探究实验教学设计 落实生物核心素养

摘 要：基于生物学的核心素养，设计了“绿色植物是生物圈中有机物的制造者”（第一课时）的教学。以组织学生开展“绿叶在光下制造有机物”创新实验的课堂探究活动，学生自主设计对照方案并操作，落实发展“生物核心素养”的要求。

关键词：生物核心素养;教学设计;创新实验;学生主体

随着中学素质教育的不断深入，我国中学生物探究实验教学也得到了迅猛发展，生物核心素养也提升到一定高度。生物实验课是探究生物知识的重要途径，开好生物实验课可以调动学生学习积极性，激发学生学习兴趣，培养学生操作和思维能力，形成实事求是的科学态度和团结协作的精神。实验教学设计是课堂实验探究的主要载体，那么如何有效地进行生物探究实验教学设计，更好地落实生物核心素养呢？

一、 教材吃透，精心设计实验

想组织好一节生物课堂实验课，教师必须高度重视，精心准备，认真做好教材分析，把本节实验课的目的、重难点要吃透，明确设计思路，课前准备好实验材料等。下面以“绿叶在光下制造有机物”的实验探究为例，介绍课前准备的教材分析、设计思路。

（一）教材分析

本课时中的实验内容蕴含重要生物学概念。学生对这一概念的建构以实验“绿叶在光下制造有机物”为基础，为后续教学内容作铺垫。

本课时实验“绿叶在光下制造有机物”，步骤简单，科学道理却不简单。例如，步骤1“把盆栽的天竺葵（笔者用的是铜钱草、绿萝）放到黑暗处一昼夜”，步骤2“叶片用黑纸片遮挡形成见光和遮光”的对照，都需要遵循探究实验的基本原则和严谨的科学思维。

本课时的重点是验证绿叶在光下制造淀粉的探究思路，难点是对照实验设计及操作。

（二）设计思路

本课时以实验“绿色植物在光下制造有机物”为载体，完成一个验证性实验——“绿叶在光下制造出的有机物主要是淀粉”和一个探究性实验——“探究光是绿色植物光合作用不可缺少的条件”。教学设计着重让学生理解“绿叶在光下制造有机物”的实验原理和实验步骤，依托学生已有的知识，采取了设疑逆推的探究式教学方式，引导学生从实验目的开始设疑逆推：绿叶在光下制造的有机物是不是淀粉？……—去除叶绿素 如何去除叶绿素？……通过对实验操作步骤与原理的层层分析，培养发展学生探究的能力。

同时笔者根据本地区天气特点及实践经验，对教材中的实验材料及方法进行改进，设计中所采用的实验材料——铜钱草。取材容易、叶片薄、脱色时间短、效果明显，在实验过程中增加“叶片放在开水浸6秒”这个步骤，大大缩短了脱色时间，这些改进都有效地提高实验成功率。

让学生领取教师课前帮忙处理过的铜钱草叶片（有余力的可多领取绿萝叶片），分组开展以光为变量的对照实验，实验后学生对实验现象进行分析，展开讨论。

二、 问题驱动，提高课堂效率

新课标强调了要注重在教学过程中对学生思维能力的培养。问题是思维的起点，教师在教学过程有效提问，驱动学习。我国古代著名的教育家孔子主张“不愤不启，不悱不发，举一隅不以三隅反，则不复也”。

以“绿叶在光下制造有机物”的实验探究为情境，设置问题串任务驱动学习，引导学生逆推实验操作步骤。问题串在设计时要有明确的目的，有层次、有梯度，而且语言简练，指令明确，不能出现一个问题学生不知道回答什么问题。好的问题串才可以替代教师的指令，学生才能高效地进行学习。学生将任务完成后，引导学生学会质疑，自己设计即将探究的实验问题，拓展学生的能力。下面以“绿叶在光下制造有机物”的实验探究，介绍课堂教学过程所用的问题驱动设计。

探究：绿叶在光下制造有机物。

（一）提出问题，做出假设

引导学生仔细研读实验题目——“绿叶在光下制造有机物”，找出几个关键词——绿叶、光、有机物，认真考虑，可以提出哪些探究性问题并作出假设。

展示本课时实验准备探究的两个内容：光合作用的条件与产物。

设计意图：启发学生先慢看实验题目，获取有效信息，调用储备的知识，回忆学过探究性实验的一般过程，引导学生思考，进行思维建模，提出能与关键词组合的一些问题与假设，并明确实验目的。

（二）设疑导思，制定计划

①通过什么方法检验淀粉？（用“淀粉遇碘变蓝”的实验原理分析）②能否将碘液直接滴在叶片上呢？为什么？（叶片的表皮有一层角质层，透光不透水，碘液无法接触到内部，且蓝色和绿色之间存在颜色干扰，不利于观察）③如何去除叶片的绿色？④能否直接加热酒精呢？为什么？应该如何操作？（酒精沸点低、易燃的特点，直接加热易发生危险，从而理解酒精隔水加热的原因）。教师介绍小技巧：将叶片放在刚烧开的开水（教师课堂用电热杯烧的开水）中浸6秒，这样能缩短脱色时间。⑤如何设计实验证明绿叶制造有机物需要光？变量是什么？你会如何设计？怎么保证变量单一性呢？⑥植物在遮光处理后直接放阳光下照射，可以吗？为什么？（提示：操作实验之前，叶片中可能有贮存有机物吗？如果有，怎么排除它对实验的影响呢？）引导学生归纳“绿叶在光下制造有机物”的实验操作步骤。

设计意图：抛出一个个问题，引导学生捕捉教师设问中指令词、中心词、限定词，逆推实验操作步骤，理解实验步骤的设计原理，学生自主讨论探究方案，勇于领走任务，体验了科学探究的方法和一般过程。核心素养体现——运用本实验探究前抛出的问题串，引导学生审设问：指令词、中心词、限定词，调用储备的知识，进行科学探究思维建模，培养学生的区域认知和综合思维。

三、 实验探究，体现学生主体

落实学生在探究实验活动中的主体地位，需要我们教师勇敢地去探索，大胆地创新，学生的主体地位才会不断地凸现，他们才会逐步获得情感愉悦，他们热爱科学的兴趣才会逐步培养起来。

以“绿叶在光下制造有机物”的这一节实验探究课为例，在有限的课堂时间，让学生做本课时的实验探究有些难度，因此教师需要提前在课外做大量的工作，选取植物预实验与培训各小组长，将知识点、重难点进行板块划分和序列设定，每个板块必须根据学情合理设计。在本课时教学过程——实施计划，得出结论这个板块设计如下：①播放“绿叶在光下制造有机物”的实验视频。②教师对课前已准备好的2盆植物（绿萝和铜钱草）做个说明，有些叶片已经过不同处理（暗处理、遮光处理等），分解任务请每个小组摘取叶片，进行探究实验，指导学生可参照课本，完成后续隔水加热酒精脱色、清水漂洗、滴加碘液、再冲洗的操作。同时完成《导学案》。③指导学生展示各组的实验结果。④教师展示预实验（教师与各小组长利用课余时间合作的实验，事先培训小组长，分别用绿萝和铜钱草做不同处理——有光无光、光照时间长短，光照强弱照射等）中所做的结果或手机拍摄的相片直接投影出来，结合学生自己本课时亲自动手的实验操作过程，小组同學互相交流讨论，归纳总结，教师指导修正，适当鼓励。

设计意图：从实验视频情境出发，激发学生想做实验的好奇心，实验中有些操作学生第一次接触，比如隔水加热酒精脱色和盖酒精灯等，操作复杂，难度较大，为了安全，课前教师先培训小组长，课堂上教师再次当着全班学生面示范并讲解实验的注意事项，重视实验安全，在这个时代更有意义。学生在体验中获得成就感。通过小组学生上台投影展示用不同种植物绿叶所做的实验结果，让他们认识到光合作用普遍存在于绿色植物之中。核心素养体现——通过实验的可行性分析与小组探究活动，训练了学生科学思维，如观察、实验、归纳等，教师明白实践育人的重要性。

本实验选用铜钱草作为实验材料。铜钱草的叶片较小，经过沸水烫煮后，酒精脱色速度较快，可以节约实验时间。学生观察：对照遮光的叶片、酒精脱色的叶片、滴加碘液后的叶片。描述观察到的实验现象：滴加碘液后，叶片遮光部分没有变蓝，见光部分变成蓝色。

得出结论：绿叶在光下制造的有机物是淀粉，光是绿叶制造有机物不可缺少的条件。

与铜钱草经过相同步骤处理的绿萝叶片滴加碘液后，发现整片叶子几乎都被染成蓝色，这一现象引发学生的认知冲突：为什么经过暗处理后，绿萝叶片的遮光部分也出现了蓝色？引发学生思考可能是24小时的暗处理时间不足以使绿萝消耗叶片中的淀粉，绿萝需要更长的暗处理时间。

四、 深入思考，点拨释疑拓展

（一）深入思考分析

展示花叶绿萝，让学生观察花叶绿萝与绿萝叶片区别，引导学生注意观察花叶绿萝叶片的绿色部分与黄白色部分，提问学生碘液滴加到黄白色部分会变蓝吗？引导学生根据现象得出结论：只有植物的绿色部分可以产生淀粉，绿色部分有叶绿体，其中的叶绿素能捕获光能。从而指出叶绿体是生产有机物的“车间”，也是将光能转变为化学能的能量转换器，达成光合作用概念的构建。

设计意图：深入分析实验现象，总结并理解光合作用的概念。

（二）总结及课后拓展

关于这个实验，学生还有什么疑问吗？学生说出他们的疑问，教师启发学生思考。

设计意图：通过这一课时学习，将课堂小问题拓展，发散学生思维，为这节的第二课时做好铺垫。从微专题探究实验出发，以小见大，帮助学生进阶，进一步落实核心素养。

（三）以整带散，构建知识网络

依托学过的内容，帮助学生构建本课时知识网络。再将答题过程中方法总结、注意事项填充到知识网络中，使其更加丰满。以知识框架为载体带动零散知识点，使逻辑思维更加严密。

五、 教学反思，提升创新能力

本节课还存在值得商榷的地方，受天气影响，实验探究对照效果不是很明显，课堂时间过于紧张而造成有些任务完成效果欠佳，如只让两组代表上台展示实验现象并分析，其他小组没时间展示分析，由教师代讲，缺乏预见性和开放性。今后可以在材料选择与某些实验步骤设计上做些改良，期望有更大的突破。使学生对探究实验设计有更浓厚的兴趣，创新能力有所提升。

参考文献：

[1]赵娥.让问题成为构建高效课堂的利器：浅谈新课改下初中生物教学中的提问策略[J].考试：教研，2012（18）.

作者简介：

林丽，福建省福州市，福建省福清虞陽中学。