探究實驗教學設計 落實生物核心素養

摘 要：基于生物學的核心素養，設計了“綠色植物是生物圈中有機物的制造者”（第一課時）的教學。以組織學生開展“綠葉在光下制造有機物”創新實驗的課堂探究活動，學生自主設計對照方案并操作，落實發展“生物核心素養”的要求。

關鍵詞：生物核心素養;教學設計;創新實驗;學生主體

隨著中學素質教育的不斷深入，我國中學生物探究實驗教學也得到了迅猛發展，生物核心素養也提升到一定高度。生物實驗課是探究生物知識的重要途徑，開好生物實驗課可以調動學生學習積極性，激發學生學習興趣，培養學生操作和思維能力，形成實事求是的科學態度和團結協作的精神。實驗教學設計是課堂實驗探究的主要載體，那么如何有效地進行生物探究實驗教學設計，更好地落實生物核心素養呢？

一、 教材吃透，精心設計實驗

想組織好一節生物課堂實驗課，教師必須高度重視，精心準備，認真做好教材分析，把本節實驗課的目的、重難點要吃透，明確設計思路，課前準備好實驗材料等。下面以“綠葉在光下制造有機物”的實驗探究為例，介紹課前準備的教材分析、設計思路。

（一）教材分析

本課時中的實驗內容蘊含重要生物學概念。學生對這一概念的建構以實驗“綠葉在光下制造有機物”為基礎，為后續教學內容作鋪墊。

本課時實驗“綠葉在光下制造有機物”，步驟簡單，科學道理卻不簡單。例如，步驟1“把盆栽的天竺葵（筆者用的是銅錢草、綠蘿）放到黑暗處一晝夜”，步驟2“葉片用黑紙片遮擋形成見光和遮光”的對照，都需要遵循探究實驗的基本原則和嚴謹的科學思維。

本課時的重點是驗證綠葉在光下制造淀粉的探究思路，難點是對照實驗設計及操作。

（二）設計思路

本課時以實驗“綠色植物在光下制造有機物”為載體，完成一個驗證性實驗——“綠葉在光下制造出的有機物主要是淀粉”和一個探究性實驗——“探究光是綠色植物光合作用不可缺少的條件”。教學設計著重讓學生理解“綠葉在光下制造有機物”的實驗原理和實驗步驟，依托學生已有的知識，采取了設疑逆推的探究式教學方式，引導學生從實驗目的開始設疑逆推：綠葉在光下制造的有機物是不是淀粉？……—去除葉綠素 如何去除葉綠素？……通過對實驗操作步驟與原理的層層分析，培養發展學生探究的能力。

同時筆者根據本地區天氣特點及實踐經驗，對教材中的實驗材料及方法進行改進，設計中所采用的實驗材料——銅錢草。取材容易、葉片薄、脫色時間短、效果明顯，在實驗過程中增加“葉片放在開水浸6秒”這個步驟，大大縮短了脫色時間，這些改進都有效地提高實驗成功率。

讓學生領取教師課前幫忙處理過的銅錢草葉片（有余力的可多領取綠蘿葉片），分組開展以光為變量的對照實驗，實驗后學生對實驗現象進行分析，展開討論。

二、 問題驅動，提高課堂效率

新課標強調了要注重在教學過程中對學生思維能力的培養。問題是思維的起點，教師在教學過程有效提問，驅動學習。我國古代著名的教育家孔子主張“不憤不啟，不悱不發，舉一隅不以三隅反，則不復也”。

以“綠葉在光下制造有機物”的實驗探究為情境，設置問題串任務驅動學習，引導學生逆推實驗操作步驟。問題串在設計時要有明確的目的，有層次、有梯度，而且語言簡練，指令明確，不能出現一個問題學生不知道回答什么問題。好的問題串才可以替代教師的指令，學生才能高效地進行學習。學生將任務完成后，引導學生學會質疑，自己設計即將探究的實驗問題，拓展學生的能力。下面以“綠葉在光下制造有機物”的實驗探究，介紹課堂教學過程所用的問題驅動設計。

探究：綠葉在光下制造有機物。

（一）提出問題，做出假設

引導學生仔細研讀實驗題目——“綠葉在光下制造有機物”，找出幾個關鍵詞——綠葉、光、有機物，認真考慮，可以提出哪些探究性問題并作出假設。

展示本課時實驗準備探究的兩個內容：光合作用的條件與產物。

設計意圖：啟發學生先慢看實驗題目，獲取有效信息，調用儲備的知識，回憶學過探究性實驗的一般過程，引導學生思考，進行思維建模，提出能與關鍵詞組合的一些問題與假設，并明確實驗目的。

（二）設疑導思，制定計劃

①通過什么方法檢驗淀粉？（用“淀粉遇碘變藍”的實驗原理分析）②能否將碘液直接滴在葉片上呢？為什么？（葉片的表皮有一層角質層，透光不透水，碘液無法接觸到內部，且藍色和綠色之間存在顏色干擾，不利于觀察）③如何去除葉片的綠色？④能否直接加熱酒精呢？為什么？應該如何操作？（酒精沸點低、易燃的特點，直接加熱易發生危險，從而理解酒精隔水加熱的原因）。教師介紹小技巧：將葉片放在剛燒開的開水（教師課堂用電熱杯燒的開水）中浸6秒，這樣能縮短脫色時間。⑤如何設計實驗證明綠葉制造有機物需要光？變量是什么？你會如何設計？怎么保證變量單一性呢？⑥植物在遮光處理后直接放陽光下照射，可以嗎？為什么？（提示：操作實驗之前，葉片中可能有貯存有機物嗎？如果有，怎么排除它對實驗的影響呢？）引導學生歸納“綠葉在光下制造有機物”的實驗操作步驟。

設計意圖：拋出一個個問題，引導學生捕捉教師設問中指令詞、中心詞、限定詞，逆推實驗操作步驟，理解實驗步驟的設計原理，學生自主討論探究方案，勇于領走任務，體驗了科學探究的方法和一般過程。核心素養體現——運用本實驗探究前拋出的問題串，引導學生審設問：指令詞、中心詞、限定詞，調用儲備的知識，進行科學探究思維建模，培養學生的區域認知和綜合思維。

三、 實驗探究，體現學生主體

落實學生在探究實驗活動中的主體地位，需要我們教師勇敢地去探索，大膽地創新，學生的主體地位才會不斷地凸現，他們才會逐步獲得情感愉悅，他們熱愛科學的興趣才會逐步培養起來。

以“綠葉在光下制造有機物”的這一節實驗探究課為例，在有限的課堂時間，讓學生做本課時的實驗探究有些難度，因此教師需要提前在課外做大量的工作，選取植物預實驗與培訓各小組長，將知識點、重難點進行板塊劃分和序列設定，每個板塊必須根據學情合理設計。在本課時教學過程——實施計劃，得出結論這個板塊設計如下：①播放“綠葉在光下制造有機物”的實驗視頻。②教師對課前已準備好的2盆植物（綠蘿和銅錢草）做個說明，有些葉片已經過不同處理（暗處理、遮光處理等），分解任務請每個小組摘取葉片，進行探究實驗，指導學生可參照課本，完成后續隔水加熱酒精脫色、清水漂洗、滴加碘液、再沖洗的操作。同時完成《導學案》。③指導學生展示各組的實驗結果。④教師展示預實驗（教師與各小組長利用課余時間合作的實驗，事先培訓小組長，分別用綠蘿和銅錢草做不同處理——有光無光、光照時間長短，光照強弱照射等）中所做的結果或手機拍攝的相片直接投影出來，結合學生自己本課時親自動手的實驗操作過程，小組同學互相交流討論，歸納總結，教師指導修正，適當鼓勵。

設計意圖：從實驗視頻情境出發，激發學生想做實驗的好奇心，實驗中有些操作學生第一次接觸，比如隔水加熱酒精脫色和蓋酒精燈等，操作復雜，難度較大，為了安全，課前教師先培訓小組長，課堂上教師再次當著全班學生面示范并講解實驗的注意事項，重視實驗安全，在這個時代更有意義。學生在體驗中獲得成就感。通過小組學生上臺投影展示用不同種植物綠葉所做的實驗結果，讓他們認識到光合作用普遍存在于綠色植物之中。核心素養體現——通過實驗的可行性分析與小組探究活動，訓練了學生科學思維，如觀察、實驗、歸納等，教師明白實踐育人的重要性。

本實驗選用銅錢草作為實驗材料。銅錢草的葉片較小，經過沸水燙煮后，酒精脫色速度較快，可以節約實驗時間。學生觀察：對照遮光的葉片、酒精脫色的葉片、滴加碘液后的葉片。描述觀察到的實驗現象：滴加碘液后，葉片遮光部分沒有變藍，見光部分變成藍色。

得出結論：綠葉在光下制造的有機物是淀粉，光是綠葉制造有機物不可缺少的條件。

與銅錢草經過相同步驟處理的綠蘿葉片滴加碘液后，發現整片葉子幾乎都被染成藍色，這一現象引發學生的認知沖突：為什么經過暗處理后，綠蘿葉片的遮光部分也出現了藍色？引發學生思考可能是24小時的暗處理時間不足以使綠蘿消耗葉片中的淀粉，綠蘿需要更長的暗處理時間。

四、 深入思考，點撥釋疑拓展

（一）深入思考分析

展示花葉綠蘿，讓學生觀察花葉綠蘿與綠蘿葉片區別，引導學生注意觀察花葉綠蘿葉片的綠色部分與黃白色部分，提問學生碘液滴加到黃白色部分會變藍嗎？引導學生根據現象得出結論：只有植物的綠色部分可以產生淀粉，綠色部分有葉綠體，其中的葉綠素能捕獲光能。從而指出葉綠體是生產有機物的“車間”，也是將光能轉變為化學能的能量轉換器，達成光合作用概念的構建。

設計意圖：深入分析實驗現象，總結并理解光合作用的概念。

（二）總結及課后拓展

關于這個實驗，學生還有什么疑問嗎？學生說出他們的疑問，教師啟發學生思考。

設計意圖：通過這一課時學習，將課堂小問題拓展，發散學生思維，為這節的第二課時做好鋪墊。從微專題探究實驗出發，以小見大，幫助學生進階，進一步落實核心素養。

（三）以整帶散，構建知識網絡

依托學過的內容，幫助學生構建本課時知識網絡。再將答題過程中方法總結、注意事項填充到知識網絡中，使其更加豐滿。以知識框架為載體帶動零散知識點，使邏輯思維更加嚴密。

五、 教學反思，提升創新能力

本節課還存在值得商榷的地方，受天氣影響，實驗探究對照效果不是很明顯，課堂時間過于緊張而造成有些任務完成效果欠佳，如只讓兩組代表上臺展示實驗現象并分析，其他小組沒時間展示分析，由教師代講，缺乏預見性和開放性。今后可以在材料選擇與某些實驗步驟設計上做些改良，期望有更大的突破。使學生對探究實驗設計有更濃厚的興趣，創新能力有所提升。

參考文獻：

[1]趙娥.讓問題成為構建高效課堂的利器：淺談新課改下初中生物教學中的提問策略[J].考試：教研，2012（18）.

作者簡介：

林麗，福建省福州市，福建省福清虞陽中學。