“小課題”模式在探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用
——以“果酒的制作”為例

張雨岑 王 凡 吳 華 張宏玲

（1.武漢市吳家山中學(xué) 湖北武漢 430040）

（2.深圳市坪山區(qū)坪山高級(jí)中學(xué) 廣東深圳 518118）

（3.深圳市龍崗區(qū)龍城高級(jí)中學(xué)（教育集團(tuán)）寶龍外國(guó)語學(xué)校 廣東深圳 518116）

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出，要高度關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的實(shí)踐經(jīng)歷，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的過程是主動(dòng)參與活動(dòng)的過程。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，師生更多關(guān)注知識(shí)的傳授，重視實(shí)驗(yàn)結(jié)果。課題研究則是以“問題解決為中心”的探究性學(xué)習(xí)，需要學(xué)生親身經(jīng)歷完整的探究實(shí)踐的過程。教師將“小課題”模式運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，能夠讓學(xué)生成為課題的主持者和參與者，在探究歷程中，落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 “小課題”教學(xué)模式

“小課題”是從課題研究規(guī)模定義的，具備“針對(duì)性強(qiáng)、切入口小、研究周期適中、有價(jià)值”等特點(diǎn)。學(xué)生從自然、社會(huì)和生活中發(fā)現(xiàn)問題，并將其轉(zhuǎn)換為小課題，通過課題研究，分析、解決問題。親身體驗(yàn)課題研究既能鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力，又能提升其科學(xué)探究和實(shí)踐操作能力，強(qiáng)化社會(huì)責(zé)任意識(shí)。“小課題”教學(xué)模式對(duì)推動(dòng)新課程改革和落實(shí)生物學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)有積極的影響。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程為：教師創(chuàng)設(shè)情境，提出問題；師生分析問題，提出假說；學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，教師進(jìn)行修正；學(xué)生實(shí)施實(shí)驗(yàn)；師生分析結(jié)論。這種模式中，教師仍然是主導(dǎo)者，學(xué)生缺乏獨(dú)立性和主動(dòng)性。在“小課題”模式下，學(xué)生則處于一個(gè)開放和多元的環(huán)境中，學(xué)生成為了課題的主持者，統(tǒng)籌課題的始終，主體地位更加突出。課題實(shí)施過程可劃分為4個(gè)階段：選題；開題；做題；結(jié)題。每個(gè)階段又包含特定的步驟和方法，如圖1所示。

在選題階段，學(xué)生找出感興趣的問題，將問題轉(zhuǎn)化為課題，確定小課題名稱。在開題階段，學(xué)生根據(jù)5W2H分析法（表1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，發(fā)現(xiàn)線索，捋清思路。學(xué)生將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)寫成開題報(bào)告，并進(jìn)行答辯，對(duì)方案進(jìn)行論證。在做題階段，學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，展開實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出結(jié)論。在結(jié)題階段，學(xué)生通過研究報(bào)告的形式對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行反思和總結(jié)。

表1 5W2H分析法設(shè)計(jì)研究方案

2 以“果酒的制作”為例的教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 選題——組建小組，確定課題

學(xué)生組建課題小組，每組4-6人，通過閱讀教材、小組討論，根據(jù)已知的關(guān)于果酒制作的知識(shí)，結(jié)合各小組想進(jìn)一步了解的小方向，確定小課題的名稱（表2）。

表2 部分小組的小課題選題匯總

選題階段，教師可給出關(guān)鍵詞，學(xué)生圍繞關(guān)鍵詞，通過填寫的KWL表，把“已知的（Know）”和“想要知道的（Want to know）”寫下來，并通過發(fā)散和批判性思維，聚焦于某個(gè)問題，確定選題。研究結(jié)束后，學(xué)生繼續(xù)完成表格，填寫“學(xué)到的（Learned）”，回顧小結(jié)。

2.2 開題——收集資料，制定方案

各組依據(jù)選定的小課題，根據(jù)5W2H分析法，從目的、原理、設(shè)計(jì)、分工等方面進(jìn)行分析，制定出探究方案，并撰寫開題報(bào)告，進(jìn)行開題答辯。

3個(gè)學(xué)習(xí)小組提出大致思路如下：①小組1通過分析，預(yù)計(jì)發(fā)酵液可能存在顏色、密度、產(chǎn)氣量等方面的變化，決定進(jìn)行追蹤拍攝，觀察記錄。②小組2收集并比較不同果酒的發(fā)酵工藝發(fā)現(xiàn)，由于水果種類不同、含糖含酸量不同，在原果破碎和成分調(diào)整上有明顯差異，決定對(duì)此進(jìn)行改進(jìn)。③小組3搜尋家庭常見容器，決定采用帶蓋的收納罐、礦泉水瓶和玻璃瓶等，定時(shí)擰蓋排氣；也有組員對(duì)玻璃瓶進(jìn)行改進(jìn)，在瓶蓋上打孔，并將一次性無菌橡膠手套套在瓶蓋上（圖2）。

在開題階段，學(xué)生自主梳理流程，制定實(shí)驗(yàn)方案。在答辯環(huán)節(jié)，教師可針對(duì)方案中的亮點(diǎn)進(jìn)行提問，如改進(jìn)裝置的想法。在小組3中，學(xué)生通過不定時(shí)擠壓手套排氣，既可達(dá)到排氣目的，又不用擔(dān)心忘記排氣導(dǎo)致容器炸裂。這既體現(xiàn)了對(duì)發(fā)酵過程的理解，又展示出豐富的創(chuàng)造性，教師應(yīng)加以肯定。此外，教師也可針對(duì)學(xué)生的疏漏進(jìn)行提問，如將菠蘿去皮后菌種的來源，由此引導(dǎo)學(xué)生思考，完善方案。

2.3 做題——進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄分析

在做題階段，教師應(yīng)向?qū)W生強(qiáng)調(diào)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科研態(tài)度，引導(dǎo)學(xué)生觀察分析，如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果；提醒學(xué)生，實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)問題時(shí)不能回避，而要積極思考，尋求解決辦法。針對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象，教師引導(dǎo)學(xué)生自主查找原因。

例如，小組1采用搗碎葡萄釀酒，發(fā)酵過程中產(chǎn)生的CO2將果皮帶起，由于果皮遮擋，發(fā)酵過程中的其他現(xiàn)象并不明顯。

小組2對(duì)工藝流程進(jìn)行改進(jìn)，確定了菠蘿果酒發(fā)酵的最終方案（圖3）。通過糖度計(jì)測(cè)定原果汁含糖量，計(jì)算后補(bǔ)加適量蔗糖。菠蘿皮上的野生酵母菌無法利用，同時(shí)為避免污染雜菌，小組2決定對(duì)果汁采取巴氏消毒，待其冷卻后，再接種活化后的專業(yè)釀酒酵母進(jìn)行發(fā)酵。

小組3在換瓶時(shí)發(fā)現(xiàn)，套上手套的發(fā)酵瓶中仍不斷有氣泡冒出。查閱資料后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)是由于橡膠手套的制約，發(fā)酵產(chǎn)生的氣體未能及時(shí)排出，逐漸溶解在發(fā)酵液中，導(dǎo)致發(fā)酵液中含有大量CO2，形成了天然的起泡酒。

2.4 結(jié)題——整理報(bào)告，交流反思

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，各組討論分析、總結(jié)問題，并通過報(bào)告的形式，將本次小課題的收獲與反思在班內(nèi)進(jìn)行分享。有的小組分享了“起泡酒”的驚喜，有的小組展示了發(fā)酵瓶爆炸的意外，也有小組分析了發(fā)酵液變酸的遺憾。報(bào)告中，教師要注意匯總常見問題，并討論相應(yīng)的原因及解決辦法（表3），使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到發(fā)酵條件對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，并體會(huì)到無菌操作的重要性。

表3 實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的部分問題、原因分析及解決辦法

在結(jié)題階段，教師組織匯報(bào)活動(dòng)。學(xué)生既要展示研究過程與結(jié)果，更要進(jìn)行問題的分析與討論，最終形成書面的結(jié)題報(bào)告。“動(dòng)手”的實(shí)踐操作、“動(dòng)嘴”的討論交流和“動(dòng)筆”的科學(xué)論證，既能全面而真實(shí)的培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，讓學(xué)生深入理解科學(xué)的過程和本質(zhì)，更能有效建立學(xué)生的自信，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率。

3 反思

通過“小課題”的親身體驗(yàn)，學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解更加深刻。并不順利的實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷使學(xué)生體會(huì)到科研工作的艱辛與勞動(dòng)人民的不易。發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、開拓創(chuàng)新的探究歷程，讓學(xué)生能夠在真實(shí)情境中應(yīng)用科學(xué)思維。除上述案例外，“小課題”模式廣泛適用于各種探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。以《選擇性必修3·生物技術(shù)與工程》為例，制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品、土壤中分解尿素的細(xì)菌的分離與計(jì)數(shù)、菊花的組織培養(yǎng)等實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，流程復(fù)雜，需小組合作完成。此時(shí)，采用“小課題”模式，由學(xué)生主導(dǎo)整個(gè)探究過程，更有利于教學(xué)的實(shí)施與落實(shí)。綜上，“小課題”教學(xué)模式具有思路清晰，突出學(xué)生主體地位，強(qiáng)化學(xué)生科學(xué)思維，重視學(xué)生合作交流等特點(diǎn)，是中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一種切實(shí)可行的操作模式。