李小玲
(山东省东营市第二中学 东营 257000)
“探究酵母菌细胞呼吸的方式”是人教版高中生物学教材中的一项学生活动,是学生在学习了“线粒体”和“细胞的能量通货——ATP”等相关知识之后,学习“细胞呼吸”等知识之前的一个探究性实验。教材要求学生通过探究活动,设计和进行对比实验,分析有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的情况。但教材提供的装置和操作方法,在课程实施过程中受到实验条件的限制,影响实验课效果。
为此,需要优化实验装置,并在此基础上通过科学探究的一般过程,引导学生探究酵母菌细胞呼吸的方式,以此增强学生对自然现象的好奇心,掌握科学探究的基本思路和方法,发展科学思维,逐步培养学生的生物学学科核心素养。
依据课程标准中的内容要求、学业要求及学业质量标准,并围绕培养学生核心素养的要求,制订了如下的教学目标:
(1) 学会在真实情境下提出问题、设计实验、分组实施及结果分析等步骤,掌握科学探究的思路和方法,发展科学思维。
(2) 通过检测酵母菌细胞呼吸产物,能够准确说出有氧呼吸与无氧呼吸的条件和产物。
(3) 通过对酵母菌细胞呼吸方式的探究,探讨生产生活中细胞呼吸原理的应用,形成社会责任感。
(1) 有氧呼吸装置: 以注射器作为反应容器,利用MnO2催化H2O2分解制备氧气(图1),代替教材中利用橡皮球或气泵间歇性通气创造有氧环境,操作简单,且省去NaOH除CO2装置。
图1 有氧呼吸装置
(2) 无氧呼吸装置: 利用注射器作为反应容器(图2),堵塞针头,确保酵母菌真正只进行无氧呼吸,可通过注射器刻度直接读取无氧呼吸过程中CO2的产量,不仅做到了定性检测,且实现了定量检测。
图2 无氧呼吸装置
(3) 检测CO2方法: 分别将有氧、无氧条件下注射器中的酵母菌培养液产生的气体推入含有溴麝香草酚蓝水溶液的注射器(图3),可快速检测CO2,效果明显。
图3 检测CO2装置
(4) 检测酒精方法: 葡萄糖和酒精在酸性条件下均能与橙色的重铬酸钾反应变成灰绿色,若有氧呼吸装置中葡萄糖未全部耗尽,则干扰实验结果。由于酒精沸点低,可利用蒸馏法分离酒精,再利用酒精检测仪进行检测(图4),既保证实验结果的准确性,又可读取酒精的含量,做到定性检测与定量检测协调统一。
图4 检测酒精装置
4.1 创设情境 导入新课 向学生展示提前准备好的A、 B两组发面团,A组充分接触空气,B组用塑料袋密封。引出与发面过程相关的酵母菌。
设计意图: 通过学生熟悉常见的发面现象,激发学生的探究欲望,引出本节教学内容。
4.2 观察现象 提出问题 通过观察两组发面团中蜂窝状组织等,引导学生积极思考、提出问题,并作出假设,根据实验条件筛选出部分探究性问题及假设(表1),由此生成两个探究性课题: 探究酵母菌在有氧条件下细胞呼吸的产物、探究酵母菌在无氧条件下细胞呼吸的产物。
设计意图: 针对日常生活中的真实情境,引导学生发现现实生活中的生物学问题,鼓励学生思考,促使学生学会抓住情境中的关键现象,并提出清晰明了、可探究的生命科学问题,为后续实验指明方向。
表1 根据发面现象提出的问题及作出的假设
4.3 设计实验 验证假设 通过对探究实验流程及实验原理的讲解、教材装置局限性的分析,引导学生设计实验方案,并画出装置图,教师利用希沃授课助手中的拍照上传功能将具代表的可行性方案同屏到一体机屏幕上,并进行指导和完善。之后全班分为两个大组,分别探究酵母菌在有氧条件、无氧条件下细胞呼吸的产物。
各小组组装实验装置,实施实验方案,教师巡视过程中将学生出现的问题及操作失误同屏到一体机,及时进行纠正。实验结束后每组学生填写实验记录表(表2)。
设计意图: 明确实验方向后,引导学生自主设计实验方案,培养学生运用科学方法解决问题的思维习惯,提高学生创新能力;通过方案的实施,锻炼学生实践能力,培养团队合作精神,掌握科学探究的思路和方法。并且利用希沃授课助手中同屏技术及时展示教学过程中出现的问题,实时答疑解惑、纠正失误,令学生印象深刻。
表2 “探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验记录表
4.4 分析结果 得出结论 实验结束后,各小组派一名代表展示分析本组实验结果,阐明是否符合预期,得出结论,利用Excel软件统计酵母菌无氧呼吸过程中CO2的产量,求出平均值,并总结实验过程中新生成的问题,如: ①有氧呼吸的产物是否只有CO2,教师引导学生观察有氧条件下发面团,周围有水的形成,推测有氧呼吸的产物不仅有CO2,还有水;②如何检测有氧条件下CO2的产量,教师引导学生讨论,集思广益,最终学生提出利用NaOH等碱性溶液吸收有氧装置中的CO2,注射器中气体总量减去剩余气体量,即为有氧呼吸中CO2的产量。学生交流情况汇总如表3所示。
表3 学生交流汇总表
设计意图: 不同小组通过对实验结果的展示与交流,验证了实验猜想,得出结论,学生亲历科学探究实验的一般流程。学生在分析实验结果的过程中思维得以延伸,提出了有价值的探究问题,并在尊重实验事实的前提下,用科学的思维方法去解决这些问题,于细微处逐步发展学生科学思维,在后续自主探究实验中再次落实生物学学科核心素养中的科学探究。
4.5 评价与反思 学生展示成果后填写实验评价表(表4),让学生在评价中获取有效的反馈信息,提高自己的学习水平,肯定自己的成绩,找到自己的不足。教师在此基础上引导学生对实验过程及实验设计进行优化,不断完善方案。
设计意图: 采用学生自评和互评及教师评相结合的形式,并结合学生课堂行为表现来衡量学生的学习态度和能力,教师利用评语及时反馈学生学习情况,激发学生学习的主动性、提高学生应用所学知识解决实际问题的能力,促进学生生物学学科核心素养的养成。
表4 “探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验评价表
本节课是以生活中发面团这一真情实境为导向,依据科学探究实验的一般流程展开,旨在培养学生的生物学学科核心素养,尤其是科学探究和生物学实践能力。通过本节探究式教学,为学生提供了探究、自主、合作式学习的机会,搭建了动手实践和体验的舞台,相比于被动地接受知识、按部就班地完成教材实验,学生更乐于自主探究,以此获得成就感,提升实验探究能力,逐步发展科学思维;教师利用同屏技术集思广益,实现实验设计的多样化;实验装置做到了定性检测与定量探究协调统一,让学生在量的变化中了解事物的本质。