基于“展示·研究”教学模式的高中生物学实验教学设计

符 凯

(江苏省泰兴市第三高级中学 225400)

1 理论基础

“展示·研究”教学模式是依据建构主义理论和生物学科特点，根据高中学生的认知规律，以提高学生的生物学核心素养为目标进行设计的一种教学模式。其程序可分为“直观展示→沟通表达→研究分享→反馈提高”四个阶段[1]。“直观展示”是利用直观性原则，设置情境，展示目标；“沟通表达”是利用师生沟通、生生沟通等方式进行互动，在沟通中让学生进行比较，确定课题和研究的思路；“研究分享”是以研究小组的形式，让学生进行探究性学习并分享研究成果；“反馈提高”是利用反思、归纳、点拨、练习等方式对课堂教学活动进行自我评价，从而达到巩固、提高和生成的效果。这四个阶段环环相扣，在一节课中也可以针对不同知识模块进行循环，逐步提升。

2 实验目的

“植物细胞的吸水和失水”实验是高中生物学中的经典实验。在高三复习时，可以将高中生物学课程中的很多知识点(如判断细胞的死活、细胞的显微计数、细胞的无氧呼吸、探究实验的设计、实验误差的分析等)融入此实验。利用“展示·研究”教学模式，对“植物细胞的吸水和失水”实验进行拓展，设计“探究酒精对植物细胞的毒害作用”实验，培养学生设计科学可行的实验方案，初步掌握显微镜下进行细胞计数的方法，应用“植物细胞的吸水和失水”实验中获得的技能在新的情境中解决问题。

3 教学过程

3.1 直观展示一 教师通过PPT展示2009年10月海南省琼海市万泉河畔低洼地带的农作物反复遭受洪水浸泡而烂根的图片。在展示的过程中，教师提醒学生注意观察经长期的洪水浸泡后植物根的变化。利用来自新闻报道的真实照片，能很快吸引学生的注意力，并引发学生思考。

3.2 沟通表达一 根据展示的图片，提出问题串，和学生进行沟通，并让学生充分讨论后回答：① 农作物遭受水长期浸泡后为什么会出现烂根而死亡的现象呢？②围绕这一现象，我们来进行探究的话，可以提出哪些问题呢？③同学们能不能就这个问题作出假设呢？④我们怎样才能知道细胞受到了酒精的毒害作用呢？

教师利用问题串引导学生对观察到的现象进行理性的分析，并不断通过师生、生生的讨论、沟通，让学生明确需要探究的问题，并利用已有的知识基础，提出可能的假设。

3.3 研究分享一 根据师生双方的分析和讨论，确定本节课研究的问题为：用在不同浓度的酒精溶液里浸泡过的植物细胞做质壁分离实验，根据处理材料中细胞死亡率的高低来研究不同浓度的酒精对细胞的毒害作用。

教师提出问题引导学生进行思考：①用什么材料来做这个实验效果更好呢？②这个实验具体的实验步骤是怎样的呢？

3.4 直观展示二 教师提供两则相关的背景信息。

相关信息1 预实验结果表明：冬季温度很低，外表皮与叶肉较其他季节更难分离, 用镊子撕取外表皮时,往往容易撕破表皮细胞或带有叶肉细胞，显微镜下观察到细胞重叠、层次加厚，反复实验发现观察计数效果差；酒精浓度较高(体积分数30%以上)或处理时间过长(如2 h以上)，植物细胞几乎全部死亡；将整片鳞片叶置于酒精溶液中处理，细胞受到的毒害作用很不明显，视野中几乎全是活细胞。

相关信息2 胭脂红是一种水溶性食用色素，不能透过活细胞的原生质层进入液泡，但能进入细胞壁和原生质层之间，而细胞死亡后，原生质层失去选择透过性，胭脂红就能透过原生质层进入液泡中。若将洋葱鳞片叶内表皮细胞置于较高浓度的胭脂红水溶液中，活的内表皮细胞发生质壁分离，胭脂红水溶液进入细胞壁和原生质层之间，显微镜下将清晰地看到光亮的液泡逐渐缩小，而死细胞在镜下全是红色[2]。

教师通过查阅资料和预实验的结果，向学生展示有关资料，引导学生找出最佳的实验思路，制订合理的实验方案。

3.5 沟通表达二 根据以上材料，师生双方一起讨论以下问题：①选择洋葱鳞片叶内表皮还是外表皮作为实验材料？为什么？②本实验中自变量是什么？用什么方法控制自变量？③你们小组确定的浓度梯度是多少？设定哪几种浓度值？④本实验中因变量是什么？能否定量检测？怎样定量检测？ ⑤本实验中实验误差的主要来源是什么？如何进行重复实验？⑥对照实验如何设置？是否需要空白对照？⑦需要哪些器材和用具？

师生双方通过对问题串的讨论，进一步明确实验研究的思路，细化实验方案，确定实验材料、用具。由于冬季温度低，外表皮与叶肉较其他季节更难分离，因此选用内表皮更合适。由于内表皮无色，可结合信息2，选用胭脂红溶液来做质壁分离实验。根据探究的问题，可以确定本实验的自变量是酒精的浓度，酒精的浓度应在40%以下较为合理。由于洋葱内表皮细胞受到酒精的毒害而死亡，因此可以通过计算活细胞占计数细胞的总数，即细胞的成活率来定量检测。本实验的误差的主要来源是对细胞进行计数，可以通过重复实验来校正误差。对每个酒精浓度浸泡下的表皮进行多次检测。另外，对每个装片也可以多选几个视野进行计数。本实验需要的实验材料和用具有洋葱内表皮、胭脂红溶液、镊子、载玻片、盖玻片、吸水纸、擦镜纸。

3.6 研究分享二 经过师生充分的沟通和表达，双方对实验的设计方案基本达成共识，教师展示在巡视指导过程中发现的相对比较完善的几组实验方案，以让其他组的学生借鉴。

方法步骤：①配制7组不同体积分数的酒精溶液：0、5%、10%、15%、20%、25%、30%，用量筒分别量取10 mL上述酒精溶液置于7个小培养皿中；②剥洋葱鳞片叶，用镊子撕下内表皮，分别置于7组酒精溶液中，浸泡处理30 min；③将经过不同浓度酒精处理的内表皮取出，分别置于盛有等量蒸馏水的7组培养皿中漂洗10 min；④每组制作3个内表皮细胞临时装片，用滴管从盖玻片一侧滴入0.06 g/mL的胭脂红溶液，在另一侧用吸水纸吸引，重复几次；⑤用低倍镜观察，每个装片计数2个不同视野中发生质壁分离的细胞数和细胞总数，将观察计数结果分别记录在观察记录表中(表略)。

根据各自的实验方案，学生开始分组进行实验、探究。此时教师操作数码显微镜，提供示例，并在其间观察、指导、讨论。待实验结束，各小组汇报，共享成果：①每个小组给出本小组直观反映实验结果数据的坐标图(横坐标为酒精浓度，纵坐标为细胞的成活率)。②实验结论：当酒精浓度较低时(<20%)对洋葱内表皮的毒害作用不明显；当酒精浓度达到一定数值(25%)时，对洋葱内表皮的毒害作用明显。

3.7 反馈提高 师生对本实验的探究历程和具体操作做进一步的小结和反思。根据整个实验过程，探究实验的的一般步骤是：提出问题→作出假设→制订计划→实施计划→得出结论→表达交流。引导学生分析本实验的误差可能的来源：视野中的细胞数量过多，会导致计数困难；对处于视野边界上的细胞的取舍没有按照统一标准进行；细胞死亡的原因可能是由于操作时机械损伤所导致等。引导各小组分析各自的实验结果与展示的实验结果是否一致，如果不一致，分析导致差异的原因。

教师进一步引发学生思考，在本实验的基础上还可以作哪些拓展：如同一浓度的酒精处理植物细胞的时间不同，导致的伤害有何差异？不同植物细胞对酒精的耐受性是否相同？这些生成性的问题，可以让有兴趣的学生继续进行研究。

4 教学反思

本节课利用“展示·研究”教学模式进行拓展实验的设计，通过直观展示来设疑激趣，沟通表达来明晰方向，研究分享来突破重点，反馈提高来总结评价。在这四个环节中，学生的思维得到训练，语言得到锤炼，能力得到显现，有助于培养学生的生物学核心素养。由于学生亲历整个探究过程并亲自操作，因此对探究实验的设计有了完整的认识，对实验中的一些细节印象深刻，对以后独立设计、完成探究实验建立起了信心，为学生的探究性学习奠定了基础。