例談生物學科教室的實驗探究功能

王景花

摘 要 通過在生物學科教室中的課堂案例展示學科教室的獨特功能，以三個變量的控制為線索對比學科教室和普通生物實驗室的區別。

關鍵詞 生物學科教室 實驗探究變量控制 課例

1 生物學科教室

學科教室是根據學科的特性和學生認知的規律，將傳統的教師辦公室、教室、實驗室、實驗準備室、圖書館等場館的功能進行融合，集學科文化、學科教學（理論教學與實驗教學）、學科研究、成果展示交流等功能為一體的綜合性教室。學科教室改變了原來學生在一個教室里固定不動，教師到各個班級的教室授課的歷史，它不是簡單的功能整合，而是一種全新的教學改革與嘗試，顛覆了人們對傳統教室的認識與感知，引導教師展開全新的教學模式，開啟學生全新的學習體驗，具有更豐富的功能。學生將不再是傳統教室中被動學習的個體，而成為走進學科教室主動學習的個體;教師的教學也將由傳統教學的講授者，轉變成為充分開發學科教室功能、最大限度啟發學生興趣、引導學生學習的指引者。在學科教室中，教師和學生都將直接感受到由各學科帶來的感官沖擊，真實地享受學科樂趣，教師與學生也將從簡單的“教”與“學”的關系轉變為共同探索學科奧秘的同行者，亦師亦友。

2 生物學科教室的實驗探究功能

生物學是一門以實驗為主的研究生命現象和生命活動規律的科學，《普通高中生物學課程標準（2017年版））》在教學建議中指出：組織以探究為特點的主動學習是落實生物學學科核心素養的關鍵。而基于生物學科教室的探究教學，可以為學生提供充足的探究內容，為教師提供更豐富的組織探究課堂活動的載體。例如實驗器材、模型、圖書就在師生觸手可及的地方，墻壁、桌椅、窗簾、窗臺、櫥柜都具有展示和交流的功能，從而營造濃厚的學科探究氛圍。學生自走進生物學科教室的一刻，就進入生物學習情境，自覺主動地參與學習過程，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據、檢驗假說、發現規律等過程中習得知識，掌握技能，養成科學的思維習慣，形成積極的情感態度價值觀，發展終身學習的能力，這是在普通實驗室無法做到的。

3 以“探究光合作用需要二氧化碳”一課為例談生物學科教室的實驗探究功能

3.1 選擇控制自變量

該實驗的自變量是有無二氧化碳，用什么方法來控制？很多教師一般直接交代并要求學生按步驟操作控制。但是在生物學科教室中，學生在分小組討論后，到課桌下邊的壁櫥里尋找所需實驗材料并配制成一定濃度去進行探究。在學生尋找材料設計實驗的交流中，有小組同學之間的思維碰撞、有小組同學之間的分工協作、有小組同學之間的爭論雄辯、有小組間不斷推翻重建方案的反復和堅定。

利用學科教室提供的資源，大多小組將對照實驗設計成：用二個等體積的大塑料燒杯或容器底朝上平放作為培養植物的密閉空間，在其中一個燒杯中放一個小燒杯里面加入5 mL一定濃度的氫氧化鈉溶液，在另一個燒杯中放也放一個小燒杯里面加入等量的水，以控制好自變量二氧化碳。因該實驗只是定性實驗，所以自變量無需量化控制一定的梯度。若少數小組用碳酸氫鈉作為控制變量的物質時，教師應作出解釋和分析。

在生物學科教室里完成實驗自變量控制的過程中有更多讓學生體驗錯誤、尋找正確的機會，讓學生理解科學真理的獲得不是一蹴而就而是一個漫漫探索不斷推翻重建的過程。這樣有利于培養學生的科學態度和社會責任。

3.2 合法檢測因變量

該實驗的因變量是氧氣的釋放或淀粉的積累量。怎樣以可行的方法來檢測該變量？教師一般會直接告訴學生檢測方法并準備好材料和方法，或者僅課堂演示而已。在生物學科教室，教師則要求小組部分學生從學科教室墻壁的書柜中尋找關于光合作用的探究歷程的科學史進行閱讀，部分學生從教室的電腦中查閱相關資料，尋找科學家們是怎樣將看不到的光合作用過程用肉眼可見的方法檢測出來的。

利用學科教室提供的資源，小組成員有目的地閱讀查找科學探究史，有的學生與科學家的看法一致，也有的不同。各小組在爭辯并實際操作新的方法后，會發現有的方法可行，有的方法不合理。利用學科教室資源，有小組創新地將實驗設計成：用一根吸管一端連著注射器另一端插入塑料杯內，插口處用膠水密封。根據注射器內刻度的變化求出光合作用氧氣的釋放量;個別小組通過設計對植物葉片的脫色和用碘蒸氣處理來觀察葉片中有無淀粉的產生，還有的小組將傳感器應用到檢測變量上，這些方法從理論上來講都是可行的。

在生物學科教室完成實驗因變量的檢測可以幫助學生主動查找，存同求異，另辟蹊徑。這樣可以讓學生在真理的尋找過程中學會借鑒但不隨從不盲目認同，有利于培養學生的求異思維品質。

3.3 平衡消除無關變量

該實驗中所涉及的除二氧化碳之外的可能影響到光合作用的所有因素都是無關變量，需控制在最適宜的條件下以平衡消除其對實驗的干擾。普通的生物實驗室是無法做到的，只能盡量控制定性實驗，而在生物學科教室中因為有更多的選擇和條件可以讓學生不斷重復對比而消除。如實驗中通過對吸管插口處的氣密性、光合作用密封環境的大塑料杯的氣密性和穩定性、光合作用的綠色植物種類、生理狀況的研究等無關變量控制等。各小組自由暢想如何將實驗設計得更為理想，都能游刃有余地重組實驗裝置，得心應手地將設計和組裝合二為一。

利用學科教室提供的資源，經過爭論思辨推翻重建，各小組統一將倒置的大塑料杯放入更大的托盤中，并在托盤中加入一定量的水，以隔絕空氣，防止空氣的干擾，為了防止大塑料杯在水中浮起，在上面的杯底放置幾塊鵝卵石固定以保證其穩定;大塑料杯一側開一個小口用AB膠粘住開口處插入的吸管和針筒，并通過氣泡法進行了氣密性檢測以確保光合作用產生的氧氣來源的可靠性。

在生物學科教室完成實驗無關變量的控制可以設計更多的方案，通過更精密的儀器，進行更完美的實驗操作，讓學生在反復設計和實驗中獲得科學探究思維等核心素養。

3.4 選擇材料是關鍵

光合作用的材料用什么好呢？教科書中說天竺葵是好材料，也有人說薄荷苗也是實驗的好材料。就在學生一籌莫展時，在教師的指引下，學生欣喜地發現在學科教室旁邊的綠植培養坊中有大片的天竺葵和薄荷正在向他們招手呢！學生在將材料進行了一段時間的暗處理后，按照自己的設計成功地將它們轉移到大塑料杯中進行一段時間的適宜光照處理。為了防止實驗組因為光合作用旺盛導致二氧化碳的不足，進而影響到實驗結果也是和實驗組自身前后實驗的對照，教師演示了實驗組在針筒活塞不發生移動之后，又同時向兩組大塑料杯內通入二氧化碳之后的情形。這樣進一步驗證了光合作用需要二氧化碳的真實性。

利用學科教室資源對1773年英國科學家普利斯特利的著名實驗進行再探究能使學生了解實驗設計的基本方法和步驟;對其進行改進能培養學生的實驗設計自信和科學思維;對其進行延伸和操作以培養學生科學實驗的行為品質。同時，對學生利用多媒體搜索、鑒別、選擇運用和分享信息，完善實驗操作技能等學科素養的發展也有強大的推動作用。

參考文獻：

李能國，戴舒王月.基于學科教室的生物學課程設計.生物學教學，2016，（9）：13-14.