基于問題解決的實驗創新設計

劉海霞

摘要利用自制教具、顯微鏡手機支架、同頻技術、多媒體等多種教育技術與教學手段，通過學生小組合作，探究植物葉氣孔的結構與分布，激發學生的學習興趣。

關鍵詞自制教具 植物葉氣孔 問題解決 實驗創新

1教材分析

“植物的蒸騰作用”是蘇科版教材第十八章第一節中的內容。結合新課程標準，這部分的學習目標為描述綠色植物的蒸騰作用。根據學生現有的認知水平和學習經驗，筆者認為理解蒸騰作用的關鍵是對氣孔的觀察以及對氣孔開閉原理的理解。所以，在學生已經知道水分從植物氣孔散發出去的基礎上，筆者這樣設計這一課：以實驗為載體，即通過觀察菠菜葉下表皮氣孔的實驗，讓學生掌握臨時裝片的制作及顯微鏡觀察的基本技能；借助自制教具，幫助學生理解氣孔開閉的原理。通過觀察不同植物葉氣孔，進一步探究氣孔的分布特點。

2教學目標

描述氣孔的組成及開閉原理；學會制作觀察臨時裝片，提高實驗操作技能及分析與綜合的能力；形成保護植物的意識，激發樂于探索生命奧秘的興趣。

3教學重、難點

制作并觀察葉表皮的臨時裝片；描述氣孔的組成及開閉原理。

4教學過程

4.1創設生活情境，導入新課

教師展示菠菜實物，并播PPT，呈現問題：

①從超市買回的菠菜放久了，塑料袋內壁上出現了許多小水珠。這些小水珠從何而來？

②植物為什么能散發出水分？

設計意圖：把學生熟視無睹的生活現象轉化為生物問題，有利于指導學生用心從日常生活出發去發現問題，解決問題，并達到激趣、激疑、探究之效果。

4.2觀察菠菜葉下表皮氣孔

教師播放PPT，通過幾張圖片向學生簡要介紹制作菠菜葉葉表皮氣孔臨時裝片的過程，并適時強調制作過程中的一些注意點。學生四人一組，以活動單為指導，完成臨時裝片的制作。用低倍鏡觀察葉表皮，并用手機拍攝。學生挑選組內最佳實驗圖片進行繪圖。

設計意圖：由于條件的限制，許多學校目前還沒有數碼顯微鏡。但是，在這個數字化時代，教師通過改進觀察的工具，使用顯微鏡手機支架將手機固定在目鏡上，讓學生也可以截取到觀察的最原始畫面，更加直觀地感受表皮氣孔，并在此基礎上進行分析。同時，利用同頻技術，又可將手機中拍攝到的圖像傳送至多媒體，進行全班的展示與交流，方便快捷。

實驗結果展示：

（1）第1組實驗結果：部分組員在蓋蓋玻片和材料展平的操作上還存在問題，導致裝片中留下氣泡，表皮重疊。后來他們挑選組內較清晰的圖片完成了繪圖。

（2）第4組實驗結果：該組實驗結果與眾不同，他們裝片的氣孔是關閉的。教師引導學生探討原因，學生發現氣孔的關閉與實驗材料的萎蔫有關。

設計意圖：課堂教學需要以建構主義為旨向，學習是引導學生主動建構的活動。學生展示實驗結果時，除了存在常規的氣孔開放的情況，也存在少數氣孔關閉的情況。教師要找準學生的薄弱點對癥下藥，讓其成為學生思維的生長點、知識的突破點、能力的提升點。同時，這樣安排使得展示的實驗結果更全面，也有利于引導學生積極地思考，并很好地過渡到下一個活動環節。

4.3觀察氣孔的開閉

教師提出問題：為什么萎蔫葉片上的氣孔是關閉的？氣孔的開閉有何原理？

教師利用自制教具（圖1），模擬氣孔開閉的動態過程。將此裝置倒立，氣孔打開，將裝置正立，氣孔關閉。學生觀察模擬實驗，理解氣孔開閉的原理。

設計意圖：氣孔的開閉是在顯微狀態下進行的，學生觀察起來比較困難，而且耗時。現有的模型只能幫助學生了解保衛細胞的結構特點，但不能讓學生對不同條件下氣孔的開閉有直觀的理解，因此筆者進行了改進，設計了如圖1所示的教具。采用灌水的方法代替吹氣，防止氣球的炸裂。用安全套代替普通氣球，它材質薄，易伸展，粘貼膠帶也不易脫落。用醫用的鹽水瓶代替普通塑料瓶，彈性更好，有利于水的回流。用筷子和透明打包盒支撐整個裝置。此裝置操作起來簡便，模擬的氣孔形象而生動，有利于學生更好地理解氣孔開閉的原理。

教師提出問題：在真實的觀察時，可以采取什么樣的方法讓菠菜葉氣孔迅速關閉？

學生聯系到以往所學細胞吸水失水的原理，想到在臨時裝片上加濃鹽水的方法，讓菠菜葉氣孔關閉。同時，教師播放一段學生記錄下來的氣孔關閉的視頻。

設計意圖：知識不是客觀世界的映像，而是個體經驗的生成。本活動是對學生觀察氣孔開閉模擬實驗的補充，使學生對于氣孔的開閉有更真實的體驗，同時也激發了學生利用所學知識來解決問題，學為所用。

4.4探究不同植物葉氣孔的分布特點

教師提出問題：我們認識了氣孔的結構，那么，不同植物葉氣孔的分布有何特點？

教師指導學生根據幻燈片上相關的植物圖片資料以及活動單上的知識鏈接與表格，完成探究活動，并指導學生使用常規方法以及指甲油涂抹撕取法來制作葉表皮臨時裝片。

設計意圖：“探究活動中”拓展了臨時裝片的制作方法，除了使用常規的制作方法，還使用了指甲油涂抹撕取法來制作葉表皮臨時裝片。這一方法主要是針對葉表皮難以撕取的植物，如羅漢松、酢醬草。其具體的操作步驟如下：取植物葉片，將無色透明的指甲油均勻涂抹于取材部位上，使其自然晾干3～8 min左右，用鑷子撕下已干的指甲油涂抹層，將其展在水滴中，蓋上蓋玻片，即完成制作。這種方法是使用指甲油將葉表面氣孔的凹凸不平拓印下來，而不必再撕取葉表皮。使用這一方法也能清晰地記錄出氣孔的形狀。

探究成果展示：

（1）第二組學生分別對三種植物的葉上下表皮氣孔進行了對比。他們的結論是植物的下表皮氣孔多于上表皮氣孔。不過，他們后來發現，這一結論過于絕對，只能說絕大部分的植物是這樣。

（2）第五組學生對比了水鱉和睡蓮的上下表皮氣孔。他們的結論是浮水植物下表皮沒有氣孔，氣孔分布在上表皮。

設計意圖：注重知識形成，讓學生在探究中學習；凸顯合作共享，讓學生在碰撞中提升。學生通過閱讀相關圖文資料，從中提取有用信息，從而確定探究課題，設計實驗方案，并通過小組合作完成探究活動。這一活動的設計具有很大的開放性，學生可以自主挑選感興趣的實驗材料以及實驗課題進行探究，有利于調動學生的探究熱情，培養學生自主探究的能力。另外，此探究活動的正常開展需要以學生擁有較強的實驗操作能力為基礎。所以，筆者將此探究活動安排在觀察菠菜葉氣孔實驗之后，旨在以觀察菠菜葉氣孔的實驗作為基礎，并在此基礎上作進一步的拓展延伸。

4.5總結升華，拓展提升

教師引導學生思考以上實驗結論，總結得出：植物葉氣孔的分布特征與其生長環境是相適應的，生物體的結構與功能是相適應的。

教師結束語：氣孔雖小，作用卻大！植物通過它散發水分，讓人們生活的環境變得更加舒適宜人。但移栽植物時，要適當地減少水分從氣孔的蒸發，以保護植物。

設計意圖：植物散發水分，讓人們的生活環境更舒適，滲透愛護植物、保護環境的教育理念，增強學生的社會責任感。

5教學反思

本課的教學以提高學生生物核心素養作為根本任務，并體現了以學生活動為主體的教學思路。以下是筆者的幾點反思：

（1）本課的導入為學生創設生活情境，這一內容設置，不僅體現了“真實世界問題解決”的設計理念，還有利于指導學生從日常生活的情境中發現問題，并基于問題的解決，開展一系列的實驗探究。

（2）本課在實驗方法上進行了一系列的改進與創新：使用指甲油涂抹撕取法來拓展臨時裝片的制作方法解決了部分實驗材料表皮難以撕取的問題；利用顯微鏡手機支架和同頻技術連接顯微鏡、手機及多媒體，改進了觀察的工具，使得學生更方便地分析、處理并展示實驗的結果；利用生活中常見材料自制氣孔開閉的模擬教具，讓學生更形象地理解氣孔開閉的原理。通過以上實驗方法的改進，本課的教學效果得到了提升。

（3）本實驗設計以觀察菠菜葉表皮氣孔作為基礎，旨在提升學生制作臨時裝片的基本技能，并讓學生對氣孔有初步的認識。其后安排學生觀察氣孔的關閉，使學生進一步了解氣孔開閉的原理。掌握了一定的知識原理與方法技能，學生再進一步探究不同植物葉氣孔的分布特點。這樣的活動安排由易到難，由淺入深，符合學生的認知規律。在整個教學過程中，學生自主合作探究的教學理念始終貫穿其中，充分體現了《義務教育生物學課程標準》的思想。