例談高中起始年級生物學探究活動的有效設計

榮 瑩

(江蘇省無錫市第一女子中學 214002)

高中起始年級的學生，來自不同的初級中學，實驗經驗有差異，要組織一次有效的探究活動，必須經過教師的精心“設計”。教師在設計探究活動時須把握參與度。參與過度，則不是真正意義上的“學生探究”，參與不夠，則學生可能連“提出問題”都做不好，更不用談實驗設計、實施、反饋等。因此，在“度”的把握上要做到既給學生留有探究空間，又讓學生明確實驗主線很不易。筆者就高中起始年級如何設計課堂內探究性活動談兩點建議：

1 基礎篇: 因時因材縮放實驗范圍

教師可以根據預期教學目標及學生的先行知識重新整合設計教學內容。對于起始年級的學生，適當縮小實驗設計的范圍，以防止學生對過度開放的課題產生“恐懼感”。同時，去掉不必要的細枝末節，使學生的設計“主干”更加清晰，在“主干”清晰的基礎上，引導學生逐步放大實驗范圍，打破學生的思維定勢。例如，對“植物細胞的吸水和失水”實驗，選擇哪種植物細胞，以及哪種外界溶液都會對實驗結果產生影響，對于初次體驗實驗設計的學生而言，要同時考慮這么多問題，會覺得茫然，也會打擊學生實驗設計的信心。可進行如下設計：

1.1 “縮小”實驗范圍 教師在教學設計中，可先縮小實驗范圍：規定實驗材料為紫色洋蔥鱗片葉表皮細胞，外界溶液為0.3 g/mL的蔗糖溶液。這種“限制”讓學生在實驗設計時能更多地關注投入實驗設計及優化中。因此，在該階段，學生可集中精力將植物細胞和滲透裝置進行類比，分析并假設植物細胞中結構與滲透裝置中結構的一一對應關系，亦可在此基礎上，運用紫色洋蔥鱗片葉表皮細胞和0.3 g/mL的蔗糖溶液設計實驗驗證假設。

1.2 “擴大”實驗外延 當學生對上述實驗充分體驗后，教師可順勢擴展實驗。如設問“實驗材料的改變是否會影響實驗現象？”引導學生在分析回答上述問題過程中，總結細胞能進行質壁分離的條件及作用實驗材料的優缺點。例如，洋蔥鱗片葉內表皮細胞與外表皮細胞相比，優點在于取材簡便，缺點在于液泡顏色淺，實驗現象不明顯。但是，若采取適當措施彌補缺點，則鱗片葉內表皮細胞是最理想的實驗材料。接著設問：外界溶液只能選用蔗糖溶液嗎？濃度只能為0.3 g/mL嗎？可否改為0.5 g/mL的蔗糖溶液或濃度為0.01 g/mL的蔗糖溶液以及KNO3溶液？同時能否設計實驗探究洋蔥鱗片葉內表皮細胞的細胞液濃度？教材的“相關信息”中提示“細胞壁是全透性的”，如何設計實驗驗證這一信息？一系列的問題串使實驗設計的范圍不斷擴大，探究的問題不斷深入，有些問題的設計可延伸到課堂外。

2 提升篇: 合理轉換實驗類型，重視實驗思路

不同類型的實驗在教學設計中承擔不同的教學任務；演示實驗可在短時間內讓學生了解實驗過程和結果；驗證性實驗可讓學生自主體驗實驗方法，認同實驗結果；探究性實驗則更注重實驗過程。在教學設計中，不同類型實驗的合理轉換，可使教學活動呈現新生命力。例如，“螢火蟲發光實驗”驗證了螢火蟲發光所需能量直接來自于ATP，而不是葡萄糖，教師在教學過程中對該實驗可重新進行設計：

2.1 實驗導入(問題串) 日常生活與能量息息相關，如家用電器需電能才能正常運轉，電的產生途徑有哪些？水、煤、石油等均蘊含著豐富的能量，它們能否直接給家用電器提供能量？若不能，它們的能量要怎樣才能被電器所利用？在生物界，生物體進行各項生命活動都需要能量，生物體內哪些物質可以為這些活動提供能量呢？糖類和脂肪能否為生命活動直接提供能量呢？由此導出探究話題“生物體的生命活動所需能量是何物質直接提供的”，從驗證實驗轉變為探究實驗，學生不再僅被動地驗證前人的實驗結論，而是將實驗目的轉化為自身內需，激發學生學習動力。

2.2 提出問題、設計實驗 上述課題范圍較大，教師可確定子課題“螢火蟲發光所需能量是何物質直接提供的”如下。

背景資料：取若干只螢火蟲的發光器，干燥后研磨成粉末，放入一試管后，加水使之混合(螢火蟲發光部位提取液)，可見試管內有淡黃色熒光出現，約15 min后熒光消失。

實驗材料：螢火蟲發光部位提取液、葡萄糖溶液、脂肪溶液、蒸餾水、ATP溶液、大小相同的試管若干、標簽紙若干等其他實驗所需材料。

實驗假設與實驗設計：根據上述資料及實驗材料，提出實驗假設及設計實驗過程。

意圖：教師確定子課題，縮小實驗范圍，明確實驗的目的，降低假設難度。同時通過介紹背景資料及提供實驗材料，為實驗設計搭建腳手架，引導學生自主設計實驗，突出實驗設計探究的核心。

2.3 實驗現象、結論及追問 學生對實驗現象的分析不難獲得結論，教師可追問：“該實驗是否可證明ATP是一切生物生命活動的直接能量來源？”

通過提問的形式，讓學生深思“生物體的生命活動所需能量是何物質直接提供的？”及“螢火蟲發光所需能量是何物質直接提供的？”兩課題間的差異，提示學生不能隨意擴大實驗外延，培養學生嚴謹的科學態度，提升科學素養。