PBL教學模式下的高中生物實驗教學策略

柴媛媛

摘要通過“綠葉中色素的提取和分離”的探究性實驗為載體，基于PBL的教學模式，提高學生的科學探究能力和團隊協作意識，進而全面提升學生的思維品質，培養生物學核心素養。

關鍵詞PBL 教學模式 科學探究 實驗教學策略

中圖分類號G633.91 文獻標志碼B

PBL即基于問題的學習（Problem.based.1earn.ing），是指學生在教師的指導下，對于相對較復雜的問題情境中，以小組合作的形式，來共同探討實際問題或學習問題，形成解決問題的方案并進行實施，最后進行學習成果展示，并在此過程中，培養學生的科學探究能力和團隊合作意識，進而全面提升思維品質的教學策略。《普通高中生物學課程標準（2017年版）》中將“科學探究”納入普通高中生物學學科核心素養的范疇。它是指學生能夠從生物學的現實問題出發，依據生物學的基本現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施并對結果進行分析和探討的能力。因此，生物學教學應以生物學的基礎知識為載體，以提升學生的學科核心素養為目標，而教材中涉及到的實驗內容自然就成為培養學生科學探究能力的良好素材。筆者嘗試將PBL的教學模式在高中生物的實驗教學中進行嘗試應用，結合學生自主設計的實驗方案，按照一定的規則進行實驗探究，最后進行實驗結果的探討和交流，幫助學生真正成長為自主學習者和積極實踐者。

下面以人教版高中生物教材《必修1.分子與細胞》第五章第四節“綠葉中色素的提取和分離”實驗為例，嘗試在高一實驗課中，改驗證性實驗為探究性實驗，培養學生的科學探究能力，發展學生的科學思維，進而使學生逐步形成良好的思維習慣。

1教學目標的預設

《江蘇省普通高中生物課程標準教學要求》對該實驗提出：概述色素提取和分離實驗的原理，并說出葉綠體中色素的提取和分離。單純的背實驗是肯定不能滿足學生發展需求的，因此教師必須帶領學生走進實驗室，親身來體驗實驗的探究過程。該實驗是一個驗證性實驗，學生只需重復操作，驗證出實驗結果即可。但是實驗中有很多細節及注意事項的考查往往是學生經常出錯的地方，因此筆者就以培養學生科學探究能力為導向，大膽把該驗證性實驗改為探究性實驗，并確定了以下教學目標：

①通過動手操作，學會提取和分離綠葉中色素的方法并解釋實驗原理;

②通過小組的課題探究，說出對照實驗的設計方法，并確定實驗方案進行小組實驗;

③通過組內及組間的實驗結果分析，確定綠葉中色素的種類和含量，說出實驗材料的選取和實驗注意事項。

2實驗方案的改進

高一學生的實驗操作能力比較薄弱。若想一節課內完成小組的探究課題，難度非常大，所以教師需要特別注重實驗的前期準備。筆者在備課過程中查閱了大量的研究文獻，并結合當地和學校的實際情況，對實驗過程做出了以下幾個改進：

（1）一般做該實驗的時間大約在12月份，市場上能買到菠菜還非常幼嫩，實驗效果很不理想。因此教師經過大量的預實驗，把實驗材料改為當地比較常見的“蘇州青”。

（2）研磨時向研缽中加入的材料和試劑進行定量：并提前用保鮮膜包好2.5g蘇州青，待上課時使用;將蘇州青和少許（各1/4藥匙）二氧化硅和碳酸鈣放入研體，再加入4mL無水乙醇，然后迅速、充分地研磨成呈糊狀，以保證研磨液中含有較多色素。

（3）研磨后過濾時把漏斗改為研磨過濾器（圖1），從而加快過濾速度，提高課堂效率。

（4）畫濾液細線時把不好把控的“毛細吸管”改為更易操作的“勾線筆”，從而使畫出的濾液細線更為“細、齊、直”。

（5）分離色素時把由“石油醚、丙酮和苯”混合而成的有毒性的層析液改為較易獲得的92號汽油。

（6）為了減少汽油的揮發，先把適量汽油倒入燒杯中，再將一層塑料薄膜用橡皮筋扎口，待濾液細線畫好后，再用刀片劃開一個略寬于濾紙條的小口，將濾紙條（有濾液細線的一端朝下）輕輕插入層析液（92號汽油）中。

同時，為了使學生課堂操作規范，減少不必要的錯誤，教師提前錄制好一段演示視頻，在實驗之前，邊演示邊講解。

3基于PBL的實驗教學過程

3.1教師分組并進行問題呈現

目前筆者所教班級只有24人，因此在進行實驗時，把學生分為6組，每組探究一個課題（表1）。

3.2進行頭腦風暴，學生小組合作

根據教師提供的小組討論課題，班級學生以4人單位為一個課題組，選擇一個課題，討論出各組的實驗設計方案，并根據自變量確定對照組和實驗組。同時，注意組內的分工合作，兩人合作做對照組，另外兩人完成實驗組。實驗結束時，把結果粘貼在實驗報告單的空白處，一個課題組內對比分析對照組和實驗組的結果，組內討論分析實驗結果，得出結論。小組討論結束后，進行班級內部的組間交流，每個課題組派出一個代表，向全班同學展示小組內的課題探究成果，其他小組的同學可以提出質疑或見解。

3.3學習成果展示

實驗完成后，學生首先在小組內完成課題的討論，分析各自的自變量對實驗結果的影響。然后，小組選出一名代表向全班同學進行匯報。通過實驗結果的對比，學生能夠說出：蘇州青葉片與菠菜葉片中色素的種類相同，但前者的色素含量要明顯多于后者;成熟的蘇州青葉片中比幼嫩葉片中的色素含量多;提取色素不加碳酸鈣時胡蘿卜素與類胡蘿卜素的含量沒有明顯變化，但是葉綠素a和葉綠素b的含量則比對照組少了很多，可以看出研磨時加入碳酸鈣是為了保護葉綠素;提取色素時用蒸餾水的實驗組濾紙條上幾乎沒有色素帶，說明綠葉中的色素屬于脂溶性色素，用蒸餾水提取是不可行的;分離色素時條形濾紙由上至下的色素帶同圓形濾紙由外至內的色素帶的條數和寬窄幾乎一致，所以定性濾紙的形狀對實驗結果沒有影響。當最后一組學生將濾液細線觸及濾液細線時發現濾紙上沒有出現色素帶，剛開始并沒有討論出來，但是在第四組學生展示的基礎上，小組內學生又經討論后，認為是由于色素溶解在了層析液中，因此才會出現這樣的結果。通過組內及組問的討論，學生對蘇州青材料的選取、綠葉中色素提取和分離的原理及操作步驟的注意事項有了進一步的理解。

4基于PBL模式下探究性實驗的反思

本節課筆者在基于PBL教學模式的基礎上，把課本典型的驗證性實驗大膽改為了探究性實驗，在教師充分進行預實驗的基礎上，改進了實驗方法，并且設計了6個探究性課題，激起了學生科學探究的興趣，培養了學生科學探究的能力。在實驗過程中，學生提出了兩個問題，（1）從實驗中可以看出碳酸鈣保護了綠葉中的色素，是不是也可以保護花瓣中的色素呢？（2）不能用清水提取綠葉中的色素，那么，能不能提取花瓣中的色素呢？

教師可以在課堂上或是課外給學生提供更多的實驗材料，滿足學生的探究欲望。同時，這也說明了學生對本節課產生了更多的思考，培養了學生積極思考的品質和知識遷移的能力、質疑的理性思維能力。對于課堂上還沒有解決的問題，學生可以通過課后查閱資料、進入實驗室再探究等方式獲取。通過本節課可以看出，改編教材的實驗的確是一個非常好的素材。這就要求教師能夠善于發掘教材和生活中的資料，激發學生科學探究的熱情，進而逐步培養學生科學探究的能力。

PBL教學模式在實驗課的教學中，能夠從真正意義上解放學生的思維，鼓勵學生成為學習的主人，使其真正成長為科學研究的探索者，化被動學習為主動學習。教師始終要把握的就是“圍繞問題來組織教學過程，使問題成為學生學習的起點，把問題的解決作為衡量教學成果的關鍵”。