規范學生實驗操作、培養學生探究能力和科學素養等的目的。

關鍵詞 核心概念 實驗條件 有效組織

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

作為蘇州市高中優質課評比的課題之一，“酵母細胞的固定化”是人教版選修1課題4“酶的研究與應用”中的內容，是一節實驗課。當前，實驗教學仍然是高中生物教學的“短板”，“做實驗不如講實驗，講實驗不如背實驗”的現象依然存在。其原因是多方面的，有客觀原因，如實驗室條件有限、生物課時有限、實驗結果的不確定等；也有教師主觀原因，如不愿花費大量的時間準備材料藥品試劑，不重視學生的實驗體驗，不重視學生探究能力和科學素養的培養等。然而，近兩年的江蘇高考對實驗的考查不再局限于課本知識的記憶和理解，而是側重于對實驗器具的使用問題、對實驗操作的規范性問題、對實驗現象的細節問題、對學生探究能力和實驗設計能力等的考核。這就要求實驗課堂必須從教室走向實驗室；學生必須進入實驗室親自動手做做教材中的實驗；探究活動不再只局限于課本要求的探究實驗，而是要走向常態化。帶著對高中生物實驗教學的思索，筆者有幸聽取了不同教師對“酵母細胞的固定化”這節實驗課的不同設計和展示。下面以此課題為例，談談筆者對本課題的設計和實驗教學的幾點思考。

1 確定核心概念

片斷：教師自帶一瓶水精靈，簡單介紹水精靈及制作方法。教師設問：能否采用水精靈的制作方法來固定化酵母呢？以此引入課題。接下來以“細胞的固定化技術”為核心概念，構建概念圖，具體內容包括細胞固定化技術的原理、方法、應用、實例、優勢、不足以及發展前景，重點是以酵母細胞固定化為例，介紹其制作流程。

當然，本課題的重點內容是制備固定化酵母細胞，那“固定化細胞”是否就是核心概念呢？對課題背景進行分析，背景簡單介紹了從酶到固定化酶、再到固定化細胞的發展過程。結合專題4“酶的研究與應用”的內容安排，不難發現教材是在引導學生比較酶制劑（加酶洗衣粉）、固定化酶、固定化細胞的優缺點，從而理解要使用固定化技術的原因。因此，筆者認為這節課的核心概念應該是“固定化”，而不是“固定化細胞”。教學主線應該圍繞核心詞匯“固定化”展開。什么是固定化技術？為什么采用固定化技術？如何制備固定化酵母細胞？實質上就是回答“是什么（what）”“為什么（why）”以及“怎么樣（how）”的問題。該節課的教學主線如圖1所示。

教師的教學主線反映到課堂教學，幫助學生建構的概念圖（圖2）。

教師根據圖1的教學思路，采用概念圖的形式，在教學過程中逐步在黑板上展示從酶到固定化酶、到固定化細胞的發展過程。概念圖可以直觀地表達知識結構，呈現知識的聯系，幫助學生逐步理解和內化教材內容，引導學生體驗科學技術的發展是不斷地提出問題和解決問題的動態過程。

2 有效組織教學

片段：教師為了節約時間，沒有詳細講解實驗步驟和注意事項，而是制作學案，提煉教材中“實驗操作”的關鍵詞，安排學生通過完成學案和自學教材熟悉實驗流程。接下來，學生直接進行實驗操作。由于學生自學能力有限，部分學生進入實驗室十分好奇，根本不愿認真自學教材內容，故學生操作時出現各種錯誤，如活化好的酵母細胞直接加入到配置好的CaCl2溶液中；水浴鍋加熱海藻酸鈉溶液時不用玻璃棒攪拌等。

實驗教學中一個不可避免的問題就是時間的安排。以本節課為例，在1課時的時間內，完成多重任務。任務一：依照教學主線，幫助學生建構完整的概念圖，完成教學內容。任務二：講述實驗器具、實驗步驟等實驗理論知識和實驗中的注意事項等。任務三：學生要有足夠的時間動手操作。任務四：實驗結束后的結果展示、原因分析、表達交流、提出進一步探究的課題。因此，實驗課教學中常常出現教學主線不完整、實驗理論知識少講或只看不講、學生實驗操作時間過短、來不及分析實驗結果等現象。這就需要教師在教學設計時下功夫，一方面要做好預實驗和準備工作，記錄實驗所需要的時間、有可能遇到的問題等，對實驗流程和實驗中可能出現的現象做到心中有數。實驗所需的一些溶液可在課前配置好并貼上標簽，如本實驗中酵母細胞可提前活化、0.05 mol/L的CaCl2溶液課前配好、0.7 g海藻酸鈉課前稱取、水浴鍋提前加熱等。另一方面合理安排時間，有效組織教學。如利用課間3 min，完成學生分組、實驗安全教育或學案、教材知識的簡單預習；教學內容講解做到詳略得當，如有關酶制劑和固定化酶略講，固定化細胞詳講；實驗理論知識要著重講，要讓學生知道每一步驟應該做什么，怎樣規范操作，注意事項有哪些。課堂時間有限，教師與其發現學生在實驗操作中的問題不斷糾正，不如詳細講解實驗步驟，嚴格要求學生按照正確步驟規范操作。這樣既提高學生的動手操作能力，又提高實驗的成功率，使學生體驗到做實驗的成就感和樂趣。教師在實驗教學中，要注重時間的分配，一般學生動手操作的時間在15～20 min，實驗結束后要有5～10 min的時間進行實驗的結果展示、原因分析、表達交流、提出進一步探究的課題。

3 優化實驗條件

片段：教師甲把全班學生分為兩大組，第一大組稱取0.7 g海藻酸鈉，放入50 mL小燒杯中，加入10 mL水；第二大組稱取0.4 g海藻酸鈉，放入50 mL小燒杯中，加入10 mL水。結果發現第二大組制作的凝膠珠效果較好。教師乙把全班學生分為兩大組，一大組使用酒精燈加熱，一大組使用恒溫水浴鍋90℃水浴加熱，結果表明兩者幾乎無差。教師丙設置一系列不同濃度的海藻酸鈉，小組合作探究本實驗中海藻酸鈉的適宜濃度。

實驗中關鍵的一步是配置海藻酸鈉溶液。針對教材提供的海藻酸鈉溶液濃度，有人提出質疑，認為0.7 g海藻酸鈉中加入25～30 mL水最適宜。也有人探究發現，不同廠家生產的海藻酸鈉試劑加水的量不一樣。“盡信書不如無書”。在實驗教學中，由于各地的溫度、濕度等氣候條件不一樣，購買的藥品試劑生產廠家不一樣，各個實驗室的具體情況不同，就有可能導致按照教材提供的方法得出的實驗結果有差異。因此，教師在教學中不能僅僅局限于教材提供的條件，更要在依據教科書基本實驗原理的基礎上，從實驗材料、方法、試劑等方面進行更多的嘗試，讓課堂的探究活動更加多元。如可以通過全班合作的形式來探究不同的加熱溫度、不同的海藻酸鈉濃度對實驗結果的影響。除此之外，還可以引導學生探究不同CaCl2溶液濃度、不同注射高度等對酵母細胞固定化的影響。

4 分析實驗結果

片段：學生動手操作，得到的固定化酵母有圓形、小蝌蚪形、面條形等。有的教師只展示學生的實驗結果，而沒有進行結果分析；有的教師在引導學生分析原因時，基本上就是從海藻酸鈉濃度、注射的速度、注射的高度三個方面考慮；有的教師分析了原因，但沒有給出具體的解決措施或者引領學生探尋進一步可探究的課題。

觀摩實驗課教學，發現部分教師只重視學生的實驗結果，不重視實驗結果的分析；只注重學生實驗成功的興奮體驗，不重視如何引導學生從實驗失敗中分析原因；實驗分析流于形式，局限于教材、教參等所總結的可能的原因，而沒有從學生實際操作、學生的思維角度等尋找原因。如學生能夠理解注射的速度會影響實驗效果，但是最合適的速度是多少？速度快，凝膠珠會變成面條形，速度稍慢，又會拖出尾巴，實際操作中難以把握。找到了原因，但沒有參照和標準，學生重復做實驗，也難以成功。教師如果在此基礎上引導學生思考：是否能制作勻速滴加裝置，通過控制速度來制備理想的凝膠珠？教師展示裝置圖或引導學生進一步思考探究，則更利于促進學生思維的深層發展和發散。

再如實驗結束之后，是讓學生把自己制備好的凝膠珠丟棄廢物桶，還是收集到裝有葡萄糖的飲料瓶里，課下觀察比較固定化酵母和干酵母酒精發酵的區別？顯然，后者更具有探究意義。

目前，生物實驗教學依然任重而道遠。教師應重視學生的實驗體驗，以培養學生的探究能力和科學素養為己任，充分準備實驗，精心做好教學設計，有效組織教學，從而扎實推進實驗教學的開展。

參考文獻：

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