“物質跨膜運輸的實例”的探究式課堂教學實踐

摘 要: 本文作者通過對探究性教學模式的合理運用，在高中生物課堂教學中，對人民教育出版社出版的普通高中《生物》(必修1)“分子與細胞”第4章第1節“物質跨膜運輸的實例”進行了探究式課堂教學的嘗試，認為探究性課堂教學模式的合理運用有利于提高學生的學習興趣、學習能力，培養學生的科學素養，提高教學的有效性。

關鍵詞: 高中生物 探究式課堂教學 “物質跨膜運輸的實例”

普通高中生物課程標準不僅將探究式學習作為重要的理念加以強調，并將它作為教學建議予以提出，列入了課程目標和內容標準之中。這種教學模式，必將促使學生的學習方式和教師的教學方式發生深刻的變革。

1.探究式課堂教學的理論

1.1探究式課堂教學的概念

探究式課堂教學是按照科學探索的一般規律，以探究式學習思想為指導的教學。具體地說，它是在教學過程中教師創設學生“有所發現”的教學情境，啟發學生以類似科學研究的方式去獲取知識、應用知識和解決問題，從而在掌握知識的同時，體驗、理解和應用科學方法，培養創新精神和實踐能力。它繼承和發揚了布魯納的“發現學習”的思想精髓，主張學生對知識的“再發現”和“重組合”，提高學生發現、獲取新信息和提出新問題的能力。

1.2探究式課堂教學的特點

探究式課堂教學要求教師創設一種民主、平等的教學環境，最大限度地提高學生學習自由度，重視發展學生的創造性、主體性，培養學生的動手操作能力和科學探究能力，從而全面提高學生的科學素養。這種理念與新課程標準所規定的課程性質相符，高中生物課程標準提出高中生物課程將“進一步提高學生的生物科學素養。尤其是發展學生的科學探究能力……”[1]。

1.2.1探究式課堂教學強調教師的指導作用

探究學習“不是學生完全自主地去探究和解決問題，而是需要有教師的指導和幫助的”[2]。教師所起的作用，是為學生創設情境，準備物質條件，鼓勵并引導學生進行發散思維，及時靈活控制課堂思路，在尊重學生的選擇的基礎上起到引導、指導、誘導作用，培養學生科學、嚴謹的態度和科學思維品質并引導學生通過具體實例，通過親身體驗參與，獲得感性認識，并以此為基礎上升到理性認識。

1.2.2探究式課堂教學關注學生的自主探索

在探究式課堂教學中，學生始終以小科學家的身份作為探究活動的主體，自主地進行探究，也就是把學生自己的學習方式的培養放在教學設計的一個突出地位。在探究過程中，教師要讓學生始終帶著濃厚的興趣進行探究性學習和參與一系列探究活動，其出發點是發揮學生的能動性和創造力，在教師的指導下進行自主探索，無論是對知識的體驗，還是對能力，以及情感的發展，學生的科學素養的養成都起著極其重要的作用。

1.2.3探究式課堂教學突出學習過程中的科學探究模式

探究式課堂教學運用的教學模式是科學研究一般模式，其具體操作是以“問題”為中心，沿著“提出問題—解決問題”的方向，引導學生自主探究。探究式課堂教學設計所關注的是如何提供真實情境或模擬情境讓學生體驗、發現與探究。

總之，探究式課堂教學是以科學探究作為學習科學的中心環節。探究式課堂教學模式是創設教學情境，通過引導學生用類似于生物學家進行科學研究的方法去獲得信息、處理信息、解決問題，從而得出結論的課堂組織模式。將探究式教學模式用于生物學課堂教學，有利于學生通過探究活動獲取知識、領悟科學的思想觀念、科學方法;培養學生的創新精神和探究能力、研究能力;把科學知識的學習與科學方法的訓練結合起來，將所學知識用于解決新問題;使學生對科學、技術、社會的關系，科學的性質等問題有切身的認識和體驗，培養學生的科學態度和科學精神，從而使學生的科學素養得到全面提高。探究式課堂教學順應了認識發展規律和基礎教育課堂改革的需要，以及時代對人才的要求;打破了傳統教學方式中束縛學生手腳的一套做法;遵循現代教育“以人為本”的理念，給學生以最大的發展空間。

2.“物質跨膜運輸的實例”探究性課堂教學案例

下面我以人民教育出版社出版的普通高中課程標準實驗教科書《生物》(必修1)“分子與細胞”第4章第1節“物質跨膜運輸的實例”為例，介紹進行探究式課堂教學的嘗試。

2.1教學目標分析

本節內容的教學目標是(1)舉例說出細胞膜是選擇透過性膜;(2)嘗試提出問題，作出假設;(3)進行關于植物細胞吸水和失水的實驗設計。教材的立意是通過分析水的跨膜運輸的探究實例和跨膜運輸的其他實例的分析，引導學生得出膜的選擇透過性的結論。

2.2教學流程的設計

2.3教學步驟的實施

本節內容中的植物細胞吸水和失水的探究活動是教材對新課程倡導探究性學習理念的體現。教材還以“問題探討”的形式分析了滲透現象;通過提供圖片引導學生分析水分進出哺乳動物紅細胞的現象。為了更好地貫徹探究式教學的思想，我在教學設計中增加了“滲透現象的探究”和“動物細胞吸水和失水的探究”兩個動手探究活動。在“植物細胞吸水和失水的探究”活動中，提供了更多的實驗材料供學生選擇，使學生對植物細胞吸水和失水的原理有更加全面和深刻的理解。考慮到教學時間的有限性，我將學生分成多個協作學習小組，安排兩個課時進行教學，第一課時主要進行探究活動，第二課時主要進行表達交流。

2.3.1探究方案的設計與準備

由于本節內容是學生在必修課中的第一次探究活動，教師要求學生在課前充分預習教材，指導學生明確科學探究過程一般包括提出問題、作出假設、設計實驗、進行實驗、結果分析、表達交流等步驟。每個學習小組根據自己的學習結果在教師指導下選擇一個探究主題完成實驗設計，教師對學生提出的方案，進行修改和完善，并向實驗室提出探究實驗申請。

2.3.2課堂動手探究活動的內容

2.3.2.1半透膜的透過性的探究

①滲透現象的探究。

教材中的滲透作用的演示實驗用玻璃紙作半透膜，滲透效果差，長頸漏斗管內的液柱上升速度太慢，在實際課堂教學中不太可行。我在教學中將玻璃紙改成雞蛋殼膜作為半透膜并將這個演示實驗改成學生探究活動。步驟:A.將雞蛋尖端敲破，倒去蛋清和蛋黃，將鈍端一半的蛋殼用15%的鹽酸溶去，制成半透膜。B.實驗時，向蛋殼內注入質量分數為50%的蔗糖溶液20毫升，懸掛在裝有清水的250毫升燒杯中，使蛋殼內的液面與燒杯內的水面平齊，過一段時間后，將蛋殼內的液體倒出，量取其體積。

②蔗糖分子能不能透過雞蛋殼膜?

教材中提到“蔗糖分子則不能通過半透膜進行擴散”，在教學中可以通過學生的探究活動使之形成更深刻的印象。蔗糖分子究竟能否透過雞蛋殼膜?根據已學的必修1第2章第4節的知識和學生已有的化學知識，當蔗糖用稀硫酸加熱水解后得到葡萄糖和果糖，而葡萄糖的還原性可用斐林試劑檢驗。

步驟:向蛋殼內注入30毫升清水，懸掛在盛有50%蔗糖溶液的燒杯中，一段時間后，將蛋殼內的液體吸入試管中，取試管中的液體0.5毫升，以等量的50%的蔗糖溶液作對照，各加入2滴10%的稀硫酸，稍加熱后，用斐林試劑檢驗是否有還原糖的存在。

③葡萄糖分子能不能透過雞蛋殼膜?

步驟:向蛋殼內注入30毫升清水，懸掛在盛有50%葡萄糖溶液的燒杯中，一段時間后，將蛋殼內的液體吸入試管中，取試管中的液體0.5毫升，以等量的50%的葡萄糖溶液作對照，用斐林試劑檢驗是否有還原糖的存在。

2.3.2.2動物細胞吸水和失水的探究

“動物細胞吸水和失水”的教學，教材立意是通過引導學生進行紅細胞吸水和失水的圖片分析來達到教學目標。由于學生已經具備顯微鏡使用技能，可以將其設計為探究性實驗。

步驟:

A.將一滴新鮮血滴于一載玻片上，并與10%NaCl溶液混合，蓋上蓋玻片，用顯微鏡觀察紅細胞的狀態;

B.將一滴新鮮血滴于一載玻片上，與蒸餾水混合，蓋上蓋玻片，用顯微鏡觀察紅細胞的狀態，并與A組的實驗結果相比較。

2.3.2.3植物細胞吸水和失水的探究

①植物細胞質壁分離及其復原的探究。

材料可用紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞、杜鵑花花瓣表皮細胞等，步驟參考教材;還可用水綿細胞作為實驗材料，步驟參考教材，以水綿細胞作為實驗材料時，質壁分離的外界溶液改為0.2g/ml的蔗糖溶液。

②馬鈴薯塊莖吸水和失水的探究。

A.實驗前一天，教師按照探究實驗設計的要求，配制質量分數依次為0、5%、10%、15%、20%的蔗糖溶液各200ml分別盛于甲、乙、丙、丁、戊五個容積為250ml的燒杯中;馬鈴薯去皮，用直徑為0.5cm的打孔器取長度為4cm的馬鈴薯條五條，分別用天平稱取其重量，然后分別依次浸入甲、乙、丙、丁、戊五個燒杯中。

B.實驗課時，學生依次從五個燒杯中，取出馬鈴薯條，用吸水紙吸去表面溶液，分別用天平精確稱取其重量，并與原重量相比，計算其變化值。

2.4表達與交流

要求每個實驗小組寫出實驗報告，對實驗結果作出分析、推斷，對實驗過程中遇到的問題提出解決方案，在第二課時，每個實驗小組推薦一位同學將其探究結果向全班同學匯報。最后，由教師小結、補充。

3.教學反思

本部分內容的教學設計，是基于探究式的教學思想和過程式的學習步驟。學生的學習活動是相對獨立的，突出體現其主體性、過程性、體驗性、創造性。教師的功夫應該滲透學生的探究活動之前、中、后三個環節，重在啟發、引導、鼓勵、促進。

3.1在遵循科學性、激發創造性的前提下，教師應該圍繞教學目標盡量為學生提供可供選擇的探究主題和實驗材料，以滿足學生個性化的探究需求，指導學生自主提出探究方案并據此對學生進行探究活動分組。

3.2學生通過自己的探究活動獲得的知識可能是零碎的、片面的、不完整的，需要教師加以歸納、小結、提升，實現從感性認識到理性認識的順利飛躍。

3.3允許學生“犯錯”。由于探究學習具有“發現學習”的性質，在學生進行探究實驗設計時，可能會出現一些疏漏，教師應該將這些疏漏轉變為教育機會。比如，在“蔗糖分子能不能透過雞蛋殼膜?”的探究設計中，有一組學生用“白糖”(市售蔗糖)溶液做半透膜透過性實驗，教師允許其實施探究方案，并引導這個小組將其探究結果與用“化學純蔗糖”溶液做雞蛋殼膜透過性實驗的小組的探究結果進行對比分析，使學生從中學到了新的知識，又領會了科學的方法。

3.4對學生通過探究活動得出的合理結論和“新的發現”應該加以贊許。比如，進行“馬鈴薯塊莖吸水和失水的探究”的學習小組在實驗報告中寫道:“我們認為，馬鈴薯塊莖的吸水力與5%的蔗糖溶液的吸水力相當?！彪m然這個結論不一定很精確，但我肯定了學生的成果，他們有了成就感，感到了探究學習的樂趣，提高了發現問題、分析問題、解決問題的能力。

3.5鼓勵后續探究活動?？茖W是在不斷地“發現問題—探究問題—發現新問題—探究新問題”的循環過程中發展的?！芭囵B學生的質疑能力和獨立思考的能力，是探究學習的基本又是核心的目標”[3]。探究式的課堂教學鼓勵學生在探究學習過程中發現新問題、探究新問題，以培養學生的主動學習精神。比如，在完成“蔗糖能不能透過雞蛋殼膜?”和“葡萄糖能不能透過雞蛋殼膜?”的探究活動后，學生提出一個新問題:“為什么蔗糖不能透過雞蛋殼膜?葡萄糖卻能透過雞蛋殼膜?”我鼓勵學生進行后續探究，并將探究結果上交。學生在課后查閱資料后認為:“蔗糖分子的直徑大約是2.7nm，葡萄糖分子的直徑大約是0.51nm，蔗糖分子的直徑比葡萄糖分子的直徑大，所以，蔗糖分子不能透過雞蛋殼膜，葡萄糖分子卻能?！辈送茢?“雞蛋殼膜的孔徑應該介于0.51nm和2.7nm之間。”我通過鼓勵后續探究活動，既培養了學生的探究習慣和精神，又使學生體驗到知識和能力發展的無限性。

參考文獻:

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[2]鄭金洲.基于新課程的課堂教學改革[M].福州:福建教育出版社，2003:137.

[3]高凌飚，李志厚等.高中新課程教師叢書(第一輯)——學習論與新課程學習理念研究[M].廣州:廣東教育出版社，2004:349.