“小課題”模式在探究性實驗教學中的應用
——以“果酒的制作”為例

張雨岑 王 凡 吳 華 張宏玲

（1.武漢市吳家山中學 湖北武漢 430040）

（2.深圳市坪山區坪山高級中學 廣東深圳 518118）

（3.深圳市龍崗區龍城高級中學（教育集團）寶龍外國語學校 廣東深圳 518116）

生物學是一門以實驗為基礎的學科，實驗教學是培養生物學學科核心素養的重要途徑。《普通高中生物學課程標準（2017年版）》指出，要高度關注學生學習過程中的實踐經歷，強調學生學習的過程是主動參與活動的過程。在傳統實驗教學中，師生更多關注知識的傳授，重視實驗結果。課題研究則是以“問題解決為中心”的探究性學習，需要學生親身經歷完整的探究實踐的過程。教師將“小課題”模式運用到實驗教學中，能夠讓學生成為課題的主持者和參與者，在探究歷程中，落實學科核心素養。

1 “小課題”教學模式

“小課題”是從課題研究規模定義的，具備“針對性強、切入口小、研究周期適中、有價值”等特點。學生從自然、社會和生活中發現問題，并將其轉換為小課題，通過課題研究，分析、解決問題。親身體驗課題研究既能鍛煉學生的科學思維和創新能力，又能提升其科學探究和實踐操作能力，強化社會責任意識。“小課題”教學模式對推動新課程改革和落實生物學核心素養培養有積極的影響。

傳統的實驗教學流程為：教師創設情境，提出問題；師生分析問題，提出假說；學生設計實驗，教師進行修正；學生實施實驗；師生分析結論。這種模式中，教師仍然是主導者，學生缺乏獨立性和主動性。在“小課題”模式下，學生則處于一個開放和多元的環境中，學生成為了課題的主持者，統籌課題的始終，主體地位更加突出。課題實施過程可劃分為4個階段：選題；開題；做題；結題。每個階段又包含特定的步驟和方法，如圖1所示。

在選題階段，學生找出感興趣的問題，將問題轉化為課題，確定小課題名稱。在開題階段，學生根據5W2H分析法（表1）設計實驗方案，發現線索，捋清思路。學生將實驗設計寫成開題報告，并進行答辯，對方案進行論證。在做題階段，學生進行實驗，展開實驗驗證，得出結論。在結題階段，學生通過研究報告的形式對整個過程進行反思和總結。

表1 5W2H分析法設計研究方案

2 以“果酒的制作”為例的教學設計

2.1 選題——組建小組，確定課題

學生組建課題小組，每組4-6人，通過閱讀教材、小組討論，根據已知的關于果酒制作的知識，結合各小組想進一步了解的小方向，確定小課題的名稱（表2）。

表2 部分小組的小課題選題匯總

選題階段，教師可給出關鍵詞，學生圍繞關鍵詞，通過填寫的KWL表，把“已知的（Know）”和“想要知道的（Want to know）”寫下來，并通過發散和批判性思維，聚焦于某個問題，確定選題。研究結束后，學生繼續完成表格，填寫“學到的（Learned）”，回顧小結。

2.2 開題——收集資料，制定方案

各組依據選定的小課題，根據5W2H分析法，從目的、原理、設計、分工等方面進行分析，制定出探究方案，并撰寫開題報告，進行開題答辯。

3個學習小組提出大致思路如下：①小組1通過分析，預計發酵液可能存在顏色、密度、產氣量等方面的變化，決定進行追蹤拍攝，觀察記錄。②小組2收集并比較不同果酒的發酵工藝發現，由于水果種類不同、含糖含酸量不同，在原果破碎和成分調整上有明顯差異，決定對此進行改進。③小組3搜尋家庭常見容器，決定采用帶蓋的收納罐、礦泉水瓶和玻璃瓶等，定時擰蓋排氣；也有組員對玻璃瓶進行改進，在瓶蓋上打孔，并將一次性無菌橡膠手套套在瓶蓋上（圖2）。

在開題階段，學生自主梳理流程，制定實驗方案。在答辯環節，教師可針對方案中的亮點進行提問，如改進裝置的想法。在小組3中，學生通過不定時擠壓手套排氣，既可達到排氣目的，又不用擔心忘記排氣導致容器炸裂。這既體現了對發酵過程的理解，又展示出豐富的創造性，教師應加以肯定。此外，教師也可針對學生的疏漏進行提問，如將菠蘿去皮后菌種的來源，由此引導學生思考，完善方案。

2.3 做題——進行實驗，記錄分析

在做題階段，教師應向學生強調嚴謹求實的科研態度，引導學生觀察分析，如實記錄實驗結果；提醒學生，實驗出現問題時不能回避，而要積極思考，尋求解決辦法。針對實驗中出現的異常現象，教師引導學生自主查找原因。

例如，小組1采用搗碎葡萄釀酒，發酵過程中產生的CO2將果皮帶起，由于果皮遮擋，發酵過程中的其他現象并不明顯。

小組2對工藝流程進行改進，確定了菠蘿果酒發酵的最終方案（圖3）。通過糖度計測定原果汁含糖量，計算后補加適量蔗糖。菠蘿皮上的野生酵母菌無法利用，同時為避免污染雜菌，小組2決定對果汁采取巴氏消毒，待其冷卻后，再接種活化后的專業釀酒酵母進行發酵。

小組3在換瓶時發現，套上手套的發酵瓶中仍不斷有氣泡冒出。查閱資料后，學生發現是由于橡膠手套的制約，發酵產生的氣體未能及時排出，逐漸溶解在發酵液中，導致發酵液中含有大量CO2，形成了天然的起泡酒。

2.4 結題——整理報告，交流反思

實驗結束后，各組討論分析、總結問題，并通過報告的形式，將本次小課題的收獲與反思在班內進行分享。有的小組分享了“起泡酒”的驚喜，有的小組展示了發酵瓶爆炸的意外，也有小組分析了發酵液變酸的遺憾。報告中，教師要注意匯總常見問題，并討論相應的原因及解決辦法（表3），使學生進一步認識到發酵條件對實驗的影響，并體會到無菌操作的重要性。

表3 實驗中出現的部分問題、原因分析及解決辦法

在結題階段，教師組織匯報活動。學生既要展示研究過程與結果，更要進行問題的分析與討論，最終形成書面的結題報告。“動手”的實踐操作、“動嘴”的討論交流和“動筆”的科學論證，既能全面而真實的培養學生的科學探究能力，讓學生深入理解科學的過程和本質，更能有效建立學生的自信，增強學生的學習興趣，提高學習效率。

3 反思

通過“小課題”的親身體驗，學生對于知識的理解更加深刻。并不順利的實驗經歷使學生體會到科研工作的艱辛與勞動人民的不易。發現問題、解決問題、開拓創新的探究歷程，讓學生能夠在真實情境中應用科學思維。除上述案例外，“小課題”模式廣泛適用于各種探究性實驗教學。以《選擇性必修3·生物技術與工程》為例，制作傳統發酵食品、土壤中分解尿素的細菌的分離與計數、菊花的組織培養等實驗，實驗周期長，流程復雜，需小組合作完成。此時，采用“小課題”模式，由學生主導整個探究過程，更有利于教學的實施與落實。綜上，“小課題”教學模式具有思路清晰，突出學生主體地位，強化學生科學思維，重視學生合作交流等特點，是中學生物學實驗教學中一種切實可行的操作模式。