核心素養下基于生物學實驗的概念教學

摘 要：本文以“生長素的生理作用”一節為例，基于翻轉課堂理論，推送微課引導學生完成學習內容的預習，初步認識生長素的生理作用及作用特點；然后引導學生分組設計、完成與教學內容相關的探究性實驗，收集記錄并分析處理實驗數據，繪制相關數學模型，完成核心概念的構建；最后通過解決生活中的實際問題，實現概念的內化，發展學生的生物學學科核心素養。

關鍵詞：翻轉課堂；微課預習；探究性實驗；概念構建；學科核心素養

文章編號：1003-7586（2024）10-0021-05 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》明確提出要注重對學生生命觀念、科學探究、科學思維和社會責任的培養。以探究為特點的教學不僅會直接培養學生的科學思維和科學探究能力，也會間接影響其他核心素養的形成。教師應該提供更多的機會讓學生親自參與到實踐中，重視學生在信息化環境下的學習。

筆者以翻轉課堂進行探究性教學，引導學生自主構建核心概念。建構主義理論表明，認識是以主體已有的知識和經驗為基礎進行的，新知識是由學生在已有的知識經驗基礎之上主動構建的。^［1］在翻轉課堂中，學生首先通過微課預學儲備知識，之后再通過實驗探究及對實驗結果的分析形成理性認識。翻轉課堂作為一種全新的教學模式，可以提高生物學實驗課程的教學效率，充分激發學生的學習興趣，使學生積極地參與到實驗探究中。因此，教師運用翻轉課堂的教學模式改善現有的實驗課教學，把課堂還給學生，培養學生的生物學學科核心素養并提升其實驗技能。^［2］

1 教材和學情分析

“生長素的生理作用”是人教版普通高中教科書《生物學·選擇性必修1·穩態與調節》第5章第1節中的內容，銜接了上一課時“生長素的產生、運輸和分布”，進一步學習“生長素的生理作用及其在生產實踐中的應用”，為之后“其他植物激素”的學習進行了知識和能力的鋪墊。

高二學生已具有一定的實驗設計、實驗分析及動手操作能力，能通過問題假設、推理判斷、設置對照、處理匯總等方法得出實驗結論，實現知識的遷移和應用。

2 教學目標

（1）通過小組合作，觀察生長素對植物不同器官的影響，記錄不同濃度生長素的生理作用差異，學會對實驗數據綜合分析，構建核心理論知識，培養科學探究和科學思維能力。

（2）能夠應用理論知識解釋生活中的現象，實現知識的遷移和應用，參與社會實踐，培養自身的社會責任意識。

3 教學過程

本節教學過程通過組織一系列的學生活動來實現探究性學習目標，教師再引導學生學以致用，鞏固所學知識（見圖1）。

3.1 學生微課預學

教師按照教學目標錄制微課，并引導學生自主完成導學案學習任務。學生初步認識植物生長調節劑，理解生長素的生理作用及特點。

3.2 分組設計實驗方案和調查任務

學生設計的實驗方案往往缺乏系統性的思考，因此教師需要引導學生細化步驟，幫助學生解決思維問題并培養其科學思維。學生先確定實驗目的，再查閱資料、選取實驗材料、確定變量、設計實驗步驟，最后完成實驗方案和調查任務的設計。

3.3 分組準備試劑材料

教師準備快速生根粉、富貴竹、小麥、黃豆、綠豆等材料。學生分組稱取適量生根粉并配制相應濃度的生長素溶液。

實驗小組在配制生長素溶液時，需要先進行預實驗確定配制方法再進行后續實驗。用電子天平稱取12份質量不同的生根粉粉末，并將其分別溶解于等量蒸餾水中，配制成不同濃度的萘乙酸溶液，將濃度從小到大依次進行編號。

3.4 分析與討論

實驗小組分別開展實驗，收集實驗數據并嘗試構建數學模型，分析討論實驗結果并最終得出結論，實現自身科學探究和科學思維能力的提升。

3.4.1 探究不同濃度生長素對植物生根的影響

實驗目的：探究不同濃度的萘乙酸溶液對綠豆生根的影響。

實驗材料：未萌發的綠豆、燒杯、玻璃棒、量筒、膠頭滴管、皮尺、不同濃度的萘乙酸溶液、蒸餾水、幾塊紗布。

實驗步驟：①選取飽滿的未萌發綠豆，用蒸餾水沖洗幾次后浸泡于清水中，用濕潤的紗布將其覆蓋，每天換水直至綠豆生根發芽；②挑選生長狀況相近的綠豆苗均分成13個小組（其中12個實驗組，1個對照組），測量每組綠豆苗初始的根長度并計算平均值，記錄為“初始平均長度”；然后將每組綠豆苗放于燒杯中并進行編號，實驗組（1～12號）中的綠豆苗分別用等量的不同濃度萘乙酸溶液進行培養，對照組（0號）中的綠豆苗用等量清水進行培養；③第三天于同一時刻測量每組綠豆苗的根長度并計算平均值，記錄為“第三天平均長度”。

實驗數據分析及相關模型構建：完成實驗結果統計（見表1），處理分析數據并繪制相應曲線圖（見圖2）。

實驗結果與結論：學生通過觀察結果可以發現綠豆根的最適生長濃度是5號的萘乙酸溶液濃度，而高濃度的萘乙酸溶液則會抑制根的生長。

3.4.2 探究不同濃度生長素對植物發芽的影響

實驗目的：探究不同濃度的萘乙酸溶液對黃豆發芽的影響。

實驗材料：黃豆、不同濃度的萘乙酸溶液、蒸餾水、燒杯、培養皿、量筒、紗布、玻璃棒。

實驗步驟：①將黃豆浸泡，取13個燒杯分別進行編號，向1～12號燒杯分別加入50 mL濃度從小到大的萘乙酸溶液作為實驗組，在0號燒杯中加入等量蒸餾水作為對照組，取大小一致的黃豆種子若干，用蒸餾水沖洗幾次后平均分成13份放在燒杯中浸泡；②取出浸泡過的種子放入培養皿中，用濕紗布將其蓋好，防止水分蒸發；③觀察實驗現象，記錄實驗結果。

實驗數據分析及相關模型構建：完成實驗結果統計（見表2），處理分析數據并繪制相應曲線圖（見圖3、圖4）。

實驗結果與結論：學生通過比較圖像曲線，發現促進黃豆發芽的最適濃度是8號的萘乙酸溶液濃度，而高濃度的萘乙酸則會抑制芽的生長。

3.4.3 探究不同濃度生長素對植物莖生長的影響

實驗目的：探究不同濃度的萘乙酸溶液對小麥莖生長的影響。

實驗材料：小麥種子、培養皿、燒杯、衛生紙、濾紙、紗布、托盤、不同濃度的萘乙酸溶液。

實驗步驟：①挑選籽粒飽滿的小麥種子進行沖洗，將沖洗后的小麥種子放入托盤中，加入適量的清水，再用濕潤的紗布覆蓋，定期換水；②挑選長勢良好且均勻的小麥苗，截取2 cm莖段若干，分別放入含有10 mL營養液的培養皿中，注意緊靠著每個培養皿的內壁各放4個莖尖朝上的小麥莖段，每天用膠頭滴管從莖尖滴加等量對應濃度的萘乙酸溶液，0號培養皿中滴加等量蒸餾水；③測量莖的長度并記錄數據。

實驗數據分析及模型構建：完成實驗結果統計（見表3），處理分析數據并繪制相應曲線圖（見圖5）。

實驗結果與結論：實驗結果表明用一定濃度范圍內的萘乙酸溶液處理能夠促進小麥莖段的生長。

3.5 運用多媒體展示實驗成果

課堂上，教師引導小組代表運用多媒體展示實驗成果，并嘗試說明初步結論：生長素具有低濃度促進、高濃度抑制的作用特點。教師引導全班同學對曲線圖進行分析，得出結論：不同器官對生長素的敏感性不同。在此過程中，學生回歸教學目標、提高認知水平，最終構建核心概念。

教師引導學生提出疑問：為什么第三組的實驗結果沒有體現出高濃度抑制的特點？學生進行討論：①莖對生長素的敏感性較低，不易被抑制；②可能因為生根粉在水中的溶解度低，導致萘乙酸濃度未達到抑制莖生長的濃度；③可能配置的生根粉濃度達到了莖的抑制濃度，但是用膠頭滴管從莖尖滴加萘乙酸溶液來處理材料的效果不佳。學生運用知識解決問題，充分發揮自主學習精神，促進批判性思維的發展。^［3］

3.6 學以致用

教師展示某植物的頂端優勢現象，讓學生分析頂端優勢形成的原因。小組代表展示如圖6所示的知識框架，幫助其他學生深化核心概念知識、理解將生物學知識運用于生產生活的實例。教師再提出相關拓展問題，如園藝修剪、果樹增產等實際問題，引導學生運用生長素的相關知識提出解決方案。教師通過開展生活化教學，引導學生在學習中掌握理論知識的同時可以用知識解決生活中的問題，達到學以致用的目的。^［4］

3.7 核心知識課后延伸

教師總結并引導學生思考以下問題：①運用生長素作用原理總結植物根的向地性和莖的背地生長現象；②植物生長調節劑能夠作為除草劑，查閱資料分析該除草劑的作用對象及原理。

4 教學反思

本節課的亮點是教師在教學過程中引入翻轉課堂模式，先讓學生通過預學獲取實驗相關知識，再讓各實驗組進行一系列有關生長素的探究性學習，引導學生利用互聯網查閱資料并對實驗數據進行分析從而總結出核心概念，最大限度地體現建構主義教學理念。

同時，教師引導學生注重知識與生活的聯系，將知識生活化、生活理論化，實現教學目標，全面培養學生科學探究、科學思維、生命觀念和社會責任的生物學學科核心素養。

參考文獻

［1］朱芊里.教育心理學中構建主義理論研究［J］.亞太教育，2015（4）：287-288.

［2］母進.翻轉課堂在高中生物實驗教學中的實踐［J］.中學生物教學，2017（9）：13-15.

［3］呂增印.高中生物教學中批判性思維培養的研究［J］.中學生物學，2012，28（1）：56-57.

［4］唐玉潔.生物學習生活化，學以致用顯價值［J］.中學生物教學，2015（6）：38.