例談高中生物的探究式實驗教學

孫淑芬

【摘要】高中生物課程重視實驗教學，倡導探究式教學，本文以“被動運輸”的教學為例，探討高中生物學課堂教學中，教師如何實施以學生為主體的探究式實驗教學，以提高學生能力，提升學生學科核心素養。

【關鍵詞】高中生物? 實施? 探究式實驗

【中圖分類號】G633.91 ? ? ? ?【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）43-0134-02

《普通高中生物課程標準》（2017年版）指出“生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任” [1] 是生物學科核心素養;在該課程標準的（一）課程性質中，對學生的學習生物學提出要求：“主動地參與學習”、對學生學習生物學知識提倡“親歷提出問題、獲取信息、尋找證據、檢驗假設、發現規律等過程”[1]; 在（六）實施建議的教學建議中，提出：“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”“實驗教學是促成學生達成生物學學科核心素養的重要支撐”。教師在生物教學過程中，如果能根據教學內容和實際情況創造條件，給學生提供更多的探究式實驗的學習機會，通過親歷實驗，自主學習的過程獲取生物學知識，對激發學生的學習熱情，發展學生的核心素養，培養學生的創新精神和實踐能力具有重要的作用。

并不是所有教學內容都適合實驗探究教學，因此，教師在備課時，要吃透教材，挑選、挖掘有利于引導學生探究式學習的實驗教學內容。人教版普通高中生物學生物學必修1的第四章第1節“被動運輸”中，問題探討的“滲透現象”“植物細胞的吸水和失水”等教學內容，是進行探究式實驗教學的好素材，本文以該教學內容為例，探討高中生物學教師教學如何實施探究式實驗教學。

一、演示實驗，探究式進行“問題探討”

教材的“問題探討”介紹滲透裝置及實驗結果，教師在教學時，往往通過分析教材插圖“滲透示意圖”，引導學生分析討論“滲透作用”，而導入新課學習，學生是通過圖片和理論來認識滲透裝置及滲透現象的實驗結果。事實會是這樣的嗎？學生心中是存在疑問的，如果教師在教學中，能夠改“看插圖說實驗”為讓學生動手動腦，“親歷實驗”，通過操作實驗過程，觀察實驗結果來認識滲透裝置及原理，達到“做實驗探究學習”，學習效果不言而喻。

首先，教師做好課堂實驗器材、材料的準備工作：? 1.制備半透膜：上課前2天，把兩個鴨蛋（為防止操作失敗，可以多泡幾個）洗凈，放入裝有醋的容器中浸泡，醋要完全沒過鴨蛋（醋如果多一些，蛋殼鈣質溶解的速度會更快）靜置1～2天，待鴨蛋殼的硬殼鈣質完全溶于醋中，用清水輕輕地沖洗蛋膜表面的物質，獲得由蛋膜包被的，軟軟的鴨蛋。用剪刀把在蛋膜剪破，倒出蛋清和蛋黃，再用清水沖洗鴨蛋膜，洗凈后，即可獲得半透膜（鴨蛋膜）。2.取2個半透膜分別套在2個長頸漏斗口，用橡皮筋固定。3.配制50%蔗糖溶液，量取30ml裝在小燒杯中，在溶液中滴加幾滴染液，把溶液染成顏色，編號①;另一小燒杯裝30ml清水，編號②。4.另取兩個大燒杯，盛等量的清水，分別編號A、B;準備2個鐵架臺用來固定長頸漏斗。

其次，演示實驗，創設探究情境。“生物學教師要有意識地設計和實施課堂上的科學探究活動，并提供必要的課堂環境和良好的氛圍”[2]。用實驗來創設探究情境，激發學生的好奇心和求知欲，引入實驗探究學習。

考慮課堂教學時間較緊的問題，在課前組織學生做好如圖的實驗裝置：1.取兩個長頸漏斗，將長頸漏斗口（有半透膜的一端）分別浸入盛有清水的兩個大燒杯中，A裝置長頸漏斗裝入30ml的蔗糖溶液，B裝置長頸漏斗裝入30ml（等量）的清水中。2.把長頸漏斗固定在鐵架臺上，調節長頸漏斗內外兩側液面等高。3.裝置靜置一段時間。上課時，直接展示實驗裝置，指導學生觀察比較兩組實驗中，長頸漏斗內溶液的液面和外界清水液面的高度差，A組的長頸漏斗液面上升，明顯比燒杯清水液面高，B長頸漏斗內的液面與燒杯液面等高。為什么兩組液面不一樣了？實驗小組的學生補充說明實驗前的準備，兩組實驗裝置中長頸漏斗內的溶液的區別。學生的注意力一下被吸引了，激起學生展開分析討論。

最后，引導學生分析實驗，自主探究。在操作、觀察、討論實驗現象的基礎上，教師引導學生思考、討論下列的問題：1.為什么A組的長頸漏斗液面會上升，而B長頸漏斗液面保持不變？A組的長頸漏斗液面會不斷上升嗎？2.A組的長頸漏斗液面不再上升時，長頸漏斗內外溶液的濃度是否相等？3.如果用一層紗布代替半透膜，A組長頸漏斗液面會上升嗎？4.如果大燒杯中不是清水，而是與A組同樣濃度的蔗糖溶液，A、B兩組的實驗結果會怎樣？學生通過動手實驗、探究，在教師問題的引導下，滲透作用的發生，需要滿足滲透裝置的兩個條件——半透明、膜兩側有濃度差，為進一步探究學習滲透吸水和滲透失水的知識奠定基礎。

二、探究實驗，體驗“質壁分離和復原”

學生在學習“滲透作用”“水進出動物細胞的原理”的基礎上，教師課前準備好實驗材料，指導學生實驗探究植物細胞的吸水和失水。

先引導學生學習實驗探究的知識背景：展示成熟的植物細胞模式圖，回顧細胞壁、細胞膜、細胞質、大液泡等細胞結構，解析原生質層的結構組成，理解水進出成熟的植物細胞，主要是指水經過原生質層進出液泡。

在實驗操作之前，進行科學實驗探究方法指導：學生體驗分別泡在清水和鹽水中蘿卜條的大小和硬度，觀察萎蔫的和新鮮的蔬菜。提出問題：1.植物細胞在什么條件下吸水和失水？2.吸水和失水是通過滲透作用嗎？如果是，植物細胞中，相當于半透膜的結構是什么？3.除了觀察蘿卜條的大小和硬度外，你能不能用其他方法，直接觀察植物細胞是否吸水或失水？組織學生討論分析，引導學生發現問題、針對植物細胞的吸水和失水的問題探討作出假設、討論實驗設計方案及可能觀察到的實驗結果、制作填寫實驗現象的表格，通過全班交流完善。

組織學生進行實驗操作，指導學生觀察討論：1.觀察紫色洋蔥的紫色色素存在什么結構中？找出原生質層的結構？2.比較滴加蔗糖溶液前后細胞液泡的大小、顏色變化及原生質層的位置發生什么變化。3.畫一個失水后的植物細胞圖，并標出各部位的結構。4.從滲透作用的兩個條件分析，植物細胞失水是不是滲透作用。5.隨著植物細胞失水，與細胞壁分離的結構是什么？6.失水后的細胞，滴加清水，細胞的原生質層、液泡的大小、顏色又發生什么變化？通過問題驅動，學生在實驗中觀察、思考、討論，逐步理解植物細胞質壁分離和復原的原理，認同細胞的結構與功能相適應的生命觀念，通過實例分析歸納出被動運輸的特點，提高歸納概括能力。

三、拓展實驗，培養科學思維

高中生物教學不僅傳授基礎知識和基本技能，更需要發展學生科學思維，培養學生運用所學知識認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。在完成實驗教學目標的內容外，可為學生準備更多的材料，引導學生通過實驗操作觀察或運用所學原理，繼續深入討論探究。（1）用紫色洋蔥內表皮細胞（無紫色部分）做實驗，是否能觀察到實驗的結果？用紫色部分做實驗有什么優點？（2）把30%蔗糖溶液換成30%甘油溶液實驗，細胞原生質層會發生什么變化？思考產生這種現象的原因。（3）如果把滴加30%蔗糖溶液，改為分別滴加5%、50%的蔗糖溶液，實驗結果會發生變化嗎？（4）用葉肉細胞的表皮細胞做實驗材料，依次滴加30%蔗糖溶液和清水，氣孔的大小會發生什么變化？這種現象對植物有什么意義？學生必須理解真正滲透作用的原理，才能對以上問題做出解釋，實現知識的應用遷移。

此外，教師精心設計以背景材料引導思考探究的練習、圖片，引導學生用實驗探究的知識原理，解決其他聯系實際的相關問題，給學生更多的想象空間和探究欲望，開拓學生思維。如，討論質壁分離實驗在下列幾種應用的原理：1.判斷成熟植物細胞是不是活的。2.比較不同植物細胞的細胞液濃度的高低。3.標簽脫落的兩瓶蔗糖溶液和硝酸鉀溶液，請你設計實驗加以鑒別。這些問題都要求學生整合質壁分離實驗的選材、原理和操作，能對問題進行推理分析，從而培養學生的科學思維。

在高中生物課堂教學中，運用探究式實驗教學，符合“生物學科以核心素養為宗旨，教學過程重實踐的基本理念”。為使在課堂中切實可行，特別需關注幾個問題：實驗探究的問題要有課堂操作的可行性，確定教學目標，制定教學過程和問題討論時，需要充分考慮學生的性格特征、學習風格、能力傾向及對本學科學習的態度;學生思考討論的問題要由淺入深，具有“探究性”，而不是看著熱鬧;教師要扮演好引導者的角色，引導學生處于主體地位，積極參與是探究式實驗教學的關鍵;教師適時的引導和評價，保證教學高效進行。正如教育家盧梭所說：“要由他自己希望學什么東西和研究什么東西;而你呢，則設法使他了解那些東西，巧妙地使他產生學習的愿望，向他提供滿足他的愿望的辦法” [3]。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中生物學課程標準（2017年版）.人民教育出版社，2018，1.

[2]劉恩山，曹保義. 普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）解讀. 高等教育出版社，2020，9.

[3][法]盧梭著，李平漚譯.愛彌兒——論教育.商務印書館.1996.224.