PBL教學模式在初中生物實驗中的應用
——以“探究二氧化碳對光合作用的影響”實驗為例

潘 霖

（中山市板芙鎮板芙初級中學 廣東中山 528459）

《義務教育生物學課程標準（2022年版）》將“科學思維”和“探究實踐”納入生物學學科核心素養的范疇，要求教師在課堂中不僅要培養學生運用科學的思維認識事物、解決問題，還要培養學生掌握科學探究的思路和方法。生物學是一門基于實驗的自然科學，傳統的教師講授型實驗教學重理論輕實踐，忽視了對學生能力的培養，限制了學生的發展。如何突破傳統實驗教學模式，探索行之有效的教學方法，成為廣大初中生物教育工作者孜孜不倦的研究課題。

PBL教學模式（Problem Based Learning，PBL）以學生為中心，教師作為協助者和引導者，強調以問題為導向，通過小組合作、相互討論的形式來解決問題，學習問題背后蘊含的學科知識，最終培養學生解決問題、團隊合作以及自主學習的能力。與傳統模式相比，PBL教學模式更側重學生科學探究能力與創新精神的培養。下文以“探究二氧化碳對光合作用的影響”實驗為例，探索PBL教學模式應用在初中生物實驗教學中的具體方法。

1 教材分析與內容改進

探究“二氧化碳是光合作用的原料嗎？”是人教版初中生物學七年級上冊的一個實驗，教材中給出的實驗提示信息較少，學生難以根據提示完成實驗。課堂上，教師一般通過播放視頻來講解該實驗，無法鍛煉學生的科學探究能力。為使學生能夠在一節課內完成該實驗，筆者查閱大量文獻資料，對該實驗做了以下改進：

①教材提示中提到用氫氧化鈉溶液（可吸收二氧化碳）來控制變量二氧化碳。氫氧化鈉溶液有強烈的腐蝕性，使用該試劑存在較大的安全風險。換用碳酸氫鈉溶液（可釋放二氧化碳）控制變量可以規避風險。

②教材中收集氧氣驗證光合作用強度實驗耗時過長，一節課時間難以完成。本次實驗改用“葉圓片上浮法”來驗證光合作用的強度。其實驗原理為：正常情況下，葉片的葉肉細胞間隙中充滿氣體，圓形小葉片在水中會浮在水面上。利用真空抽氣法將間隙中的氣體排出，葉片便會沉入水中。葉片進行光合作用時產生氧氣，氧氣的溶解度很小，細胞間隙間氧氣積累到一定量時會使下沉的葉片上浮。單位時間內圓形小葉片上浮的數量越多，表明光合作用越強。為使學生盡快掌握新方法操作步驟，教師需提前錄制好微課。

2 基于PBL的實驗教學過程

2.1 設置情境，引發思考

首先，教師展示溫室大棚內安裝的二氧化碳發生器的圖片，提出問題：安裝這種儀器的目的是什么？為什么要增加二氧化碳濃度？學生利用已經學習過光合作用的有關理論闡明自己的觀點。教師由此引出本節課的探究問題：二氧化碳對光合作用有什么影響？

2.2 問題驅動，深入研究

教師將探究問題拆分為3個子問題：①如何為植物提供二氧化碳？②如何驗證光合作用的強度？③如何設計對照實驗？七年級學生剛接觸生物學，儲備的知識有限。根據“最近發展區”理論，在教學過程中，教師以合作者身份提供一些相關背景資料，在學生的兩個發展區之間建立一座橋梁。學生根據已學知識，通過小組間的探討解決問題，可以達到另一個更高的發展區。為幫助學生解決以上3個問題，教師提供以下背景資料：①碳酸氫鈉溶液會產生二氧化碳，且在一定范圍內，濃度越高，產生的二氧化碳越多。本實驗提供涼開水（無二氧化碳），質量濃度分別為0.5%和1.0%的兩種碳酸氫鈉溶液。②教材中收集氧氣驗證過合作用強度的實驗耗時過長，可通過“葉圓片上浮法”來驗證光合作用強度。教師介紹葉圓片上浮法的實驗原理，同時播放提前錄制好的“葉圓片上浮法”微課，向學生展示具體的操作步驟。

2.3 小組討論，適時點撥

全班學生按“組間同質，組內異質”分為8個小組，各小組根據提供的背景資料討論實驗方案。討論完成后，各小組派代表展示本小組的設計方案，其他小組進行點評。受限制于認知水平，學生小組的方案均存在不同程度的問題。展示的目的即在于暴露問題，并通過互評討論促進學生思考，完善設計方案。

小組討論時，教師發現各小組對“如何設計對照實驗？”思考得不夠全面，于是適時提出以下4個問題引導學生思考：①本實驗的變量是什么？②應放多少葉圓片到各濃度碳酸氫鈉溶液中？③各組應提供怎樣的光照強度？④3個盛有葉圓片的燒杯在進行光照之前是否應避光？根據教師的引導，各小組再次完善實驗方案（表1）。

表1 小組設計的實驗方案

2.4 分組實驗，得出結論

各小組按照自己的實驗方案進行實驗，觀察實驗現象并統計實驗結果。教師統計全班各組的實驗結果，并求出平均值（表2）。從表2中可以看出，隨著碳酸氫鈉溶液濃度的增加，葉圓片上浮的數目也在增加。學生根據實驗結果，得出結論：二氧化碳促進植物的光合作用強度。課前在真實情境中提到的問題也得到解決，溫室大棚內安裝二氧化碳發生器目的是為了促進農作物的光合作用，進而提高產量。

表2 實驗結果統計表

2.5 實驗反思，經驗分享

實驗完成后，組內各成員針對本組的實驗操作進行探討，總結本次實驗成功的經驗與失敗的教訓，再進行組間交流與經驗分享。例如，有小組提到：“一定要組員幫忙，盡量同時將葉圓片夾入燒杯內，以確保單一變量”“實驗前由組長分工，每位組員都明確自己的職責才會順利完成實驗”等。

3 PBL模式下的實驗教學反思

本節課始終堅持以問題驅動來組織實驗教學，環環相扣、層層遞進。教師根據學生的學情開展實驗教學，學生在真實的情境中進行自主探究，教師適當補充相關背景資料，并加以引導，幫助學生實現“發展區”的跨越。PBL教學模式充分調動了學生的積極性，學生不僅可以像科研人員那樣運用理性思維進行科學探究，而且還能體會科學研究是不斷深化和完善的過程。這對提高學生的生物學學科核心素養，特別是科學思維和科學探究能力，大有裨益。

PBL模式對教師備課的要求較高，該模式以問題為主導，因此成功的關鍵在于設計一系列具有導向性的問題。同時，教師要做好活動的引導和組織，控制課堂活動時間，以完成教學目標。此外，本節課引入微課輔助PBL教學，兩者相得益彰，大幅度提升了實驗課堂教學效率。

PBL教學模式是有益于初中生學科核心素養培養的新型教學模式，教師可以大膽將PBL模式融入初中生物實驗教學中。現階段將PBL模式應用于初中生物實驗教學的研究仍然較少，要更好發揮PBL模式的成效價值，仍需要廣大教師進一步探討。