引问题“活泉” 助实验“渠成”

汪新颖

摘要：本文通过教学实例讲述如何联系生活中熟知的现象提出问题、分析问题，通过开展启发式教学引导学生合理设计实验、实施实验并正确处理数据，同时拓展思维，一方面将实验从定性观察上升到定量分析后构建数学模型，另一方面从材料、试剂的选择与更换等角度鼓励学生进行实验再探究，从而更好地理解原生质层相当于一层半透膜的含义，最终联系实际生产生活，学以致用。

关键词：生物学科 实验教学 科学探究能力

生物学科是一门研究生命现象和活动规律的自然科学。新课程标准将提高学生的科学素养作为课程标准实施的核心任务。而探究性实验教学可以从多角度培养、提高学生的思维和综合能力。

同时，探究性实验在高考中占据不小的分量，这要求学生真正地理解实验目的和原理，通过设计实验，动手操作实验，进行正确的评价与分析，最终达到学以致用。教师可在实验教学中借助于假说演绎、模型构建等科学方法综合提升学生能力，摒弃机械的重复实验步骤的被动式学习，让学生在一个承前启后和开放的过程中主动获得知识，在探索中形成思想、方法和情感，并且注重与科学技术的密切联系。下面以人教版必修一第四章的实验——“探究植物的吸水和失水”实验为载体展开分析。

一、课前准备：从熟知现象出发，化抽象为具体

学生联系实际生活，交流讨论生活中常见的植物吸水和失水的现象，这些常见的现象引发了学生的好奇心理。接着教师进行“萝卜的失水”演示实验：事先将新鲜的萝卜切成大小相同的两小段，用记号笔标上1、2，用小刀分别在两段萝卜中间切出一个小口，1号小孔加两小勺食盐，2号小孔不做任何处理。

学生预测实验现象后发言，自然引入课题。

二、课内研讨：以有效提问引入探究性实验

（一）提出问题

根据实验演示，学生提问：为什么加盐后会有水分？水从哪里来？

（二）作出假设

教师评价学生的问题，指出這是一个好的问题，有研究价值。对于刚接触细胞结构的高一学生而言，他们容易想到细胞膜和液泡膜是半透膜，但难以直接过渡到原生质层相当于半透膜这个层次。所以，教师利用课件展示植物细胞的结构及原生质层与细胞壁的位置，让学生分析后做出假设： 小孔内的水分来自细胞内，因为加盐后外界溶液浓度增大，水从液泡中出来，可以通过观察液泡体积的变化来判断细胞是在吸水还是在失水。

（三）设计实验

小组成员分工合作讨论各自实验方案：

（1）实验自变量、因变量是什么？

（2）如何控制自变量和无关变量，检测因变量？

（3）实验对照如何设置？设置实验对照应该注意哪些事项？

（4）实验结果预计如何？

教师课件展示实验步骤，评价实验方案，解释引流法操作。

（四）进行实验，记录实验现象

（五）讨论交流，得出结论

教师上传部分同学前后三次镜检的图片，重点分析滴加蔗糖溶液后出现的变化及其原因，提出质壁分离和复原的概念。同时展示实验现象不明显的图片，只有学生真正动手实验，他们才会发现更多问题，讨论交流原因，如：蔗糖溶液浓度不够;蔗糖溶液没有扩散到位，时间不够;细胞活性不大等等。此时回忆哺乳动物成熟红细胞吸水与失水的过程属于渗透现象。通过类比学习，学生能更好地理解成熟的植物细胞相当是一个渗透装置，原生质层相当于一层半透膜。通过自己动手操作，学生更好地理解了课前实验中萝卜细胞失水的原理，也能基本理解课本上提到的农业生产中施肥过多导致的“烧苗”现象。

（六）课内延伸，再探究

通过实验，学生掌握了植物吸水和失水的一般原理，在感受科学探究的一般过程后进行反思。

（1）实验试剂为什么选择0.3 g/mL蔗糖溶液？换成其他浓度或其他溶质行不行？如0.6 g/mL蔗糖溶液、KNO3溶液、葡萄糖溶液、盐酸。请说出原因。

（2）实验材料选择洋葱鳞片叶外表皮的优点在哪儿？如果内表皮可以做实验，那么该如何设计实验？

再次设疑，进行再探究。

（1）探究不同浓度的蔗糖溶液对植物细胞吸水与失水的影响。

（2）探究尿素溶液、KNO3溶液对植物细胞吸水和失水的影响。

（3）探究洋葱鳞片叶内表皮作为实验材料的实验方案设计。

学生思考，设计实验方案，讨论交流后相互评价，教师点评分析。

上述实验的展开，不仅加深了学生对教学内容的理解，还可以培养他们迁移知识的能力，让质疑和探究成为学生学习的内在需要，促使课堂教学的动态生成。总之，实验是培养学生思维和实践能力的重要途径， 通过对问题的挖掘和探究，拓展其外延和内涵，纵向深入，横向联系，研究新问题，让学生深入理解科学研究的一般方法。

三、课后发散：拓展实验思维，构建生物模型

当学生完成拓展性实验后，教师继续点拨，提醒学生：实验过程中学生并不是一直在观察目镜，所以在滴加蔗糖溶液20秒甚至30秒后，细胞变化不明显。如果想持续监测，那该怎么办呢？教师可以进入课内延伸，引出目镜测微尺。教师通过介绍目镜测微的作用，以模式图解释，通过测量和计算可以持续观察植物细胞失水的情况，了解质壁分离的程度，同时展示相关数据表格，绘制的数学模型图（图1）。

教师还可以借助于信息化手段，将手机支架固定在显微镜上，拍摄整个实验过程的视频，后用视频处理软件加速后，可以明显看到细胞的动态变化，加深学生的印象。课程的最后学生观看图片资料，能理解实际农业生产中关于植物吸水和失水原理的应用。

四、教学反思

本节课的创新点：通过萝卜失水的直观实验现象自然引出问题，结合细胞结构尝试做出回答，相对于直接提出原生质层相当于一层半透膜而言，这降低了难度。在探究实验的设计过程中，从材料和试剂两个方面逐步引导，鼓励学生大胆设计。对于实验过程中出现的问题，教师及时分析评价并做适当程度的延伸。通过本节课的学习，学生掌握了科学探究的一般步骤，从观察现象、提出问题到在假设的基础上设计实验、操作后分析实验结果，最终在表达与交流中体会科学探究中蕴含的理性思维。对实验中出现的问题积极反思，小组合作讨论，为下一步的探究奠定基础。

结语

总的来说，实验教学是新课程体系的重要组成部分。在平日的教学中，我们应借助于实验教学，多方面培养学生的科学探究能力，同时也可以将现代信息技术融合到传统实验教学中，丰富实验内容，提高实验效率。如我校配备了数码显微互动实验室，它是一种借助于网络技术的全新教学模式，教师可以通过主机监控各个小组的实验状况，根据每组学生的具体实验状况进行单独的辅导讲解而不相互干扰。在对实验现象的分析讨论中，教师可以将典型的实验结果投影在大屏幕上进行及时的评讲。相对于传统的实验教学，数字化仪器的使用有利于教学内容的呈现，使得信息技术成为学生探究问题的有力工具，更体现了科学和技术的紧密联系。总之，不管采取何种形式组织实验教学，实验都重在让学生真正参与科学研究过程，允许学生对问题有不同看法，肯定学生提出的新思路。探究性学习尽管费时多，难控制，但有利于学生生物学科素养的提高，需要在长期的师生互动和生生交流中去贯彻、提升。

参考文献：

[1]朱正威.对“提高生物科学素养”的理解[J].中学生物教学， 2006，1：4 6.

[2]中华人民共和国教育部制定.普通高中生物课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.