“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验设计

◆刘峰博

(新疆阿克苏地区第二中学)

一、教材分析

“探究酵母菌呼吸方式”是新课程人教版高中生物必修第一册《分子与细胞》中一个经典的开放性实验。高中生物新课程标准明确提出“要发展学生的科学探究能力”。在教学过程中通过实验设计探究酵母菌呼吸作用的条件及产物，发展学生的探究能力和锻炼学生的实验操作技能。通过对实验结果的观察与分析，实验结论的得出，理解酵母菌呼吸作用的实质，进而提高学生生物科学素养。由于教材初始实验设计要求:需要间断通入空气(约50分钟)，然后将实验装置在25℃ ～35℃环境下培养8～10小时。因此，在实验耗时、温度、通气时间以及实验的可行性上都存在困难，影响教学实施，不能真正发展学生的探究能力。笔者通过对实验教学设计的改进，使学生能在引导探究中对实验条件创设、实验装置的不足等可行性方案上进行探讨，从而建构探究式实验模型，从自主探究中延伸探究方向对自己的探究课题进行实施和评价。

二、教学策略

在教学实施中由于受到课堂时间的限制，往往不能兼顾引导式探究和自主式探究。采取课堂引导式探究教学，课下组织小组活动走入实验室进行自主式探究教学的方法可以有效地发展学生探究能力，提高学生科学素养。在引导式探究教学中由教师引导，先让学生巩固探究式实验的一般步骤再建立模型，对如何控制实验条件、如何设计对照实验等基本实验技能进行训练，把师生共同探讨实验设计方案，及其方案的科学性、可行性等作为教学重点。在自主式探究教学中教师作为辅助者和组织者可以鼓励学生从多角度探讨实验，根据自己的想法拟定实验题目，运用课堂上学习的探究式实验模型及实验基本操作技能大胆设计实验，利用课余活动进入实验室进行探究过程，得出实验结论，并予以自我评价和小组互评。

三、三维目标

1．知识目标

举例说明有氧呼吸和无氧呼吸的条件及产物;理解呼吸作用的本质;掌握探究式实验的一般模型。

2．能力目标

培养学生探究能力，提高学生合作学习、语言表达以及自主学习的能力。

3．情感目标

通过探讨实验命题、实验可行性方案、实验装置创设等培养学生敢于质疑，勇于创新的科学精神和科学态度，认同科学的价值;通过对呼吸作用本质的理解认识细胞呼吸在生物正常生命活动中的重要性，注重与现实生活的联系。

四、教学过程

1．引导式探究教学

(1)模型的建立

先由教师提问，学生回顾探究式实验的一般步骤:提出问题、作出假设、设计方案、进行实验、记录结果、交流讨论、得出结论，然后按步骤逐步建立探究式实验模型。

教师可以利用学生感兴趣的问题鼓励引导学生思考讨论并提出问题，比如新疆在夏秋季节会有大量的葡萄上市，许多家庭会酿葡萄酒、蒸馍馍等，这些都是学生感兴趣的内容。由学生阐述酿酒和蒸馍馍的过程，教师补充和引导学生提出探究问题:酵母菌的呼吸方式是什么?学生分组讨论再由各组分派代表对假设进行描述，锻炼学生语言表达能力。教师最后对各组假设进行归纳总结，也可由学生自行归纳总结(根据学生程度选择教学)。学生分组讨论，选择实验材料用具，拟定方法步骤，初步画出实验装置图。教师可以引导学生发现并改进实验装置的不足，对装置的可行性进行评估。进行实验，小组分工协作，培养学生的合作精神。学生观察并记录结果，各小组交流汇报实验结果最后由小组代表归纳总结结论:酵母菌在有氧条件下产生大量的CO2，在无氧条件下产生酒精和少量的CO2。在整个过程中引导学生按照科学家的探究实验步骤进行实验，最后由学生尝试建立探究式实验模型。

(2)模型建立中的问题引导

在引导问题上注意由简单到复杂:如酒的主要成分是什么?在什么条件下产生?馍馍为什么会比较松软?酵母菌在有氧和无氧的条件下产物分别是什么?在一些比较复杂的问题上可以设计细化问题进行引导，如实验装置的创设中提出:如何控制有氧和无氧的条件?如何对呼吸产物进行检测?在不同条件下产物量的多少?除课本外有没有其他检测办法?这样可以帮助学生锻炼思维能力，逐步加深对实验问题的理解。实验基本操作技能上设置问题进行训练:如教材中实验装置是否有不足?如何改进?能否自行设计新装置?在实验中对照实验的设置、单一变量、无关变量的控制都可以设计问题引导:如只设置有氧组实验装置进行实验是否具有说服力?加入无氧组实验是否可以形成相互对照?如果单独研究有氧呼吸的产物或无氧呼吸产物如何设置对照组?在这些问题的设置做到循序渐进、层层引导可以有效提高学生的探究能力和生物科学素养。

2．自主式探究教学

在完成对酵母菌细胞呼吸方式的探究后，学生对探究式实验的一般模型和基本实验技操作能已经有了进一步的认识和巩固，教师可以组织课下活动让学生进入实验室进行自主式探究。由学生自主拟定探究题目，并按照探究式模型的一般步骤进行实验。实验中需要学生有更强的发现问题和解决问题的能力。学生的探究课题往往是全新的，没有先例可循，就要求学生自己动手查资料、寻信息，对实验的材料、试剂、器材等进行不断选择和更换，不断探索和更改自己的实验方法和设计，真正体会探究式实验的精髓。如学生拟定的“探究影响酵母菌呼吸方式的外界因素”“不同氧气浓度下酵母菌呼吸的方式”等课题在学生经过十多次的改进实验后获得成功，使学生收获成功的喜悦。让小组之间进行交流互评，撰写心得提高学生的语言表述能力和写作能力。在自主式探究教学中，教师作为辅助者和组织者可以给学生提供一定的帮助，如按学生要求提供必要的实验材料、器材等，介绍一些安全操作实验的注意事项，根据学生的情况适当的参与学生的讨论并提出建议。这样的课下活动使学生极大的提高了生物学的学习兴趣，提高了实验基本技能，更大地发挥学生创新能力。

五、教学反思

在引导式探究教学中注重发挥学生的主体作用和教师的主导作用。在探究式模型的构建中，学生经历了与科学家的科学探究同样的历程，包括提出问题、作出假设、设计方案、进行实验、记录结果、交流讨论、得出结论等，学生在这种多侧面的活动中，真正体验和领悟了科学研究的过程，理解和掌握了科学研究的方法和技能，提高了科学探究能力和生物科学素养。同时，学生在引导式探究活动中须在教师的指导下进行。特别是对刚刚接触探究活动的学生来说，离不开教师的引导和点拨。在引导式探究教学中教师应在学生探究感到最困难的地方，适时地点拨引导学生，较好地发挥了教师组织者、引导者的作用，提高了探究活动的效果。

在自主式探究教学中，应鼓励学生大胆发现问题并运用探究实验模型及基本的实验操作技能解决问题。新课标提出，倡导探究式学习重在培养学生的创新精神和实践能力。学生大胆提出探究的新问题并主动的解决问题，敢于创新这正是探究式实验的目的所在。