例談高中起始年級(jí)生物學(xué)探究活動(dòng)的有效設(shè)計(jì)

榮 瑩

(江蘇省無錫市第一女子中學(xué) 214002)

高中起始年級(jí)的學(xué)生，來自不同的初級(jí)中學(xué)，實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)有差異，要組織一次有效的探究活動(dòng)，必須經(jīng)過教師的精心“設(shè)計(jì)”。教師在設(shè)計(jì)探究活動(dòng)時(shí)須把握參與度。參與過度，則不是真正意義上的“學(xué)生探究”，參與不夠，則學(xué)生可能連“提出問題”都做不好，更不用談實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)施、反饋等。因此，在“度”的把握上要做到既給學(xué)生留有探究空間，又讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)主線很不易。筆者就高中起始年級(jí)如何設(shè)計(jì)課堂內(nèi)探究性活動(dòng)談兩點(diǎn)建議：

1 基礎(chǔ)篇: 因時(shí)因材縮放實(shí)驗(yàn)范圍

教師可以根據(jù)預(yù)期教學(xué)目標(biāo)及學(xué)生的先行知識(shí)重新整合設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容。對(duì)于起始年級(jí)的學(xué)生，適當(dāng)縮小實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的范圍，以防止學(xué)生對(duì)過度開放的課題產(chǎn)生“恐懼感”。同時(shí)，去掉不必要的細(xì)枝末節(jié)，使學(xué)生的設(shè)計(jì)“主干”更加清晰，在“主干”清晰的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生逐步放大實(shí)驗(yàn)范圍，打破學(xué)生的思維定勢(shì)。例如，對(duì)“植物細(xì)胞的吸水和失水”實(shí)驗(yàn)，選擇哪種植物細(xì)胞，以及哪種外界溶液都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，對(duì)于初次體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的學(xué)生而言，要同時(shí)考慮這么多問題，會(huì)覺得茫然，也會(huì)打擊學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的信心。可進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：

1.1 “縮小”實(shí)驗(yàn)范圍 教師在教學(xué)設(shè)計(jì)中，可先縮小實(shí)驗(yàn)范圍：規(guī)定實(shí)驗(yàn)材料為紫色洋蔥鱗片葉表皮細(xì)胞，外界溶液為0.3 g/mL的蔗糖溶液。這種“限制”讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)能更多地關(guān)注投入實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及優(yōu)化中。因此，在該階段，學(xué)生可集中精力將植物細(xì)胞和滲透裝置進(jìn)行類比，分析并假設(shè)植物細(xì)胞中結(jié)構(gòu)與滲透裝置中結(jié)構(gòu)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，亦可在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用紫色洋蔥鱗片葉表皮細(xì)胞和0.3 g/mL的蔗糖溶液設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)。

1.2 “擴(kuò)大”實(shí)驗(yàn)外延 當(dāng)學(xué)生對(duì)上述實(shí)驗(yàn)充分體驗(yàn)后，教師可順勢(shì)擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。如設(shè)問“實(shí)驗(yàn)材料的改變是否會(huì)影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？”引導(dǎo)學(xué)生在分析回答上述問題過程中，總結(jié)細(xì)胞能進(jìn)行質(zhì)壁分離的條件及作用實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)缺點(diǎn)。例如，洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細(xì)胞與外表皮細(xì)胞相比，優(yōu)點(diǎn)在于取材簡(jiǎn)便，缺點(diǎn)在于液泡顏色淺，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯。但是，若采取適當(dāng)措施彌補(bǔ)缺點(diǎn)，則鱗片葉內(nèi)表皮細(xì)胞是最理想的實(shí)驗(yàn)材料。接著設(shè)問：外界溶液只能選用蔗糖溶液?jiǎn)幔繚舛戎荒転?.3 g/mL嗎？可否改為0.5 g/mL的蔗糖溶液或濃度為0.01 g/mL的蔗糖溶液以及KNO3溶液？同時(shí)能否設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細(xì)胞的細(xì)胞液濃度？教材的“相關(guān)信息”中提示“細(xì)胞壁是全透性的”，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這一信息？一系列的問題串使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的范圍不斷擴(kuò)大，探究的問題不斷深入，有些問題的設(shè)計(jì)可延伸到課堂外。

2 提升篇: 合理轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)類型，重視實(shí)驗(yàn)思路

不同類型的實(shí)驗(yàn)在教學(xué)設(shè)計(jì)中承擔(dān)不同的教學(xué)任務(wù)；演示實(shí)驗(yàn)可在短時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果；驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可讓學(xué)生自主體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法，認(rèn)同實(shí)驗(yàn)結(jié)果；探究性實(shí)驗(yàn)則更注重實(shí)驗(yàn)過程。在教學(xué)設(shè)計(jì)中，不同類型實(shí)驗(yàn)的合理轉(zhuǎn)換，可使教學(xué)活動(dòng)呈現(xiàn)新生命力。例如，“螢火蟲發(fā)光實(shí)驗(yàn)”驗(yàn)證了螢火蟲發(fā)光所需能量直接來自于ATP，而不是葡萄糖，教師在教學(xué)過程中對(duì)該實(shí)驗(yàn)可重新進(jìn)行設(shè)計(jì)：

2.1 實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入(問題串) 日常生活與能量息息相關(guān)，如家用電器需電能才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，電的產(chǎn)生途徑有哪些？水、煤、石油等均蘊(yùn)含著豐富的能量，它們能否直接給家用電器提供能量？若不能，它們的能量要怎樣才能被電器所利用？在生物界，生物體進(jìn)行各項(xiàng)生命活動(dòng)都需要能量，生物體內(nèi)哪些物質(zhì)可以為這些活動(dòng)提供能量呢？糖類和脂肪能否為生命活動(dòng)直接提供能量呢？由此導(dǎo)出探究話題“生物體的生命活動(dòng)所需能量是何物質(zhì)直接提供的”，從驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄繉?shí)驗(yàn)，學(xué)生不再僅被動(dòng)地驗(yàn)證前人的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，而是將實(shí)驗(yàn)?zāi)康霓D(zhuǎn)化為自身內(nèi)需，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力。

2.2 提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 上述課題范圍較大，教師可確定子課題“螢火蟲發(fā)光所需能量是何物質(zhì)直接提供的”如下。

背景資料：取若干只螢火蟲的發(fā)光器，干燥后研磨成粉末，放入一試管后，加水使之混合(螢火蟲發(fā)光部位提取液)，可見試管內(nèi)有淡黃色熒光出現(xiàn)，約15 min后熒光消失。

實(shí)驗(yàn)材料：螢火蟲發(fā)光部位提取液、葡萄糖溶液、脂肪溶液、蒸餾水、ATP溶液、大小相同的試管若干、標(biāo)簽紙若干等其他實(shí)驗(yàn)所需材料。

實(shí)驗(yàn)假設(shè)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：根據(jù)上述資料及實(shí)驗(yàn)材料，提出實(shí)驗(yàn)假設(shè)及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程。

意圖：教師確定子課題，縮小實(shí)驗(yàn)范圍，明確實(shí)驗(yàn)的目的，降低假設(shè)難度。同時(shí)通過介紹背景資料及提供實(shí)驗(yàn)材料，為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)搭建腳手架，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，突出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探究的核心。

2.3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)論及追問 學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析不難獲得結(jié)論，教師可追問：“該實(shí)驗(yàn)是否可證明ATP是一切生物生命活動(dòng)的直接能量來源？”

通過提問的形式，讓學(xué)生深思“生物體的生命活動(dòng)所需能量是何物質(zhì)直接提供的？”及“螢火蟲發(fā)光所需能量是何物質(zhì)直接提供的？”兩課題間的差異，提示學(xué)生不能隨意擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)外延，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，提升科學(xué)素養(yǎng)。