浅谈设问在探究实验教学中的作用

解耀国

[摘 要]

倡导探究性学习是《义务教育普通高中生物课程标准》确定的四个课程理念之一。科学探究作为发现科学事实、揭示科学规律的过程和方法，在科学教育中有重要的意义。设问是搞好探究式教学的关键，好的问题能激发学生强烈的好奇心，活跃学生的思维，为整堂课的学习打下良好的情感和认知基础。

[关键词]

高中生物；教学实录；设问；实验教学；探究

一、教学思路

“物质跨膜运输的实例”包括课程标准中“通过模拟实验探究膜的透性”和“观察植物细胞的质壁分离和复原”两个探究。对前者，用三组模拟实验两两对比的方法，探究出现“渗透现象”必需的两个条件。对后者，用类比推理的方法：渗透作用装置有半透膜和浓度差即出现渗透现象；动物细胞内外有浓度差即出现膨胀或皱缩现象，推出动物细胞膜相当于半透膜；若植物细胞内外有浓度差即出现质壁分离现象，则可推出原生质层相当于半透膜。

在讨论“植物细胞发生渗透作用会出现什么现象”时，教师引导学生提出“细胞壁和原生质层的伸缩性一样吗”这一探究性问题，和“原生质层是否相当于半透膜”一起，设计实验解决。

二、课前准备

（1）准备渗透作用实验器材，指导3名学生各完成一组实验。（设计3组，第一组有半透膜和浓度差，第二组有纱布和浓度差，第三组有半透膜但两侧浓度相同）

（2）在小黑板上画好植物细胞模式图，课前5分钟在黑板上板书3个实验装置示意图。

（其他略）

三、教学过程

（一）引入

师：我们知道，细胞膜可控制物质进出，而水在细胞的含量最多。我们就先从水开始，讨论物质进出细胞的问题。

师：课前有3名同学和老师完成了3组实验，下面请他们来汇报实验的操作步骤和实验结果。

（3位同学依次上讲台展示）

师：1号装置出现的现象我们称之为渗透现象。

师：那么，1、2、3号装置的结果为何不同？出现渗透现象需要什么条件？

（小组讨论，学生发言、总结。用两两对比的方法学生很容易得出半透膜、浓度差这两个条件）

设问分析：

此设问并没有进一步点出1、2装置的结果为什么不同，是為了给学生留有思维的空间，激发学生的探究欲望。

（二）动物细胞的吸水和失水

师：我们学过用红细胞吸水胀破制备细胞膜，接下来就以红细胞为例，先来探讨水进出动物细胞的问题。

师：请同学们阅读课本60页的图4-1。

师：哪幅图最类似第一套装置？

生：第一幅图。

师：只有第一幅图出现渗透现象吗？

生：还有第二幅图。

师：这告诉我们，对于动物细胞，有内外浓度差就有渗透现象，而我们知道出现渗透现象除了要有浓度差还必须有半透膜，这说明了什么？

生：它一定有半透膜。

师：哪个结构相当于半透膜？

生：细胞膜。

师：很好！动物细胞有浓内外浓度差就有渗透现象，植物细胞也是这样吗？

设问分析：

此处从课本给出的实验结果出发，连续设问，可以进一步浓厚课堂的探究氛围。而其中“对于动物细胞，有内外浓度差就有渗透现象，我们知道出现渗透现象除了要有浓度差还必须有半透膜，这说明了什么”是核心问题，因为渗透作用及其现象是统领整个课题内容的核心，动物细胞的吸水和失水以及接下来植物细胞的吸水和失水都应紧扣渗透作用的条件来分析。提问的时机也恰当、自然，因为前面已经做了充分的铺垫。

（三）植物细胞的吸水和失水

1.提出第一个问题并作出假设

师：这个问题显然要考虑植物细胞与动物细胞结构上的区别。

（出示小黑板上的植物细胞模式图，学生观察）

师：浓度差指外界溶液与细胞本身溶液的浓度差，动物细胞的溶液指细胞质溶液，植物细胞的溶液主要指液泡中的细胞液。

师：外界溶液和细胞液所隔的结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质和液泡膜，但细胞壁是全透的，水分子和其他分子都能过，因此，两者实际是被细胞膜、细胞质和液泡膜三者隔开，它们在显微镜下看起来就像一层，取名为原生质层。

师：刚才我们已经分析了，动物细胞的细胞膜相当于半透膜。

（留白一小段时间）

生：那植物的原生质层也应该相当于半透膜吧？

师：嗯，很好的问题，同学们觉得相当于吗？动物细胞的细胞膜相当于半透膜的分析过程是否能给我们启发？

（学生思考）

生：在有浓度差的情况下，若植物细胞出现渗透现象，说明原生质层相当于半透膜，如果不出现，说明不相当于。

师：同学们更认可哪种可能？依据是什么？

生：前一种可能。生活中有一些植物吸水和失水的现象，而植物是由细胞组成的。另外植物细胞膜和动物细胞膜都是细胞膜，应该也相当于半透膜。

师：很好的一个假设。

师：液泡膜和细胞膜一样，都属于生物膜，应该也相当于半透膜。相当于半透膜的细胞膜和液泡膜所夹的整体结构——原生质层也应该相当于半透膜。

设问分析：

“原生质层相当于半透膜吗”这样的问题，如果没有铺垫的话，学生是很难提出来的，要给学生“原生质层”的概念（至少是描述），更需要老师营造提问题的氛围，创设提问题的情境。学生的问题提出来后，老师的设问质量直接决定学生能否作出合理的假设甚至想到初步的实验思路。

2.提出第二个问题并作出假设

师：那在显微镜下依据什么判断植物细胞出现渗透现象呢？

（学生思考）

师：动物细胞以膨胀或皱缩来判断，因为细胞膜有伸缩性。植物细胞能否出现膨胀或皱缩呢？关键看哪个结构？

生：细胞壁！

师：细胞壁也有伸缩性。

生：那就要看细胞壁和原生质层的伸缩性大小了。

师：很好。那两者伸缩性大小的比较可能有哪些情况？分别出现什么实验现象呢？

学生讨论、教师引导，预测三种可能的现象：

①相同：吸水膨胀，失水皱缩。

②细胞壁更大：吸水膨胀，失水皱缩。

③细胞壁更小：吸水膨胀，失水皱缩（但原生质层和细胞壁分离）。

师：你更认为有哪种可能？理由是什么？

生：第三种。细胞壁的主要成分是纤维素，它的伸缩性应该比生物膜小。

师：嗯，很有道理。

设问分析：

抓住如何看到渗透现象这一关键设问，辅之以必要的知识讲述，学生还是比较容易提出“细胞壁和原生质层的伸缩性哪个更大”这一问题的。而设问“两者伸缩性大小的比较可能有哪些情况、分别出现什么实验现象”不仅为作出假设做了铺垫，还为接下来的实验方案设计和实验观察做了伏笔。

3.设计实验方案

师：植物细胞有内外浓度差的情况下，在显微镜下应该看到第三种实验现象，那么，是提供高浓度的还是低浓度的溶液好？为什么？

（学生思考）

生：高浓度好。低浓度时细胞吸水膨胀，现象不易与另两种情况区分。

师：已经失水的细胞再让它吸水，是不是更有说服力？

生：是的。这相当于又观察了一次渗透现象。

师：我们分析了各种情况，预测了实验结果，那实验大体步骤应该怎样？

（小组讨论、代表发言、教师点评）

设问分析：

探究过程中，似乎“设计实验方案”是最难组织教学的。但其实如果设问恰当，并且设计实验方案之前的教学扎实有效的话，实验方案反而会是水到渠成的。

4.进行实验（略）

5.讨论实验中的问题

各小组汇报遇到的问题及处理方法，参与讨论其他小组的问题，教师对正确的予以肯定，不足的引导大家讨论，需进一步探讨的用课外时间完成。

讨论的问题比较多，下面是其中一个问题的课堂研讨的实录：

某小组汇报：加蔗糖后观察发生质壁分离，但准备滴加清水前观察发现已经复原了，为什么？

师：你们小组选用的蔗糖溶液浓度是什么？

生：0.1g/mL。

师：其他同学能解释一下吗？

（学生思考、讨论）

生1：是不是用的洋葱细胞是死的？

生2：如果是死的，不会出现质壁分离。

生3：如果是质壁分离后死亡，这导致失水死亡的浓度也太低了吧？

生4：就算质壁分离后死亡，也不会在加清水之前复原。

生5：如果死了，加了清水也不会复原的。

师：其他小组都用的是0.3g/mL吗？

生：我们小组选用了0.5g/mL的蔗糖溶液，结果质壁分离后滴加清水没观察到复原。

师：没关系，有问题大家一起解决。根据这两组的结果和几位同学的发言，我们一起来梳理一下：用0.5g/mL的小组，似乎可以考虑此较高浓度下的细胞已死亡，所以滴加清水也不复原，用0.1g/mL的小组呢，为什么自动复原了？

生：……

师：蔗糖对植物细胞来说，应该是一种需要的营养物质吧！

师：按照老师的提示，大家再讨论一下。

……

设问分析：

“其他同学能解释一下吗？”这一设问似乎会导致学生思维过于发散，但这是学生实验过程中遇到的问题，不宜给学生提示或限制。另外，老师不能总想着赶在下课前完成上课任务，要给同学充裕的时间讨论、交流——其实学生讨论和交流本身就是重要的上课任务之一。最后，课后针对这一假設还要和该小组同学进行实验证明，虽然费精力，但学生有收获，内心就有成就感。

6.实验结果汇报（略）

7.得出结论（略）

（四）物质跨膜运输的其他实例和本节课堂练习（略）

四、教学反思

如果在实验之前给同学们更充足的时间进行交流讨论的话，更有利于他们探究能力的提升。实验的探究性更体现在实施前思考的创造性上，实验的实施不过是对思考的验证过程。同样，如果在实验之后能给同学们更充足的时间进行交流讨论，而不是急于进入“物质跨膜运输的其他实例”的话，也更有利于学生探究能力的提升。所以，如果课时允许的话，建议这一内容用3个课时完成，第一课时完成实验之前的内容，第二课时进行实验并进行相应的讨论、汇报和进一步探究，第三课时进行“物质跨膜运输的其他实例”的教学和课堂练习。

[参 考 文 献]

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准[S].北京：人民教育出版社，2003.

[2]毕诗秀.蔗糖能进入植物细胞的论证[J].生物学通报，2008（1）.

[3]刘本举.“植物细胞的吸水和失水”实验的分析与教学建议[J].生物学通报，2013（2）.

（责任编辑：符 洁）