基于微課的高中生物科學史自主實驗探究能力的培養

黃振華

摘 要：隨著信息數字化和網絡技術的飛速發展，各種新興教學模式不斷出現，為現行的教育模式帶來了新的機遇和挑戰，為學生提供了更多的學習資源和更為自由的學習空間。微課是基于一定的教學設計思想，以微型教學視頻為載體，針對學科的重要知識點或教學環節而精心設計制作的網絡在線視頻課程。它是傳統教學模式的有益嘗試。結合微課的教學理念，對基于微課理念下提高學生對生物科學史進行學習和自主實驗探究能力的培養做了初步的探索和實踐。

關鍵詞：微課；高中生物；自主實驗

一、課堂設計

《光合作用的探究歷程》本節課為高中必修1《分子與細胞》（人教版）第5章第4節能量之源——光與光合作用中的內容，讓學生以經典的光合作用研究歷史中的重要事件為線索，通過制作各種微課來重現和展示科學史的過程，鼓勵學生結合生物進行設計和改進。遵循科學家的探索思路，總結出光合作用的探究歷程。最后形成匯總，將好的實驗設計和實驗方法形成微課資源進行交流和分享。通過這個過程了解科學家探究科學的艱辛歷程和學會探究的一般方法，為以后的學習打下基礎。教學主線如下：

二、微課實驗設計

1.普利斯特利實驗，學生自主實驗方案

微課盡量重現普利斯特利的實驗過程：將實驗分為兩組，對照組為燃燒著的蠟燭，實驗組為燃燒著的蠟燭和綠色植物盆栽，由教師直接用透明的鐘罩對兩組實驗材料進行倒扣密封處理，發現對照組的蠟燭很快熄滅，與此同時實驗組的蠟燭保持燃燒狀態。再將蠟燭換成小白鼠進行實驗，發現密閉鐘罩內的小白鼠很快就奄奄一息，而與綠色植物同在的小白鼠還生龍活虎。本實驗學生用薄荷、開心果小苗、富貴竹都取得了成功，直接錄像記錄實驗過程形成微課。

2.英格豪斯實驗，學生自主實驗方案

方案1：將黑藻用漏斗（漏斗口寬12cm，頸長2cm）倒扣在裝有清水的燒杯中，燒杯沒過漏斗口。將試管裝滿水后用拇指封住試管口，倒置試管，將其接在漏斗頸上，白天置于陽光下。用排水法收集氣體。在白天光照不足和夜晚用250W的碘鎢燈作為補充光源。實驗72h后將試管一端用手堵住，倒轉回來，用帶火星衛生香檢測試管內的氣體，發現木條復燃，說明該實驗產生的氣體是氧氣。該實驗用金魚藻、綠菊都可以進行，其中以黑藻的實驗效果較好。實驗裝置如圖1。

方案2：收集廢棄的輸液瓶，將黑藻和暴曬后的自來水放入輸液瓶中，注意輸液瓶口接輸液管和帶針頭的針管。輸液管一側接刻度試管。裝置置于強光下，弱光和黑夜時用250W碘鎢燈作為補充光源。實驗也同樣是用排水法來收集氣體。實驗72h后，氣體會集中在輸液瓶的上方，在瓶口用針筒將氣體抽出，拔去針筒的活塞，直接用帶火星的衛生香檢測，衛生香復燃，說明產生的氣體是氧氣。排出的水從輸液瓶進入刻度試管，可以從單位時間內排出的水量來表示黑藻的凈光合速率。由于學生用多種材料同時進行實驗，就可以比較不同材料在本次實驗條件下的凈光合速率的大小。實驗表明，相比于金魚藻，黑藻的光合速率是較大。本實驗不僅用排水法收集到了氧氣，同時還能比較具體地測定出凈光合速率的值。具體的實驗操作也使他們對教材中的凈光合速率的概念以及測量方法有了初步的認識。實驗裝置如圖2。

3.薩克斯實驗，學生自主設計方案

方案1：將天竺葵黑暗處理12小時（用紙箱倒扣），將黑色的卡紙用回形針固定，遮住其中一片天竺葵葉子的一半。置于陽光下，黑夜時用500W的碘鎢燈補光。不間斷光處理12小時之后，用酒精隔水加熱進行脫色，用碘液進行檢測，結果顯示未遮光部分變藍，遮光一半不變藍。

方案2：將方案1中的天竺葵換成銀邊天竺葵，進行同樣的處理，同樣用酒精隔水加熱進行脫色，用碘液進行檢測，結果顯示變藍的只有未遮光葉片的綠色部分。興趣小組的學生在原實驗的基礎上拓展，換了實驗材料，在證明天竺葵光合作用能產生淀粉的同時證明了光合作用需要葉綠體的參與。

方案3：將天竺葵換成碰碰香、發財樹、梔子樹盆栽、富貴竹、秋海棠，暗處理12小時（用紙箱倒扣），將黑色的卡紙用回形針固定，遮住其中一片天竺葵葉子的一半。置于陽光下，黑夜時用500W的碘鎢燈補光。不間斷光處理12小時之后，用酒精隔水加熱進行脫色，用碘液進行檢測。結果發現發財樹、富貴竹、梔子樹脫色非常困難，隔水加熱一個小時也無法脫去葉綠素的顏色，用碘液染色結果極不明顯。而碰碰香和秋海棠脫色迅速，一般天竺葵需要約20分鐘才能脫色完全，秋海棠僅需要5分鐘，碰碰香需要大約10分鐘。用碘液染色觀察葉片未遮光部分藍色明顯。

三、研究結果

本研究采用了效度問卷，列出了反映本次教學的三維目標的題目，形成問卷，由專家教師對問卷進行打分，其中“符合”=1分，“一般”=0分，“不符合”=-1分。選出有效題目進行測試（效度值>0.7）。測試內容包括選擇題15題，非選擇題5題，總分100分。實驗班和對照班同時進行測試，將測試結果進行SPSS分析，其結果如下：

由表1可以看出，實驗班的平均分為82.06，對照班平均分為74.19。表2顯示，Sig=0.001>0.01，結果存在明顯差異。說明實驗班的教學效果明顯優于對照班，教學模式是有效的。

從測試結果來分析，實驗班學生在非選擇題上特別是實驗題的表現相對要強于對照班。從學生訪談中也得知，學生通過自己設計、完善和拓展實驗方案，大大激發了學生的學習興趣，他們的實驗知識先從教材中來，再具體實踐，通過小組交流和分析形成科學的實驗思維，也理解了科學家進行實驗的艱辛。光合作用的實驗幾乎都是需要精確設計實驗方案、長時間觀察和認真細致分析，這個過程由學生自己去發現和探索，對知識理解得更透徹，實驗能力也得到極大的提升。每個學生自己選擇興趣點來入手，自發組成小組，由學生和教師來完成評價，使得實驗過程人人動手，各個參與，課堂教學目標得到更有效的實現。在課堂上不同的實驗相互交流討論，知識火花發生碰撞，學生的各種創意和智慧得到了充分的展示，課堂的主體交還給學生，學生可以從他人那里得到實驗思路和方法的借鑒。學生的能力和實驗思維在無形中提升了。學生更喜歡這樣的課堂，覺得收獲更多。

傳統課堂的教學更注重呈現知識，課堂上教學活動的開展主要借助課件和板書。在生物科學史教學中，將課堂和實驗的主體交還給學生，學生自己設計和改進實驗，并動手完成同時還要形成微課，通過微課來展示自己的實驗成果。這極大調動了學生的學習熱情，不僅學習了教材已有的知識，更提高了實驗自主探究能力。

在自主實驗的過程中，學生從教材出發但是又不拘泥于教材，結合了自己以往的科學知識和實驗經驗，很多設計雖然還存在很大的缺陷，但是已然有學生自主探究和自主學習的火苗。實驗過程中學生將實驗過程制作成微課，每個小組都有自己的實驗成果，學生在學習的過程中獲得了極大的成就感。微課的一個重要的特點就是具有可重復性，學生可以對自己感興趣的實驗反復觀看，幫助其理解教材上的知識點，通過自主學習自己和他人的實驗成果，提高自身的實驗探究能力。

微課資源具有短小精悍、易于獲取、情境真實等特征，適用于生物科學史的教學，能在一定程度上提高學習的有效性，對于在實踐中如何更好地進行課堂組織、科學史重現的微課以及實驗拓展改進類型的微課該在什么時候用更有效都將值得我們進一步去研究、探討。

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編輯 高 瓊