基于項目式教學策略的高中生物實驗

葉鵬海 黃江蕓 許曉婷

摘要：以改進滲透實驗裝置為例，探討項目式教學在高中生物實驗教學的應用。本項目以真實問題為實驗情境，小組合作探究改進滲透實驗裝置，以期達成科學探究的培養，同時提升學生綜合運用知識的能力。

關鍵詞：滲透作用;項目式教學;探究活動

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：B

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》指出教學過程重實踐，即通過探究活動加深學生對生物學概念的理解，提升學生綜合運用能力。項目式學習是一種以學生為中心的教學方法，強調學生在真實的情境中，通過問題驅動組織開展探究活動，學生通過交流合作的學習方式解決問題，最終展示分享研究成果。下面以人教版高中生物必修1中“滲透實驗裝置”為例，借助項目式教學法，以實驗真實問題為情境，指引學生小組合作開展探究活動，以期提高學生科學思維、科學探究和社會責任的學科核心素養。

1親歷實驗，發現問題

實施滲透作用實驗的過程中，學生發現了現有實驗裝置的漏斗口直徑太大，與半透膜連接后密封性差（圖1），進而產生改進裝置的想法。

2悟透原理，制定目標

2.1理解原理

①滲透作用指兩種不同濃度的溶液隔以半透膜，水分子或其他溶劑分子從低濃度的溶液通過半透膜進入高濃度溶液中的現象。

②葡萄糖中含有醛基，能與銀氨溶液和新制的氫氧化銅反應產生銀鏡和磚紅色沉淀;蔗糖中不含醛基，含的是酮基，不能使銀氨溶液或新制的氫氧化銅產生銀鏡或磚紅色沉淀，可以鑒定配制的蔗糖溶液中是否含有葡萄糖。

③溶質不允許透過半透膜，以維持半透膜兩側的濃度差。因此，溶質必須加以選擇。

2.2制定目標

從縮短實驗時間、簡便實驗操作、使實驗結果更明顯出發，改進滲透實驗裝置。各小組可以從不同角度（半透膜種類、漏斗替代材料、溶液種類）對該實驗進行改進，并以提供實物成果（實驗裝置）為最終的目標。

通過“信息收集→小組內討論→小組間交流→師生交流”的環節，各小組初步確定了研究方向：①鑒定透過半透膜的溶質是二糖（蔗糖），還是單糖（葡萄糖、果糖）？②尋找蔗糖的替代材料。③尋找半透膜的替代材料。④研究漏斗的使用方法并尋找漏斗的替代材料。根據這四個研究項目，學生分成了與項目對應的4個學習共同體（甲組、乙組、丙組、丁組）。

3謹慎分析，協同設計

項目教學法通常是在一個短時期內、較有限的空間范圍內進行的，并且教學效果可測評性好。教師可以根據學習者確定的創新目標提供可行的創新方向和思路的指導，發揮引導作用。針對不同方案，教師可設置不同的問題，通過向型追問引導學生對實驗的可行性進行分析：如何區分蔗糖、葡萄糖和果糖？蔗糖的替代材料需要具備哪些條件？半透膜的替換材料有哪些？如何獲得？漏斗的替代材料應該具備哪些特征？

3.1實施可行性

學生對自己設計的方案表現出極大的熱情，提出了很多好的建議和要求。通過不斷優化方案，為順利獲取預期結果充分準備。

例如，乙組根據初次實驗觀察到蔗糖溶液中的物質會透過半透膜，推測是蔗糖分子比半透膜的直徑小導致的，需要用更大的分子代替。學習小組最后從實驗材料獲取、成本和安全性綜合考慮，選擇了淀粉溶液代替蔗糖溶液。

3.2技術可行性

學生具備簡單的物質鑒定、玻璃儀器使用和實驗結果記錄的能力。但是由于學生的實踐經驗較少，技術可行性的預估不一定準確，因此只能在實踐經歷中慢慢積累這種能力。

例如，丙組希望找到半透膜的替代材料，通過論文檢索，發現用雞蛋膜、海帶膜、豬膀胱膜作為半透膜進行實驗的案例。從材料獲得和成本綜合考慮，小組決定采購雞蛋，剝取雞蛋膜。事實上，在實際操作過程中，由于雞蛋膜薄且脆弱，很難獲得面積足夠大的完整雞蛋膜，最終影響了該小組實驗的開展。

3.3經濟可行性

所需的儀器都是實驗室基本配備的，材料采購成本也不高。因此，“改進滲透作用裝置實驗”這項活動能作為校本活動長期開展。

4分工合作、制造模型

學生設計了詳細的方案后，開始進行實際制造過程。考慮到設計和制造之間的差異性，一旦在制造過程中出現無法解決的問題，必須進行設計的修改。項目教學法由學生與教師共同參與，學生的活動由教師全程指導，有利于學生集中精力練習技能。

實驗準備時，一部分學生從實驗室挑選實驗儀器，另一部分學生準備實驗材料。實驗進行過程中，一部分學生操作、一部分學生記錄實驗結果。最后，學生共同分析實驗結果得出結論。

乙組將淀粉直接溶于水，發現淀粉溶解度較低，實驗現象不明顯。因此，提出問題：如何提高淀粉的溶解度？小組通過各種途徑查閱資料，得知淀粉在加熱的狀態下溶解度高。因此使用磁力攪拌器，配置了質量分數為3%的淀粉溶液。實驗現象顯示，水柱液面上升快，實驗結果明顯。但是配制3%的淀粉溶液比配制蔗糖溶液復雜，延長了實驗準備時間。

由于雞蛋膜非常薄，丙組在剝取雞蛋膜時均以失敗告終。接著，小組比較海帶和豬膀胱的價格后，放棄了價格比較昂貴、保存較難的豬膀胱，選擇海帶進行嘗試。市場上的海帶種類較多，通過調查、咨詢，選擇完整的（未經切割的）鹽腌漬的海帶。但是剝取海帶最尖端的一小片膜也有較高的難度。于是，該小組成員出現了分歧。有的學生認為應該多多練習，堅持從雞蛋或海帶中獲得半透膜;有的學生認為應該尋找新的方法。此時，教師應適當地鼓勵和引導學生。在這個過程中，學生通過親歷、體驗科學家的發現歷程，可以深切地領悟科學家鍥而不舍的科學精神和科學研究過程的艱辛。

丁組在研究漏斗的使用方法和尋找漏斗的替換材料時，發現原有裝置最大的弊端是漏斗口直徑太大，與半透膜連接后密封性差。因為醫用點滴管的直徑小，可能液面上升更快，所以選擇用醫用點滴管代替漏斗。但實驗后發現點滴管太輕，整個裝置浮在清水上、漂浮不定，不利于滲透作用進行和結果觀察。最后認為，玻璃漏斗最適合。在確定目標后，丁組創新地將漏斗正放，在漏斗出口處用橡皮筋緊扎半透膜（圖2）。這樣既可以方便注入蔗糖溶液，又能控制蔗糖溶液的液面，使之與燒杯中的液面持平。

5分享結果、深度思考

當完成了自己認可的創新作品以后，教師需要鼓勵學生分享作品。通過分享，學生喜歡上創新，同時通過分享中的觀眾交互，反思作品的進一步改進。

5.1分享結果、綜合運用

四個小組分別介紹階段研究成果。接著，教師追問：“針對x小組的介紹提出你的想法和建議。你能設計一個更優化的方案嗎？”小組之間互相質疑、提問、解答。這樣有利于學生提高表達與交流能力，培養學生的批判性思維，幫助各小組對現有方案進行修改、完善。

各組展示模型后，從裝置材料獲取、組裝時間、反應時間、創新性等方面進行綜合評價，選出較優裝置。甲組和乙組實驗結論：使用蔗糖溶液比使用淀粉溶液方便。丙組實驗結論：采購玻璃紙作為半透膜。丁組實驗結論：玻璃漏斗正放，并將玻璃紙扎成囊狀，以增加蔗糖溶液與玻璃紙的接觸面積。最后，綜合各小組的研究成果，形成本次活動的最終成果（圖3）。

5.2深度思考、綜合運用

項目教學法注重理論與實踐相結合。要完成一個項目，必然涉及如何做的問題。這就要求學生從原理開始入手，結合原理分析項目、訂制工藝。而實踐所得的結果又會引發學生思考：是否是這樣？是否與書上講的一樣？

在深度思考后，學生提出了更多相關的研究項目，如探究改變淀粉溶液濃度對液面上升速度的影響、探究半透膜兩側濃度差對滲透作用速度的影響、探究利用透析袋改進滲透作用裝置的效果、探究改變溶液顏色利于觀察的方法、探究利用u型管觀察滲透作用的裝置改進。同時，學生也關注到醫療上使用的透析裝置，并希望制作模擬血液透析裝置。

6項目式試驗教學的重要性

本項目設計真實問題情境，將抽象的滲透作用與生活情境關聯。學生在項目活動過程中體驗知識的獲得過程，徹底改變以往被動接受知識的局面，激發了學習的動力。學生通過查閱資料獲取事實性知識，并利用實驗裝置進行科學探究與論證，學生的思維不斷從低階思維向高階思維發展。