淺談設(shè)問在探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用

解耀國

[摘 要]

倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)是《義務(wù)教育普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》確定的四個(gè)課程理念之一。科學(xué)探究作為發(fā)現(xiàn)科學(xué)事實(shí)、揭示科學(xué)規(guī)律的過程和方法，在科學(xué)教育中有重要的意義。設(shè)問是搞好探究式教學(xué)的關(guān)鍵，好的問題能激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的好奇心，活躍學(xué)生的思維，為整堂課的學(xué)習(xí)打下良好的情感和認(rèn)知基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]

高中生物；教學(xué)實(shí)錄；設(shè)問；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；探究

一、教學(xué)思路

“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”包括課程標(biāo)準(zhǔn)中“通過模擬實(shí)驗(yàn)探究膜的透性”和“觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原”兩個(gè)探究。對(duì)前者，用三組模擬實(shí)驗(yàn)兩兩對(duì)比的方法，探究出現(xiàn)“滲透現(xiàn)象”必需的兩個(gè)條件。對(duì)后者，用類比推理的方法：滲透作用裝置有半透膜和濃度差即出現(xiàn)滲透現(xiàn)象；動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)外有濃度差即出現(xiàn)膨脹或皺縮現(xiàn)象，推出動(dòng)物細(xì)胞膜相當(dāng)于半透膜；若植物細(xì)胞內(nèi)外有濃度差即出現(xiàn)質(zhì)壁分離現(xiàn)象，則可推出原生質(zhì)層相當(dāng)于半透膜。

在討論“植物細(xì)胞發(fā)生滲透作用會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象”時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生提出“細(xì)胞壁和原生質(zhì)層的伸縮性一樣嗎”這一探究性問題，和“原生質(zhì)層是否相當(dāng)于半透膜”一起，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)解決。

二、課前準(zhǔn)備

（1）準(zhǔn)備滲透作用實(shí)驗(yàn)器材，指導(dǎo)3名學(xué)生各完成一組實(shí)驗(yàn)。（設(shè)計(jì)3組，第一組有半透膜和濃度差，第二組有紗布和濃度差，第三組有半透膜但兩側(cè)濃度相同）

（2）在小黑板上畫好植物細(xì)胞模式圖，課前5分鐘在黑板上板書3個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。

（其他略）

三、教學(xué)過程

（一）引入

師：我們知道，細(xì)胞膜可控制物質(zhì)進(jìn)出，而水在細(xì)胞的含量最多。我們就先從水開始，討論物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的問題。

師：課前有3名同學(xué)和老師完成了3組實(shí)驗(yàn)，下面請(qǐng)他們來匯報(bào)實(shí)驗(yàn)的操作步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（3位同學(xué)依次上講臺(tái)展示）

師：1號(hào)裝置出現(xiàn)的現(xiàn)象我們稱之為滲透現(xiàn)象。

師：那么，1、2、3號(hào)裝置的結(jié)果為何不同？出現(xiàn)滲透現(xiàn)象需要什么條件？

（小組討論，學(xué)生發(fā)言、總結(jié)。用兩兩對(duì)比的方法學(xué)生很容易得出半透膜、濃度差這兩個(gè)條件）

設(shè)問分析：

此設(shè)問并沒有進(jìn)一步點(diǎn)出1、2裝置的結(jié)果為什么不同，是為了給學(xué)生留有思維的空間，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。

（二）動(dòng)物細(xì)胞的吸水和失水

師：我們學(xué)過用紅細(xì)胞吸水脹破制備細(xì)胞膜，接下來就以紅細(xì)胞為例，先來探討水進(jìn)出動(dòng)物細(xì)胞的問題。

師：請(qǐng)同學(xué)們閱讀課本60頁的圖4-1。

師：哪幅圖最類似第一套裝置？

生：第一幅圖。

師：只有第一幅圖出現(xiàn)滲透現(xiàn)象嗎？

生：還有第二幅圖。

師：這告訴我們，對(duì)于動(dòng)物細(xì)胞，有內(nèi)外濃度差就有滲透現(xiàn)象，而我們知道出現(xiàn)滲透現(xiàn)象除了要有濃度差還必須有半透膜，這說明了什么？

生：它一定有半透膜。

師：哪個(gè)結(jié)構(gòu)相當(dāng)于半透膜？

生：細(xì)胞膜。

師：很好！動(dòng)物細(xì)胞有濃內(nèi)外濃度差就有滲透現(xiàn)象，植物細(xì)胞也是這樣嗎？

設(shè)問分析：

此處從課本給出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果出發(fā)，連續(xù)設(shè)問，可以進(jìn)一步濃厚課堂的探究氛圍。而其中“對(duì)于動(dòng)物細(xì)胞，有內(nèi)外濃度差就有滲透現(xiàn)象，我們知道出現(xiàn)滲透現(xiàn)象除了要有濃度差還必須有半透膜，這說明了什么”是核心問題，因?yàn)闈B透作用及其現(xiàn)象是統(tǒng)領(lǐng)整個(gè)課題內(nèi)容的核心，動(dòng)物細(xì)胞的吸水和失水以及接下來植物細(xì)胞的吸水和失水都應(yīng)緊扣滲透作用的條件來分析。提問的時(shí)機(jī)也恰當(dāng)、自然，因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)做了充分的鋪墊。

（三）植物細(xì)胞的吸水和失水

1.提出第一個(gè)問題并作出假設(shè)

師：這個(gè)問題顯然要考慮植物細(xì)胞與動(dòng)物細(xì)胞結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。

（出示小黑板上的植物細(xì)胞模式圖，學(xué)生觀察）

師：濃度差指外界溶液與細(xì)胞本身溶液的濃度差，動(dòng)物細(xì)胞的溶液指細(xì)胞質(zhì)溶液，植物細(xì)胞的溶液主要指液泡中的細(xì)胞液。

師：外界溶液和細(xì)胞液所隔的結(jié)構(gòu)包括細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和液泡膜，但細(xì)胞壁是全透的，水分子和其他分子都能過，因此，兩者實(shí)際是被細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和液泡膜三者隔開，它們?cè)陲@微鏡下看起來就像一層，取名為原生質(zhì)層。

師：剛才我們已經(jīng)分析了，動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞膜相當(dāng)于半透膜。

（留白一小段時(shí)間）

生：那植物的原生質(zhì)層也應(yīng)該相當(dāng)于半透膜吧？

師：嗯，很好的問題，同學(xué)們覺得相當(dāng)于嗎？動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞膜相當(dāng)于半透膜的分析過程是否能給我們啟發(fā)？

（學(xué)生思考）

生：在有濃度差的情況下，若植物細(xì)胞出現(xiàn)滲透現(xiàn)象，說明原生質(zhì)層相當(dāng)于半透膜，如果不出現(xiàn)，說明不相當(dāng)于。

師：同學(xué)們更認(rèn)可哪種可能？依據(jù)是什么？

生：前一種可能。生活中有一些植物吸水和失水的現(xiàn)象，而植物是由細(xì)胞組成的。另外植物細(xì)胞膜和動(dòng)物細(xì)胞膜都是細(xì)胞膜，應(yīng)該也相當(dāng)于半透膜。

師：很好的一個(gè)假設(shè)。

師：液泡膜和細(xì)胞膜一樣，都屬于生物膜，應(yīng)該也相當(dāng)于半透膜。相當(dāng)于半透膜的細(xì)胞膜和液泡膜所夾的整體結(jié)構(gòu)——原生質(zhì)層也應(yīng)該相當(dāng)于半透膜。

設(shè)問分析：

“原生質(zhì)層相當(dāng)于半透膜嗎”這樣的問題，如果沒有鋪墊的話，學(xué)生是很難提出來的，要給學(xué)生“原生質(zhì)層”的概念（至少是描述），更需要老師營造提問題的氛圍，創(chuàng)設(shè)提問題的情境。學(xué)生的問題提出來后，老師的設(shè)問質(zhì)量直接決定學(xué)生能否作出合理的假設(shè)甚至想到初步的實(shí)驗(yàn)思路。

2.提出第二個(gè)問題并作出假設(shè)

師：那在顯微鏡下依據(jù)什么判斷植物細(xì)胞出現(xiàn)滲透現(xiàn)象呢？

（學(xué)生思考）

師：動(dòng)物細(xì)胞以膨脹或皺縮來判斷，因?yàn)榧?xì)胞膜有伸縮性。植物細(xì)胞能否出現(xiàn)膨脹或皺縮呢？關(guān)鍵看哪個(gè)結(jié)構(gòu)？

生：細(xì)胞壁！

師：細(xì)胞壁也有伸縮性。

生：那就要看細(xì)胞壁和原生質(zhì)層的伸縮性大小了。

師：很好。那兩者伸縮性大小的比較可能有哪些情況？分別出現(xiàn)什么實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢？

學(xué)生討論、教師引導(dǎo)，預(yù)測(cè)三種可能的現(xiàn)象：

①相同：吸水膨脹，失水皺縮。

②細(xì)胞壁更大：吸水膨脹，失水皺縮。

③細(xì)胞壁更小：吸水膨脹，失水皺縮（但原生質(zhì)層和細(xì)胞壁分離）。

師：你更認(rèn)為有哪種可能？理由是什么？

生：第三種。細(xì)胞壁的主要成分是纖維素，它的伸縮性應(yīng)該比生物膜小。

師：嗯，很有道理。

設(shè)問分析：

抓住如何看到滲透現(xiàn)象這一關(guān)鍵設(shè)問，輔之以必要的知識(shí)講述，學(xué)生還是比較容易提出“細(xì)胞壁和原生質(zhì)層的伸縮性哪個(gè)更大”這一問題的。而設(shè)問“兩者伸縮性大小的比較可能有哪些情況、分別出現(xiàn)什么實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象”不僅為作出假設(shè)做了鋪墊，還為接下來的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)觀察做了伏筆。

3.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

師：植物細(xì)胞有內(nèi)外濃度差的情況下，在顯微鏡下應(yīng)該看到第三種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，那么，是提供高濃度的還是低濃度的溶液好？為什么？

（學(xué)生思考）

生：高濃度好。低濃度時(shí)細(xì)胞吸水膨脹，現(xiàn)象不易與另兩種情況區(qū)分。

師：已經(jīng)失水的細(xì)胞再讓它吸水，是不是更有說服力？

生：是的。這相當(dāng)于又觀察了一次滲透現(xiàn)象。

師：我們分析了各種情況，預(yù)測(cè)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，那實(shí)驗(yàn)大體步驟應(yīng)該怎樣？

（小組討論、代表發(fā)言、教師點(diǎn)評(píng)）

設(shè)問分析：

探究過程中，似乎“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案”是最難組織教學(xué)的。但其實(shí)如果設(shè)問恰當(dāng)，并且設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案之前的教學(xué)扎實(shí)有效的話，實(shí)驗(yàn)方案反而會(huì)是水到渠成的。

4.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（略）

5.討論實(shí)驗(yàn)中的問題

各小組匯報(bào)遇到的問題及處理方法，參與討論其他小組的問題，教師對(duì)正確的予以肯定，不足的引導(dǎo)大家討論，需進(jìn)一步探討的用課外時(shí)間完成。

討論的問題比較多，下面是其中一個(gè)問題的課堂研討的實(shí)錄：

某小組匯報(bào)：加蔗糖后觀察發(fā)生質(zhì)壁分離，但準(zhǔn)備滴加清水前觀察發(fā)現(xiàn)已經(jīng)復(fù)原了，為什么？

師：你們小組選用的蔗糖溶液濃度是什么？

生：0.1g/mL。

師：其他同學(xué)能解釋一下嗎？

（學(xué)生思考、討論）

生1：是不是用的洋蔥細(xì)胞是死的？

生2：如果是死的，不會(huì)出現(xiàn)質(zhì)壁分離。

生3：如果是質(zhì)壁分離后死亡，這導(dǎo)致失水死亡的濃度也太低了吧？

生4：就算質(zhì)壁分離后死亡，也不會(huì)在加清水之前復(fù)原。

生5：如果死了，加了清水也不會(huì)復(fù)原的。

師：其他小組都用的是0.3g/mL嗎？

生：我們小組選用了0.5g/mL的蔗糖溶液，結(jié)果質(zhì)壁分離后滴加清水沒觀察到復(fù)原。

師：沒關(guān)系，有問題大家一起解決。根據(jù)這兩組的結(jié)果和幾位同學(xué)的發(fā)言，我們一起來梳理一下：用0.5g/mL的小組，似乎可以考慮此較高濃度下的細(xì)胞已死亡，所以滴加清水也不復(fù)原，用0.1g/mL的小組呢，為什么自動(dòng)復(fù)原了？

生：……

師：蔗糖對(duì)植物細(xì)胞來說，應(yīng)該是一種需要的營養(yǎng)物質(zhì)吧！

師：按照老師的提示，大家再討論一下。

……

設(shè)問分析：

“其他同學(xué)能解釋一下嗎？”這一設(shè)問似乎會(huì)導(dǎo)致學(xué)生思維過于發(fā)散，但這是學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，不宜給學(xué)生提示或限制。另外，老師不能總想著趕在下課前完成上課任務(wù)，要給同學(xué)充裕的時(shí)間討論、交流——其實(shí)學(xué)生討論和交流本身就是重要的上課任務(wù)之一。最后，課后針對(duì)這一假設(shè)還要和該小組同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)證明，雖然費(fèi)精力，但學(xué)生有收獲，內(nèi)心就有成就感。

6.實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯報(bào)（略）

7.得出結(jié)論（略）

（四）物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)钠渌麑?shí)例和本節(jié)課堂練習(xí)（略）

四、教學(xué)反思

如果在實(shí)驗(yàn)之前給同學(xué)們更充足的時(shí)間進(jìn)行交流討論的話，更有利于他們探究能力的提升。實(shí)驗(yàn)的探究性更體現(xiàn)在實(shí)施前思考的創(chuàng)造性上，實(shí)驗(yàn)的實(shí)施不過是對(duì)思考的驗(yàn)證過程。同樣，如果在實(shí)驗(yàn)之后能給同學(xué)們更充足的時(shí)間進(jìn)行交流討論，而不是急于進(jìn)入“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)钠渌麑?shí)例”的話，也更有利于學(xué)生探究能力的提升。所以，如果課時(shí)允許的話，建議這一內(nèi)容用3個(gè)課時(shí)完成，第一課時(shí)完成實(shí)驗(yàn)之前的內(nèi)容，第二課時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行相應(yīng)的討論、匯報(bào)和進(jìn)一步探究，第三課時(shí)進(jìn)行“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)钠渌麑?shí)例”的教學(xué)和課堂練習(xí)。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民教育出版社，2003.

[2]畢詩秀.蔗糖能進(jìn)入植物細(xì)胞的論證[J].生物學(xué)通報(bào)，2008（1）.

[3]劉本舉.“植物細(xì)胞的吸水和失水”實(shí)驗(yàn)的分析與教學(xué)建議[J].生物學(xué)通報(bào)，2013（2）.

（責(zé)任編輯：符 潔）