基于初中实验的“探究酵母菌呼吸方式”支架式教学

杨建忠

摘 要 以最近发展区理论为指导，针对探究活动中存在的困难，借助初中理化生实验，创设多种类型的支架，引导、帮助学生逐步攀升，有效达成学习目标。

关键词 支架式教学 问题意识最近发展区 生物学教学

中图分类号 Q-33 文献标识码 B

维果茨基的“最近发展区”理论认为，学生的发展状态存在两种不同的水平：① 能够独立完成学习任务的实际发展水平；② 只有在他人的合理帮助下才能够完成任务的潜在发展水平。在这两种水平之间存在着一定的距离，即为最近发展区；教学不能仅仅保持在学生已有的发展水平上，而是要以学生的实际发展水平为基础，以潜在发展水平为目标，在最近发展区内开展教学。依据这一理论发展而成的建构主义支架式教学，强调学生的“学”，是在一系列支架的引导、扶持下，力图跨越“最近发展区”的学习，教师的“教”，是在“最近发展区”内，提供恰当的学习“支架”，帮助学生跨越“最近发展区”的教。

以高中生物“探究酵母菌呼吸方式”基本过程为主线，以学生在初中实验和生活体验中，形成的实际发展水平为基点，以一课时能够顺利完成全部探究活动为目标，分析主线各环节的基点与目标之间以及在知识与能力方面的内在联系，针对由基点向目标发展的困难之处，借助初中理化生相关实验，创设灵活多样的支架，引导、扶持学生沿着主线步步攀升，实现对目标水平的意义建构。

1 创设图文支架，导引探究问题的提出

通过初中生物七年级下册的有关实验，学生已经具备了辨认酵母菌及利用其产生的CO2和酒精，并会制作馒头与米酒。可是，在学生依据该水平提出问题时，往往存在所提问题不能较好地指向探究方向的困难。教师可创设由四组内容构成的图文支架：① 初中实验所观察到的酵母菌显微照片；② 附有CO2文字的馒头和附有酒精文字的米酒照片；③ 穿插在两组照片之间的酵母菌在有氧和无氧情况下都能生活的文字信息；④ 让学生按顺序将三者用问题串联起来。在这种图文支架的导引下，学生不断地沿着“酵母菌→有氧/无氧→CO2/酒精”进行自我登攀，不仅顺利地提出符合探究方向的问题：“酵母菌是在有氧，还是无氧情况下产生CO2？酵母菌是在有氧，还是无氧情况下产生酒精？”并且学生还建构了探究实验的自变量，是“有无氧气”和检测指标为“CO2和酒精”的知识，为后继学习搭建了良好的新平台。

2 创设向导支架，指引酵母菌培养液的配制

在初中生物动手做馒头的实验中，学生虽然进行过“将5 g干酵母，用30℃左右的温水溶化”的操作，但是遗忘率很大；而且仅凭这一操作，是不能配得符合探究活动所需的培养液。另外，由于教学时间的限制，教师无法要求学生从最基本的材料开始进行配制。针对这些困难，以学生曾经的操作为导向性信息，以24 mL 5%葡萄糖液、1 g干酵母、水浴保温装置等为导向性材料用具，创设向导支架，指引学生在小组协商的基础上，将葡萄糖液加热至30℃后，加入干酵母搅拌，从而顺利完成培养液配制的操作。与此同时，学生还获得在30℃左右的温度下对酵母菌培养的知识。

3 创设用具支架，帮扶实验装置的创设

创设恰当装置，对提出的问题进行实验探究，是理科科学探究至关重要的一步。学生对于探究活动所需实验装置的认识水平，主要是初中化学九年级上册“CO2的制备”实验中的装置，但是该装置制作中的打孔操作，以及用常规方法将其改装成有氧装置的操作，对学生而言是非常困难的。为此，首先给每个学习小组提供贴有A、B标签的两支分支试管、两根玻璃弯管、两根短橡胶管、两个试管塞及两套水浴保温装置，作为帮扶学生初步创设的用具支架。学生利用这些用具支架，依据初中化学实验中形成的现有水平，不仅独立组装出图1所示的实验装置，而且还会通过“不能通气、可以导气、能进行酵母菌培养”的分析，得出该装置只可用于探究“酵母菌是否在无氧情况下产生CO2和酒精”的问题，并产生将该装置改装成能探究“酵母菌是否在有氧情况下产生CO2和酒精”的强烈欲望。在此基础上，再给每个学习小组提供一支带有9号针头的60 mL注射器、一支空圆珠笔管、连接所需的胶带，作为学生进一步登攀的用具支架；借此支架的帮扶，学生通过力所能及的操作，顺利将一套图1装置改装成图2所示的装置，从而为后继实验探究打下良好的工具基础。

4 创设范例支架，引导无CO2空气的制备

有氧呼吸实验中，需不断地通入空气，而空气中原有的CO2会对实验现象产生影响。因此，需利用NaOH去除所通空气中的CO2，这是学生的现有水平，但学生对利用注射器获得所需空气的操作存在困难。为此，首先出示初中化学“水和空气的压缩实验”的内容：取两支大小相同的医用注射器，将其下端垂直向下，一支插入水中，一支悬于空气中，然后将两活塞向上抽拉，分别吸入等体积的水和空气；再要求学生参照该实验，利用一支60 mL注射器和5 mL质量分数为10%NaOH，制备50 mL排除了CO2的空气。在该范例支架的引导下，学生经逻辑思维和操作试验，独立摸索出制取无CO2空气的方法：先将注射器下端垂直插入NaOH中，吸至5 mL刻度，再将注射器下端垂直向下悬于空气中抽拉活塞，吸空气至60 mL刻度，最后再将注射器下端垂直向下彻底排除NaOH。

5 创设情境支架，激发产物CO2的检测

本探究实验的一个重要指标是对产物CO2的检测，其中用澄清石灰水进行检测的方法。学生在初中生物与化学实验中，已经具备了非常好的认识水平，不仅能非常熟练地完成操作，而且能顺利观察到澄清石灰水的混浊度，是有氧条件大于无氧条件的现象；其中用BTB（溴麝香草酚蓝）进行检测的方法，由于只在初中生物“验证绿叶在光下吸收CO2”实验中反向使用过，因此绝大多数学生已经模糊不清。因此，教师利用初中实验中的“酸碱指示剂BTB在酸性、中性、碱性溶液中，分别呈黄色、蓝色、深蓝色”内容，创设情境支架，触发学生以CO2能使溶液变酸性为平台，攀升至完成将CO2导入试管中BTB溶液的操作与观察，并得到有氧、无氧条件下BTB溶液颜色变化，分别为蓝变绿再变黄、蓝变绿的现象。

6 创设建议支架，引领产物酒精的检测

生物和化学的多个实验使得学生已经具备向待测样液中滴加酸性重铬酸钾，进行酒精检测的方法，然而，将该方法应用于本探究实验时，却遭遇非常大的困难，其原因包括：① 有氧培养中的酵母菌，在代谢中会产生除酒精外的多种还原性有机物，这些有机物同样会使酸性重铬酸钾变为灰绿色。因此，若采用向含酵母菌的培养液，滴加酸性重铬酸钾进行检测，无氧和有氧培养液都会变为灰绿色。② 不足一课时的实验培养，无法完全消耗培养液中的还原性葡萄糖。因此，即使采用向其过滤液滴加酸性重铬酸钾进行检测的方法，同样会出现无氧与有氧都变为灰绿色的现象。③ 如果借助酵母菌清水活化进行探究实验，虽然可以避免葡萄糖对检测结果的干扰，但是需要高浓度的酵母菌培养液，才能得到CO2的检测结果，而此种培养液无法做到氧气的充足供应，因此也会出现无氧与有氧都变灰绿色的现象。为了有效解决这个困难，笔者彻底摆脱学生现有水平的束缚，借助初中物理中的“酒精汽化”实验，首先演示滴有几滴酒精的封闭瘪塑料袋在80 ℃热水中的现象，然后呈现如下的操作建议：用玻璃棒蘸取少量酸性重铬酸钾，在洁净载玻片中央涂抹出橙色圆斑，将橙色圆斑向下，盖在拔去试管塞的分支试管口上，用盛有80℃水的烧杯进行保温。在这种建议性支架的支撑下，学生既顺利完成实验操作，又卓有成效地获得有氧下不变色、无氧下很快变灰绿色的探究结果。

在上述基于初中实验、着眼于“最近发展区”的多类型支架帮扶下，学生逐步完成了整个探究活动，循序渐进地实现现有学习水平向更高学习水平的跨越，较好地达成了最终发展目标。

参考文献：

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