基于问题解决的实验创新设计

刘海霞

摘要利用自制教具、显微镜手机支架、同频技术、多媒体等多种教育技术与教学手段，通过学生小组合作，探究植物叶气孔的结构与分布，激发学生的学习兴趣。

关键词自制教具 植物叶气孔 问题解决 实验创新

1教材分析

“植物的蒸腾作用”是苏科版教材第十八章第一节中的内容。结合新课程标准，这部分的学习目标为描述绿色植物的蒸腾作用。根据学生现有的认知水平和学习经验，笔者认为理解蒸腾作用的关键是对气孔的观察以及对气孔开闭原理的理解。所以，在学生已经知道水分从植物气孔散发出去的基础上，笔者这样设计这一课：以实验为载体，即通过观察菠菜叶下表皮气孔的实验，让学生掌握临时装片的制作及显微镜观察的基本技能；借助自制教具，帮助学生理解气孔开闭的原理。通过观察不同植物叶气孔，进一步探究气孔的分布特点。

2教学目标

描述气孔的组成及开闭原理；学会制作观察临时装片，提高实验操作技能及分析与综合的能力；形成保护植物的意识，激发乐于探索生命奥秘的兴趣。

3教学重、难点

制作并观察叶表皮的临时装片；描述气孔的组成及开闭原理。

4教学过程

4.1创设生活情境，导入新课

教师展示菠菜实物，并播PPT，呈现问题：

①从超市买回的菠菜放久了，塑料袋内壁上出现了许多小水珠。这些小水珠从何而来？

②植物为什么能散发出水分？

设计意图：把学生熟视无睹的生活现象转化为生物问题，有利于指导学生用心从日常生活出发去发现问题，解决问题，并达到激趣、激疑、探究之效果。

4.2观察菠菜叶下表皮气孔

教师播放PPT，通过几张图片向学生简要介绍制作菠菜叶叶表皮气孔临时装片的过程，并适时强调制作过程中的一些注意点。学生四人一组，以活动单为指导，完成临时装片的制作。用低倍镜观察叶表皮，并用手机拍摄。学生挑选组内最佳实验图片进行绘图。

设计意图：由于条件的限制，许多学校目前还没有数码显微镜。但是，在这个数字化时代，教师通过改进观察的工具，使用显微镜手机支架将手机固定在目镜上，让学生也可以截取到观察的最原始画面，更加直观地感受表皮气孔，并在此基础上进行分析。同时，利用同频技术，又可将手机中拍摄到的图像传送至多媒体，进行全班的展示与交流，方便快捷。

实验结果展示：

（1）第1组实验结果：部分组员在盖盖玻片和材料展平的操作上还存在问题，导致装片中留下气泡，表皮重叠。后来他们挑选组内较清晰的图片完成了绘图。

（2）第4组实验结果：该组实验结果与众不同，他们装片的气孔是关闭的。教师引导學生探讨原因，学生发现气孔的关闭与实验材料的萎蔫有关。

设计意图：课堂教学需要以建构主义为旨向，学习是引导学生主动建构的活动。学生展示实验结果时，除了存在常规的气孔开放的情况，也存在少数气孔关闭的情况。教师要找准学生的薄弱点对症下药，让其成为学生思维的生长点、知识的突破点、能力的提升点。同时，这样安排使得展示的实验结果更全面，也有利于引导学生积极地思考，并很好地过渡到下一个活动环节。

4.3观察气孔的开闭

教师提出问题：为什么萎蔫叶片上的气孔是关闭的？气孔的开闭有何原理？

教师利用自制教具（图1），模拟气孔开闭的动态过程。将此装置倒立，气孔打开，将装置正立，气孔关闭。学生观察模拟实验，理解气孔开闭的原理。

设计意图：气孔的开闭是在显微状态下进行的，学生观察起来比较困难，而且耗时。现有的模型只能帮助学生了解保卫细胞的结构特点，但不能让学生对不同条件下气孔的开闭有直观的理解，因此笔者进行了改进，设计了如图1所示的教具。采用灌水的方法代替吹气，防止气球的炸裂。用安全套代替普通气球，它材质薄，易伸展，粘贴胶带也不易脱落。用医用的盐水瓶代替普通塑料瓶，弹性更好，有利于水的回流。用筷子和透明打包盒支撑整个装置。此装置操作起来简便，模拟的气孔形象而生动，有利于学生更好地理解气孔开闭的原理。

教师提出问题：在真实的观察时，可以采取什么样的方法让菠菜叶气孔迅速关闭？

学生联系到以往所学细胞吸水失水的原理，想到在临时装片上加浓盐水的方法，让菠菜叶气孔关闭。同时，教师播放一段学生记录下来的气孔关闭的视频。

设计意图：知识不是客观世界的映像，而是个体经验的生成。本活动是对学生观察气孔开闭模拟实验的补充，使学生对于气孔的开闭有更真实的体验，同时也激发了学生利用所学知识来解决问题，学为所用。

4.4探究不同植物叶气孔的分布特点

教师提出问题：我们认识了气孔的结构，那么，不同植物叶气孔的分布有何特点？

教师指导学生根据幻灯片上相关的植物图片资料以及活动单上的知识链接与表格，完成探究活动，并指导学生使用常规方法以及指甲油涂抹撕取法来制作叶表皮临时装片。

设计意图：“探究活动中”拓展了临时装片的制作方法，除了使用常规的制作方法，还使用了指甲油涂抹撕取法来制作叶表皮临时装片。这一方法主要是针对叶表皮难以撕取的植物，如罗汉松、酢酱草。其具体的操作步骤如下：取植物叶片，将无色透明的指甲油均匀涂抹于取材部位上，使其自然晾干3～8 min左右，用镊子撕下已干的指甲油涂抹层，将其展在水滴中，盖上盖玻片，即完成制作。这种方法是使用指甲油将叶表面气孔的凹凸不平拓印下来，而不必再撕取叶表皮。使用这一方法也能清晰地记录出气孔的形状。

探究成果展示：

（1）第二组学生分别对三种植物的叶上下表皮气孔进行了对比。他们的结论是植物的下表皮气孔多于上表皮气孔。不过，他们后来发现，这一结论过于绝对，只能说绝大部分的植物是这样。

（2）第五组学生对比了水鳖和睡莲的上下表皮气孔。他们的结论是浮水植物下表皮没有气孔，气孔分布在上表皮。

设计意图：注重知识形成，让学生在探究中学习；凸显合作共享，让学生在碰撞中提升。学生通过阅读相关图文资料，从中提取有用信息，从而确定探究课题，设计实验方案，并通过小组合作完成探究活动。这一活动的设计具有很大的开放性，学生可以自主挑选感兴趣的实验材料以及实验课题进行探究，有利于调动学生的探究热情，培养学生自主探究的能力。另外，此探究活动的正常开展需要以学生拥有较强的实验操作能力为基础。所以，笔者将此探究活动安排在观察菠菜叶气孔实验之后，旨在以观察菠菜叶气孔的实验作为基础，并在此基础上作进一步的拓展延伸。

4.5总结升华，拓展提升

教师引导学生思考以上实验结论，总结得出：植物叶气孔的分布特征与其生长环境是相适应的，生物体的结构与功能是相适应的。

教师结束语：气孔虽小，作用却大！植物通过它散发水分，让人们生活的环境变得更加舒适宜人。但移栽植物时，要适当地减少水分从气孔的蒸发，以保护植物。

设计意图：植物散发水分，让人们的生活环境更舒适，渗透爱护植物、保护环境的教育理念，增强学生的社会责任感。

5教学反思

本课的教学以提高学生生物核心素养作为根本任务，并体现了以学生活动为主体的教学思路。以下是笔者的几点反思：

（1）本课的导入为学生创设生活情境，这一内容设置，不仅体现了“真实世界问题解决”的设计理念，还有利于指导学生从日常生活的情境中发现问题，并基于问题的解决，开展一系列的实验探究。

（2）本课在实验方法上进行了一系列的改进与创新：使用指甲油涂抹撕取法来拓展临时装片的制作方法解决了部分实验材料表皮难以撕取的问题；利用显微镜手机支架和同频技术连接显微镜、手机及多媒体，改进了观察的工具，使得学生更方便地分析、处理并展示实验的结果；利用生活中常见材料自制气孔开闭的模拟教具，让学生更形象地理解气孔开闭的原理。通过以上实验方法的改进，本课的教学效果得到了提升。

（3）本实验设计以观察菠菜葉表皮气孔作为基础，旨在提升学生制作临时装片的基本技能，并让学生对气孔有初步的认识。其后安排学生观察气孔的关闭，使学生进一步了解气孔开闭的原理。掌握了一定的知识原理与方法技能，学生再进一步探究不同植物叶气孔的分布特点。这样的活动安排由易到难，由浅入深，符合学生的认知规律。在整个教学过程中，学生自主合作探究的教学理念始终贯穿其中，充分体现了《义务教育生物学课程标准》的思想。