例谈高中生物的探究式实验教学

孙淑芬

【摘要】高中生物课程重视实验教学，倡导探究式教学，本文以“被动运输”的教学为例，探讨高中生物学课堂教学中，教师如何实施以学生为主体的探究式实验教学，以提高学生能力，提升学生学科核心素养。

【关键词】高中生物  实施  探究式实验

【中图分类号】G633.91        【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）43-0134-02

《普通高中生物课程标准》（2017年版）指出“生命观念、科学思维、科学探究和社会责任” [1] 是生物学科核心素养;在该课程标准的（一）课程性质中，对学生的学习生物学提出要求：“主动地参与学习”、对学生学习生物学知识提倡“亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发现规律等过程”[1]; 在（六）实施建议的教学建议中，提出：“组织以探究为特点的主动学习是落实生物学学科核心素养的关键”“实验教学是促成学生达成生物学学科核心素养的重要支撑”。教师在生物教学过程中，如果能根据教学内容和实际情况创造条件，给学生提供更多的探究式实验的学习机会，通过亲历实验，自主学习的过程获取生物学知识，对激发学生的学习热情，发展学生的核心素养，培养学生的创新精神和实践能力具有重要的作用。

并不是所有教学内容都适合实验探究教学，因此，教师在备课时，要吃透教材，挑选、挖掘有利于引导学生探究式学习的实验教学内容。人教版普通高中生物学生物学必修1的第四章第1节“被动运输”中，问题探讨的“渗透现象”“植物细胞的吸水和失水”等教学内容，是进行探究式实验教学的好素材，本文以该教学内容为例，探讨高中生物学教师教学如何实施探究式实验教学。

一、演示实验，探究式进行“问题探讨”

教材的“问题探讨”介绍渗透装置及实验结果，教师在教学时，往往通过分析教材插图“渗透示意图”，引导学生分析讨论“渗透作用”，而导入新课学习，学生是通过图片和理论来认识渗透装置及渗透现象的实验结果。事实会是这样的吗？学生心中是存在疑问的，如果教师在教学中，能够改“看插图说实验”为让学生动手动脑，“亲历实验”，通过操作实验过程，观察实验结果来认识渗透装置及原理，达到“做实验探究学习”，学习效果不言而喻。

首先，教师做好课堂实验器材、材料的准备工作：  1.制备半透膜：上课前2天，把两个鸭蛋（为防止操作失败，可以多泡几个）洗净，放入装有醋的容器中浸泡，醋要完全没过鸭蛋（醋如果多一些，蛋壳钙质溶解的速度会更快）静置1～2天，待鸭蛋壳的硬壳钙质完全溶于醋中，用清水轻轻地冲洗蛋膜表面的物质，获得由蛋膜包被的，软软的鸭蛋。用剪刀把在蛋膜剪破，倒出蛋清和蛋黄，再用清水冲洗鸭蛋膜，洗净后，即可获得半透膜（鸭蛋膜）。2.取2个半透膜分别套在2个长颈漏斗口，用橡皮筋固定。3.配制50%蔗糖溶液，量取30ml装在小烧杯中，在溶液中滴加几滴染液，把溶液染成颜色，编号①;另一小烧杯装30ml清水，编号②。4.另取两个大烧杯，盛等量的清水，分别编号A、B;准备2个铁架台用来固定长颈漏斗。

其次，演示实验，创设探究情境。“生物学教师要有意识地设计和实施课堂上的科学探究活动，并提供必要的课堂环境和良好的氛围”[2]。用实验来创设探究情境，激发学生的好奇心和求知欲，引入实验探究学习。

考虑课堂教学时间较紧的问题，在课前组织学生做好如图的实验装置：1.取两个长颈漏斗，将长颈漏斗口（有半透膜的一端）分别浸入盛有清水的两个大烧杯中，A装置长颈漏斗装入30ml的蔗糖溶液，B装置长颈漏斗装入30ml（等量）的清水中。2.把长颈漏斗固定在铁架台上，调节长颈漏斗内外两侧液面等高。3.装置静置一段时间。上课时，直接展示实验装置，指导学生观察比较两组实验中，长颈漏斗内溶液的液面和外界清水液面的高度差，A组的长颈漏斗液面上升，明显比烧杯清水液面高，B长颈漏斗内的液面与烧杯液面等高。为什么两组液面不一样了？实验小组的学生补充说明实验前的准备，两组实验装置中长颈漏斗内的溶液的区别。学生的注意力一下被吸引了，激起学生展开分析讨论。

最后，引导学生分析实验，自主探究。在操作、观察、讨论实验现象的基础上，教师引导学生思考、讨论下列的问题：1.为什么A组的长颈漏斗液面会上升，而B长颈漏斗液面保持不变？A组的长颈漏斗液面会不断上升吗？2.A组的长颈漏斗液面不再上升时，长颈漏斗内外溶液的浓度是否相等？3.如果用一层纱布代替半透膜，A组长颈漏斗液面会上升吗？4.如果大烧杯中不是清水，而是与A组同样浓度的蔗糖溶液，A、B两组的实验结果会怎样？学生通过动手实验、探究，在教师问题的引导下，渗透作用的发生，需要满足渗透装置的两个条件——半透明、膜两侧有浓度差，为进一步探究学习渗透吸水和渗透失水的知识奠定基础。

二、探究实验，体验“质壁分离和复原”

学生在学习“渗透作用”“水进出动物细胞的原理”的基础上，教师课前准备好实验材料，指导学生实验探究植物细胞的吸水和失水。

先引导学生学习实验探究的知识背景：展示成熟的植物细胞模式图，回顾细胞壁、细胞膜、细胞质、大液泡等细胞结构，解析原生质层的结构组成，理解水进出成熟的植物细胞，主要是指水经过原生质层进出液泡。

在实验操作之前，进行科学实验探究方法指导：学生体验分别泡在清水和盐水中萝卜条的大小和硬度，观察萎蔫的和新鮮的蔬菜。提出问题：1.植物细胞在什么条件下吸水和失水？2.吸水和失水是通过渗透作用吗？如果是，植物细胞中，相当于半透膜的结构是什么？3.除了观察萝卜条的大小和硬度外，你能不能用其他方法，直接观察植物细胞是否吸水或失水？组织学生讨论分析，引导学生发现问题、针对植物细胞的吸水和失水的问题探讨作出假设、讨论实验设计方案及可能观察到的实验结果、制作填写实验现象的表格，通过全班交流完善。

组织学生进行实验操作，指导学生观察讨论：1.观察紫色洋葱的紫色色素存在什么结构中？找出原生质层的结构？2.比较滴加蔗糖溶液前后细胞液泡的大小、颜色变化及原生质层的位置发生什么变化。3.画一个失水后的植物细胞图，并标出各部位的结构。4.从渗透作用的两个条件分析，植物细胞失水是不是渗透作用。5.随着植物细胞失水，与细胞壁分离的结构是什么？6.失水后的细胞，滴加清水，细胞的原生质层、液泡的大小、颜色又发生什么变化？通过问题驱动，学生在实验中观察、思考、讨论，逐步理解植物细胞质壁分离和复原的原理，认同细胞的结构与功能相适应的生命观念，通过实例分析归纳出被动运输的特点，提高归纳概括能力。

三、拓展实验，培养科学思维

高中生物教学不仅传授基础知识和基本技能，更需要发展学生科学思维，培养学生运用所学知识认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。在完成实验教学目标的内容外，可为学生准备更多的材料，引导学生通过实验操作观察或运用所学原理，继续深入讨论探究。（1）用紫色洋葱内表皮细胞（无紫色部分）做实验，是否能观察到实验的结果？用紫色部分做实验有什么优点？（2）把30%蔗糖溶液换成30%甘油溶液实验，细胞原生质层会发生什么变化？思考产生这种现象的原因。（3）如果把滴加30%蔗糖溶液，改为分别滴加5%、50%的蔗糖溶液，实验结果会发生变化吗？（4）用叶肉细胞的表皮细胞做实验材料，依次滴加30%蔗糖溶液和清水，气孔的大小会发生什么变化？这种现象对植物有什么意义？学生必须理解真正渗透作用的原理，才能对以上问题做出解释，实现知识的应用迁移。

此外，教师精心设计以背景材料引导思考探究的练习、图片，引导学生用实验探究的知识原理，解决其他联系实际的相关问题，给学生更多的想象空间和探究欲望，开拓学生思维。如，讨论质壁分离实验在下列几种应用的原理：1.判断成熟植物细胞是不是活的。2.比较不同植物细胞的细胞液浓度的高低。3.标签脱落的两瓶蔗糖溶液和硝酸钾溶液，请你设计实验加以鉴别。这些问题都要求学生整合质壁分离实验的选材、原理和操作，能对问题进行推理分析，从而培养学生的科学思维。

在高中生物课堂教学中，运用探究式实验教学，符合“生物学科以核心素养为宗旨，教学过程重实践的基本理念”。为使在课堂中切实可行，特别需关注几个问题：实验探究的问题要有课堂操作的可行性，确定教学目标，制定教学过程和问题讨论时，需要充分考虑学生的性格特征、学习风格、能力倾向及对本学科学习的态度;学生思考讨论的问题要由浅入深，具有“探究性”，而不是看着热闹;教师要扮演好引导者的角色，引导学生处于主体地位，积极参与是探究式实验教学的关键;教师适时的引导和评价，保证教学高效进行。正如教育家卢梭所说：“要由他自己希望学什么东西和研究什么东西;而你呢，则设法使他了解那些东西，巧妙地使他产生学习的愿望，向他提供满足他的愿望的办法” [3]。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定.普通高中生物学课程标准（2017年版）.人民教育出版社，2018，1.

[2]劉恩山，曹保义. 普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）解读. 高等教育出版社，2020，9.

[3][法]卢梭著，李平沤译.爱弥儿——论教育.商务印书馆.1996.224.