指向科学思维培养的初中生物学实验教学——以“探究植物细胞的吸水和失水”教学为例

卢琴 丁金玉

（1.龙岩市新罗区教师进修学校，福建 龙岩 364000；2.龙岩市莲东中学，福建 龙岩 364000）

《义务教育生物学课程标准（2022 年版）》（下文简称课程标准）明确提出培养学生科学思维素养，要求初中生物学教学应促进学生尊重事实证据，崇尚严谨求实，基于证据和逻辑，多角度、辩证地分析问题。［1］笔者尝试以2012 年版北京师范大学出版社《生物学·七年级上册》“探究植物细胞的吸水和失水”实验教学为例，探讨初中生物学实验教学策略，促进学生学会“有理有据”地提出问题、分析问题与解决问题，提高科学思维能力与探究实践能力。

一、“探究植物细胞的吸水和失水”实验教学设计思路

初中“探究植物细胞的吸水和失水”实验教学时，根据课程标准内容要求，以真实的、富有逻辑性的系列问题及高中相关实验教学资源，引导学生进行思维探究与实验操作，使得实验探究过程“问题化”，外显学生的思维过程，及时发现、解决学生学习存在的问题，促进学生尝试设计合理的实验方案，习得生物学大概念“一般情况下，根毛的细胞液浓度总是大于土壤溶液浓度，根毛细胞吸收土壤里的水分。若土壤溶液浓度大于根毛的细胞液浓度时，根毛细胞就会失水”。引导学生在“发现问题—解决问题”的螺旋式上升过程中，学习科学思维方法与科学探究方法，形成严谨的科学态度及不懈探索的科学精神。

二、“探究植物细胞的失水和吸水”实验教学过程

（一）创设情境，激发学生探究欲望

展示给萎蔫的植物浇水使其硬挺等日常生活中常见的生物学现象图片，创设问题情境：植物萎蔫的原因是什么？浇水后变硬挺的直接原因是什么？此现象说明细胞有什么功能？激发学生的好奇心与探究欲望，设计“探究植物细胞的吸水和失水”实验方案，开展实验探究。

（二）实验演示，引导学生提出问题

利用投影显微镜演示2019 年版人民教育出版社《生物学·必修1》（下文简称《高中生物学》）中有关“紫色洋葱表皮细胞的质壁分离与复原”实验，引导学生从动态角度观察、认识微观的植物细胞失水与吸水现象，提出值得探究的问题：植物细胞吸水或失水的外界条件是什么？若教学条件有限，可以指导学生观察紫色洋葱表皮细胞质壁分离与复原实验视频或《高中生物学》中相关插图，并形象、生动地讲解相关实验材料、实验方法及实验现象，帮助初中学生了解有关“原生质层”等高中生物学概念。

（三）知识铺垫，引导学生做出假设

由于初中学生缺乏有关化学知识，无法做出“植物细胞吸水或失水与细胞内外的浓度差有关”的假设。教师可以介绍不同浓度的食盐溶液配置，让学生初步了解“溶液”“浓度”及“浓度差”等化学概念。并列举不同植物细胞液浓度，引导学生认识细胞液具有一定的浓度。创设问题情境：当细胞内外的溶液存在浓度差的时候，会发生什么现象？什么情况下，细胞会吸水或失水？指导学生观察《高中生物学》中“水分进出哺乳动物红细胞”示意图，以具体的实验数据与现象，促进学生尝试做出假设：细胞吸水或失水与细胞液浓度有关。指导学生再次观看“紫色的洋葱表皮细胞的质壁分离与复原”实验视频，比较分析动植物细胞吸水与失水现象，帮助学生基于事实和证据，做出合理假设：当外界溶液浓度大于植物细胞液浓度时，细胞会失水；当外界溶液浓度小于植物细胞液浓度时，细胞则吸水。

（四）启发模仿，引导学生设计实验方案

创设问题情境，指导学生多角度思考与讨论“如何判断细胞是否吸水或失水？细胞吸水或失水后会发生怎样的变化？”模仿“紫色的洋葱表皮细胞的质壁分离与复原”实验，设计合理的“探究植物细胞的吸水和失水”实验方案。学生尝试以白萝卜为实验材料，将萝卜块浸泡在不同浓度的溶液中，并根据萝卜细胞吸水或失水，则萝卜块的质量与体积发生变化的原理，制订测量萝卜块的质量与体积的方法，以此探究萝卜细胞是否失水或吸水。

（五）实验操作，得出实验结论

指导学生分组进行实验。横切新鲜的白萝卜形成三个厚度均为0.5 厘米的萝卜圈，应用糕点压花模具制成A、B、C 三个形状一样的萝卜块，并称重与记录。分别将A、C 萝卜块浸泡在清水和20%的食盐溶液中，B 萝卜块则不进行处理。15 分钟后，取A、B、C三个萝卜块进行称重、记录三者浸泡前后的质量变化。同时，将A、B、C 三个萝卜块放回原萝卜圈的挖空处，观察、比较、记录浸泡前后的体积变化。指导学生分析实验数据与实验现象，得出“植物细胞吸水或失水与细胞内外溶液的浓度差有关。当外界溶液浓度大于植物细胞液浓度时，细胞失水；当外界溶液浓度小于植物细胞液浓度时，细胞吸水”的实验结论，为学习根毛吸水原理奠定基础。

（六）迁移应用实验结论，解释实际问题

指导学生迁移应用实验结论，尝试解释为何植物萎蔫后浇水可恢复挺拔、盐腌黄瓜或西红柿出水等常见的生物学现象，［2］思考与讨论：若根毛细胞从土壤溶液中吸收水分，则细胞液与土壤溶液的浓度差应是怎样的？反之，又将如何？促进学生深入探究学习，建立、理解根毛细胞与其吸收功能相适应的结构特征，树立结构与功能相适应的观点。

三、“探究植物细胞的失水和吸水”实验教学反思

（一）重视培养学生科学思维素养

“探究植物细胞的吸水和失水”实验教学遵循“核心素养为宗旨”“教学过程重实践”等课程基本理念，充分利用高中生物学实验教学资源，创设联系生活实际的问题情境，激发学生的好奇心、探究与质疑欲望，引导学生思考、讨论、设计、观察、记录与分析，以丰富、生动、具体的实验现象与数据，为学生学习抽象、微观的生物学概念提供感性认识，搭建理解与应用生物学概念、原理的“脚手架”。并通过迁移运用实验结论，促进学生灵活应用所学的知识解释生活中相关的生物学现象与农业生产问题，构建结构与功能相适应的生命观念。［1］同时，学习科学思维方法与科学探究方法，增强团队合作意识，发展科学思维素养。

（二）重视培养学生探究实践能力

“探究植物细胞的吸水和失水”实验教学尝试改革实验教学方式，以富有逻辑性的系列问题，引导学生思考与讨论，鼓励学生小组合作制订实验方案，合理选择实验材料、测量方法等，使得实验现象明显、实验方法简便。并合理应用高中生物学实验教学资源，帮助学生理解细胞的吸水与失水原理。基于本探究实验结论，指导学生参考相关高中生物学知识，进行“探究白萝卜细胞液浓度”拓展实验，尝试应用对照实验设计方法，解决“细胞在什么情况下，既不吸水也不失水”问题。还可以指导开展项目式学习，探究解决“外界溶液的浓度若不断地提升，会出现什么实验现象”“细胞吸水或失水的程度有极限吗”“细胞吸水或失水速率与哪些环境条件有关”“还有哪些测量细胞体积变化的方法”等问题，提高学生探究实践能力。

初中生物学实验教学是发展学生核心素养的重要载体。应围绕课程目标与要求设计与实施实验教学目标，充分利用高中生物学有关探究实验教学资源，创设真实的问题情境，引导学生提出问题，做出假设，设计实验方案，观察、操作、记录、分析实验现象，得出实验结论，并迁移应用实验结论解决实际问题，促进学生通过探究实验，习得生物学知识，形成生命观念，提高科学探究能力，发展科学思维素养。