基于初中實驗的“探究酵母菌呼吸方式”支架式教學

楊建忠

摘 要 以最近發展區理論為指導，針對探究活動中存在的困難，借助初中理化生實驗，創設多種類型的支架，引導、幫助學生逐步攀升，有效達成學習目標。

關鍵詞 支架式教學 問題意識最近發展區 生物學教學

中圖分類號 Q-33 文獻標識碼 B

維果茨基的“最近發展區”理論認為，學生的發展狀態存在兩種不同的水平：① 能夠獨立完成學習任務的實際發展水平；② 只有在他人的合理幫助下才能夠完成任務的潛在發展水平。在這兩種水平之間存在著一定的距離，即為最近發展區；教學不能僅僅保持在學生已有的發展水平上，而是要以學生的實際發展水平為基礎，以潛在發展水平為目標，在最近發展區內開展教學。依據這一理論發展而成的建構主義支架式教學，強調學生的“學”，是在一系列支架的引導、扶持下，力圖跨越“最近發展區”的學習，教師的“教”，是在“最近發展區”內，提供恰當的學習“支架”，幫助學生跨越“最近發展區”的教。

以高中生物“探究酵母菌呼吸方式”基本過程為主線，以學生在初中實驗和生活體驗中，形成的實際發展水平為基點，以一課時能夠順利完成全部探究活動為目標，分析主線各環節的基點與目標之間以及在知識與能力方面的內在聯系，針對由基點向目標發展的困難之處，借助初中理化生相關實驗，創設靈活多樣的支架，引導、扶持學生沿著主線步步攀升，實現對目標水平的意義建構。

1 創設圖文支架，導引探究問題的提出

通過初中生物七年級下冊的有關實驗，學生已經具備了辨認酵母菌及利用其產生的CO2和酒精，并會制作饅頭與米酒。可是，在學生依據該水平提出問題時，往往存在所提問題不能較好地指向探究方向的困難。教師可創設由四組內容構成的圖文支架：① 初中實驗所觀察到的酵母菌顯微照片；② 附有CO2文字的饅頭和附有酒精文字的米酒照片；③ 穿插在兩組照片之間的酵母菌在有氧和無氧情況下都能生活的文字信息；④ 讓學生按順序將三者用問題串聯起來。在這種圖文支架的導引下，學生不斷地沿著“酵母菌→有氧/無氧→CO2/酒精”進行自我登攀，不僅順利地提出符合探究方向的問題：“酵母菌是在有氧，還是無氧情況下產生CO2？酵母菌是在有氧，還是無氧情況下產生酒精？”并且學生還建構了探究實驗的自變量，是“有無氧氣”和檢測指標為“CO2和酒精”的知識，為后繼學習搭建了良好的新平臺。

2 創設向導支架，指引酵母菌培養液的配制

在初中生物動手做饅頭的實驗中，學生雖然進行過“將5 g干酵母，用30℃左右的溫水溶化”的操作，但是遺忘率很大；而且僅憑這一操作，是不能配得符合探究活動所需的培養液。另外，由于教學時間的限制，教師無法要求學生從最基本的材料開始進行配制。針對這些困難，以學生曾經的操作為導向性信息，以24 mL 5%葡萄糖液、1 g干酵母、水浴保溫裝置等為導向性材料用具，創設向導支架，指引學生在小組協商的基礎上，將葡萄糖液加熱至30℃后，加入干酵母攪拌，從而順利完成培養液配制的操作。與此同時，學生還獲得在30℃左右的溫度下對酵母菌培養的知識。

3 創設用具支架，幫扶實驗裝置的創設

創設恰當裝置，對提出的問題進行實驗探究，是理科科學探究至關重要的一步。學生對于探究活動所需實驗裝置的認識水平，主要是初中化學九年級上冊“CO2的制備”實驗中的裝置，但是該裝置制作中的打孔操作，以及用常規方法將其改裝成有氧裝置的操作，對學生而言是非常困難的。為此，首先給每個學習小組提供貼有A、B標簽的兩支分支試管、兩根玻璃彎管、兩根短橡膠管、兩個試管塞及兩套水浴保溫裝置，作為幫扶學生初步創設的用具支架。學生利用這些用具支架，依據初中化學實驗中形成的現有水平，不僅獨立組裝出圖1所示的實驗裝置，而且還會通過“不能通氣、可以導氣、能進行酵母菌培養”的分析，得出該裝置只可用于探究“酵母菌是否在無氧情況下產生CO2和酒精”的問題，并產生將該裝置改裝成能探究“酵母菌是否在有氧情況下產生CO2和酒精”的強烈欲望。在此基礎上，再給每個學習小組提供一支帶有9號針頭的60 mL注射器、一支空圓珠筆管、連接所需的膠帶，作為學生進一步登攀的用具支架；借此支架的幫扶，學生通過力所能及的操作，順利將一套圖1裝置改裝成圖2所示的裝置，從而為后繼實驗探究打下良好的工具基礎。

4 創設范例支架，引導無CO2空氣的制備

有氧呼吸實驗中，需不斷地通入空氣，而空氣中原有的CO2會對實驗現象產生影響。因此，需利用NaOH去除所通空氣中的CO2，這是學生的現有水平，但學生對利用注射器獲得所需空氣的操作存在困難。為此，首先出示初中化學“水和空氣的壓縮實驗”的內容：取兩支大小相同的醫用注射器，將其下端垂直向下，一支插入水中，一支懸于空氣中，然后將兩活塞向上抽拉，分別吸入等體積的水和空氣；再要求學生參照該實驗，利用一支60 mL注射器和5 mL質量分數為10%NaOH，制備50 mL排除了CO2的空氣。在該范例支架的引導下，學生經邏輯思維和操作試驗，獨立摸索出制取無CO2空氣的方法：先將注射器下端垂直插入NaOH中，吸至5 mL刻度，再將注射器下端垂直向下懸于空氣中抽拉活塞，吸空氣至60 mL刻度，最后再將注射器下端垂直向下徹底排除NaOH。

5 創設情境支架，激發產物CO2的檢測

本探究實驗的一個重要指標是對產物CO2的檢測，其中用澄清石灰水進行檢測的方法。學生在初中生物與化學實驗中，已經具備了非常好的認識水平，不僅能非常熟練地完成操作，而且能順利觀察到澄清石灰水的混濁度，是有氧條件大于無氧條件的現象；其中用BTB（溴麝香草酚藍）進行檢測的方法，由于只在初中生物“驗證綠葉在光下吸收CO2”實驗中反向使用過，因此絕大多數學生已經模糊不清。因此，教師利用初中實驗中的“酸堿指示劑BTB在酸性、中性、堿性溶液中，分別呈黃色、藍色、深藍色”內容，創設情境支架，觸發學生以CO2能使溶液變酸性為平臺，攀升至完成將CO2導入試管中BTB溶液的操作與觀察，并得到有氧、無氧條件下BTB溶液顏色變化，分別為藍變綠再變黃、藍變綠的現象。

6 創設建議支架，引領產物酒精的檢測

生物和化學的多個實驗使得學生已經具備向待測樣液中滴加酸性重鉻酸鉀，進行酒精檢測的方法，然而，將該方法應用于本探究實驗時，卻遭遇非常大的困難，其原因包括：① 有氧培養中的酵母菌，在代謝中會產生除酒精外的多種還原性有機物，這些有機物同樣會使酸性重鉻酸鉀變為灰綠色。因此，若采用向含酵母菌的培養液，滴加酸性重鉻酸鉀進行檢測，無氧和有氧培養液都會變為灰綠色。② 不足一課時的實驗培養，無法完全消耗培養液中的還原性葡萄糖。因此，即使采用向其過濾液滴加酸性重鉻酸鉀進行檢測的方法，同樣會出現無氧與有氧都變為灰綠色的現象。③ 如果借助酵母菌清水活化進行探究實驗，雖然可以避免葡萄糖對檢測結果的干擾，但是需要高濃度的酵母菌培養液，才能得到CO2的檢測結果，而此種培養液無法做到氧氣的充足供應，因此也會出現無氧與有氧都變灰綠色的現象。為了有效解決這個困難，筆者徹底擺脫學生現有水平的束縛，借助初中物理中的“酒精汽化”實驗，首先演示滴有幾滴酒精的封閉癟塑料袋在80 ℃熱水中的現象，然后呈現如下的操作建議：用玻璃棒蘸取少量酸性重鉻酸鉀，在潔凈載玻片中央涂抹出橙色圓斑，將橙色圓斑向下，蓋在拔去試管塞的分支試管口上，用盛有80℃水的燒杯進行保溫。在這種建議性支架的支撐下，學生既順利完成實驗操作，又卓有成效地獲得有氧下不變色、無氧下很快變灰綠色的探究結果。

在上述基于初中實驗、著眼于“最近發展區”的多類型支架幫扶下，學生逐步完成了整個探究活動，循序漸進地實現現有學習水平向更高學習水平的跨越，較好地達成了最終發展目標。

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