PBL教学模式在初中生物实验中的应用——以“探究二氧化碳对光合作用的影响”实验为例

潘 霖

（中山市板芙镇板芙初级中学 广东中山 528459）

《义务教育生物学课程标准（2022年版）》将“科学思维”和“探究实践”纳入生物学学科核心素养的范畴，要求教师在课堂中不仅要培养学生运用科学的思维认识事物、解决问题，还要培养学生掌握科学探究的思路和方法。生物学是一门基于实验的自然科学，传统的教师讲授型实验教学重理论轻实践，忽视了对学生能力的培养，限制了学生的发展。如何突破传统实验教学模式，探索行之有效的教学方法，成为广大初中生物教育工作者孜孜不倦的研究课题。

PBL教学模式（Problem Based Learning，PBL）以学生为中心，教师作为协助者和引导者，强调以问题为导向，通过小组合作、相互讨论的形式来解决问题，学习问题背后蕴含的学科知识，最终培养学生解决问题、团队合作以及自主学习的能力。与传统模式相比，PBL教学模式更侧重学生科学探究能力与创新精神的培养。下文以“探究二氧化碳对光合作用的影响”实验为例，探索PBL教学模式应用在初中生物实验教学中的具体方法。

1 教材分析与内容改进

探究“二氧化碳是光合作用的原料吗？”是人教版初中生物学七年级上册的一个实验，教材中给出的实验提示信息较少，学生难以根据提示完成实验。课堂上，教师一般通过播放视频来讲解该实验，无法锻炼学生的科学探究能力。为使学生能够在一节课内完成该实验，笔者查阅大量文献资料，对该实验做了以下改进：

①教材提示中提到用氢氧化钠溶液（可吸收二氧化碳）来控制变量二氧化碳。氢氧化钠溶液有强烈的腐蚀性，使用该试剂存在较大的安全风险。换用碳酸氢钠溶液（可释放二氧化碳）控制变量可以规避风险。

②教材中收集氧气验证光合作用强度实验耗时过长，一节课时间难以完成。本次实验改用“叶圆片上浮法”来验证光合作用的强度。其实验原理为：正常情况下，叶片的叶肉细胞间隙中充满气体，圆形小叶片在水中会浮在水面上。利用真空抽气法将间隙中的气体排出，叶片便会沉入水中。叶片进行光合作用时产生氧气，氧气的溶解度很小，细胞间隙间氧气积累到一定量时会使下沉的叶片上浮。单位时间内圆形小叶片上浮的数量越多，表明光合作用越强。为使学生尽快掌握新方法操作步骤，教师需提前录制好微课。

2 基于PBL的实验教学过程

2.1 设置情境，引发思考

首先，教师展示温室大棚内安装的二氧化碳发生器的图片，提出问题：安装这种仪器的目的是什么？为什么要增加二氧化碳浓度？学生利用已经学习过光合作用的有关理论阐明自己的观点。教师由此引出本节课的探究问题：二氧化碳对光合作用有什么影响？

2.2 问题驱动，深入研究

教师将探究问题拆分为3个子问题：①如何为植物提供二氧化碳？②如何验证光合作用的强度？③如何设计对照实验？七年级学生刚接触生物学，储备的知识有限。根据“最近发展区”理论，在教学过程中，教师以合作者身份提供一些相关背景资料，在学生的两个发展区之间建立一座桥梁。学生根据已学知识，通过小组间的探讨解决问题，可以达到另一个更高的发展区。为帮助学生解决以上3个问题，教师提供以下背景资料：①碳酸氢钠溶液会产生二氧化碳，且在一定范围内，浓度越高，产生的二氧化碳越多。本实验提供凉开水（无二氧化碳），质量浓度分别为0.5%和1.0%的两种碳酸氢钠溶液。②教材中收集氧气验证过合作用强度的实验耗时过长，可通过“叶圆片上浮法”来验证光合作用强度。教师介绍叶圆片上浮法的实验原理，同时播放提前录制好的“叶圆片上浮法”微课，向学生展示具体的操作步骤。

2.3 小组讨论，适时点拨

全班学生按“组间同质，组内异质”分为8个小组，各小组根据提供的背景资料讨论实验方案。讨论完成后，各小组派代表展示本小组的设计方案，其他小组进行点评。受限制于认知水平，学生小组的方案均存在不同程度的问题。展示的目的即在于暴露问题，并通过互评讨论促进学生思考，完善设计方案。

小组讨论时，教师发现各小组对“如何设计对照实验？”思考得不够全面，于是适时提出以下4个问题引导学生思考：①本实验的变量是什么？②应放多少叶圆片到各浓度碳酸氢钠溶液中？③各组应提供怎样的光照强度？④3个盛有叶圆片的烧杯在进行光照之前是否应避光？根据教师的引导，各小组再次完善实验方案（表1）。

表1 小组设计的实验方案

2.4 分组实验，得出结论

各小组按照自己的实验方案进行实验，观察实验现象并统计实验结果。教师统计全班各组的实验结果，并求出平均值（表2）。从表2中可以看出，随着碳酸氢钠溶液浓度的增加，叶圆片上浮的数目也在增加。学生根据实验结果，得出结论：二氧化碳促进植物的光合作用强度。课前在真实情境中提到的问题也得到解决，温室大棚内安装二氧化碳发生器目的是为了促进农作物的光合作用，进而提高产量。

表2 实验结果统计表

2.5 实验反思，经验分享

实验完成后，组内各成员针对本组的实验操作进行探讨，总结本次实验成功的经验与失败的教训，再进行组间交流与经验分享。例如，有小组提到：“一定要组员帮忙，尽量同时将叶圆片夹入烧杯内，以确保单一变量”“实验前由组长分工，每位组员都明确自己的职责才会顺利完成实验”等。

3 PBL模式下的实验教学反思

本节课始终坚持以问题驱动来组织实验教学，环环相扣、层层递进。教师根据学生的学情开展实验教学，学生在真实的情境中进行自主探究，教师适当补充相关背景资料，并加以引导，帮助学生实现“发展区”的跨越。PBL教学模式充分调动了学生的积极性，学生不仅可以像科研人员那样运用理性思维进行科学探究，而且还能体会科学研究是不断深化和完善的过程。这对提高学生的生物学学科核心素养，特别是科学思维和科学探究能力，大有裨益。

PBL模式对教师备课的要求较高，该模式以问题为主导，因此成功的关键在于设计一系列具有导向性的问题。同时，教师要做好活动的引导和组织，控制课堂活动时间，以完成教学目标。此外，本节课引入微课辅助PBL教学，两者相得益彰，大幅度提升了实验课堂教学效率。

PBL教学模式是有益于初中生学科核心素养培养的新型教学模式，教师可以大胆将PBL模式融入初中生物实验教学中。现阶段将PBL模式应用于初中生物实验教学的研究仍然较少，要更好发挥PBL模式的成效价值，仍需要广大教师进一步探讨。