基于PBL的生物实验创新

摘要：对于初中生物实验而言，传统实验教学模式已经不足以适应时代的发展，为了凸显学生的主体地位，创新实验显得尤为重要。PBL教学策略旨在通过问题开展知识建构，促进学生核心素养的提升，结合实验创新，顺应最新的课程理念。本文以“关注生物技术”课程群为侧，对基于PBL的实验创新进行探讨，为初中生物实验创新提供范式。

关键词：PBL，初中生物；创新实验

文章编号：1003-7586（2024）02-0050-04 中国分类号：G633.91 文献标识码：B

l前言

PBL（Problem-Based Learning）教学策略的本质是建构核心问题式学习，注重发挥学生的主体性。它旨在通过问题引导学生开放式思考，围绕问题展开知识建构，从而锻炼学生的综合能力。不同于传统教学方法，PBL模式由学生掌握主导权，教师需要为学生的思考方向提供极大的空间，这意味着教师的教学方法和内容要随着学生的思维进行及时调整，对教师和学生的综合素质要求都比较高。

目前教育改革的新方向不再仅局限于知识的获取与应用，更有核心素养的培养，体现了先进的教学理念。初中生物学作为其他有关科学和技术的基础，知识体系丰富，探究方法多样，是开展PBL模式的优势学科平台。最新的课程理念是以核心素养为宗旨，设定综合性学习主题，内容聚焦于重要生物学概念，通过实践探索衔接不同学段课程内容，最终获得多元化的学生评价。

2课程群建立

初中生物学内容较为基础，初中学段学生对生物世界的好奇心也非常强烈。但是，八年级的生物知识点积累过多，导致学生对于知识的拔高和拓展逐渐力不从心。为了改善这一现状，教师在“关注生物技术”这一课中，结合社团实践课并采取PBL模式，给学生自主创作的空间。

现代生物技术涉及生活的方方面面，在学生眼里充满了神秘感，并且实验丰富多样，开放性非常强，以此为参考点，课程设计思路如图1所示。

3课程实施

3.1基于PBL的情境

服装业污染是目前世界上最主要的污染现象之一，减少服装产业污染是亟待解决的问题。为了解决这个问题，科学家发明了一种生物面料，这种面料是一种新型的生物材料。教师将这种面料拿出来，让学生看一看、闻一闻、摸一摸，从而使学生形成对“新型生物面料”的初步判断。通过简单的人项活动，让学生领略生物技术的魅力，同时引出问题串（见图2）。

通过对问题串的讨论，学生畅所欲言，最终结合七年级所学的知识点总结出以下特征：生物体有一定结构、生物体能够由小长大、生物体能够进行新陈代谢以及生物体能够繁衍后代。根据这4个特征，教师进行课堂教学规划，联合生物社团实践课建立了由3节课构成的课程群，共同完成对“海宝”的探索。

3.2PBL课堂教学

3.2.1课程一

教师提问：如何证明“海宝”有生物体的基本结构？学生思考讨论后给出方案：利用显微镜对“海宝”进行观察，并且为了确保观察到“海宝”，分别使用“海宝”生活的液体环境（染色与未染色）、“海宝”切片进行观察。方案确定之后，教师指导全体同学复习显微镜的使用以及临时玻片标本的制作过程，之后让学生分小组进行自主实验探究。在针对“海宝”切片进行观察时，学生发现无法把“海宝”切成很薄的薄片，导致观察不清晰，因此采用了研磨的方式，并吸取“海宝”的碎片进行观察。本节课最终观察结果如图3。

观察“海宝”生活的液体环境，发现很多类似细胞的“小点”，为了进一步验证它们是否为细胞，同学们尝试用碘液染色观察，看这些“小点”是否有细胞核。经过染色，学生确实观察到被染色的特殊结构，但经过教师引导回忆，学生想到碘液不仅可以染色细胞核，也可以染色淀粉。而对“海宝”碎片进行仔细观察后，仍无法确定画圈部分是否是细胞，所以无法确定“海宝”中是否有细胞结构的存在，需要进行进一步实验鉴定。

3.2.2课程二

教师提问：如何证明“海宝”能够由小长大？学生讨论后提出设想，假设“海宝”是微生物，那么是否可以采用培养微生物的方法培养“海宝”，从而观察是否有由小长大的过程。教师提前让学生搜集培养微生物的资料，了解培养微生物的具体方法。学生经过查阅资料发现培养微生物需要绝对无菌的环境和培养箱，但所在学校的实验条件不允许，因此教师借助了某大学的实验平台，帮助学生完成“海宝”的培养工作，并将图4所示的实验结果，展示给学生。教师采用了稀释涂布平板法培养“海宝”，并将培养1天与稀释后培养5天的“海宝”进行对比观察，发现“海宝”确实长大了。但是学生经过查阅资料发现，实验结果显示的是菌落，菌落由小变大并不能代表“海宝”本身由小变大，因此仅由光学显微镜无法观察“海宝”由小长大的过程，只能先继续下一项探究：“海宝”能否进行新陈代谢？

学生做出假设：如果“海宝”是微生物，那么可以进行发酵等新陈代谢。而之前进行过的发酵酿酒实验社团课使得同学们对于发酵实验较为得心应手。之前检验发酵产生的气体使用的是澄清石灰水，教师让学生课前查阅资料，思考还可以用什么检验发酵产生的二氧化碳。经过激烈地讨论，有学生提出可以使用溴麝香草酚蓝溶液检验二氧化碳，颜色变化为由蓝变绿再变黄。还有小组讨论提出可以在试管中进行发酵实验，利用气球套住试管口来收集发酵产生的气体，操作更加简单便捷。实际操作过程中，发现气球中的气体很难精准地通入溴麝香草酚蓝溶液中，于是采用了针管抽取气球中的气体注射到检测液中，观察颜色变化。

实验结果表明，“海宝”新陈代谢产物可以使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，因此其代谢产物是二氧化碳。学生共同讨论交流，认为“海宝”可以进行新陈代谢，并且代谢产物是二氧化碳，和之前学习的发酵实验结果极为相似。并且本次实验过程中，学生发现在试管液体表面有一层薄薄的膜，于是大胆猜测：“海宝”是某种微生物，新型生物面料是该微生物的发酵产物。

3.2.3课程三

实验项目：生物体能够繁衍后代。学生最初对繁衍后代的概念仍停留在受精卵层面，教师给学生展示资料，提示学生繁衍后代的类型有很多，最关键的因素是DNA的传递。学生由此进行头脑风暴，开展激烈的讨论，最终提出如果可以从“海宝”中提取出DNA，那么“海宝”就有繁殖后代的可能性。教师采纳了学生的意见，给大家演示了如何从“海宝”中粗提DNA，并用二苯胺进行检验。实验使用了裂解液、“海宝”碎块、酒精、二苯胺、冰块等材料。实验步骤如下：①研磨“海宝”碎块，将研磨液倒人试管中；②取5mL“海宝”研磨液，加入5mL裂解液，振荡混匀；③沿试管壁向混合液中缓缓倒人冷酒精，静待分层；④缓慢吸出分层液中析出的DNA，加入二苯胺，进行沸水浴；⑤比较沸水浴前后的颜色变化。

实验结果为二苯胺呈现浅蓝色。由此得出实验结论：“海宝”有DNA，可能能够繁衍后代。在实验演示期间，很多学生都对DNA产生了极大的好奇心，于是教师布置课后任务：查阅资料，了解裂解液原理，并思考身边有什么可以代替裂解液？经过大家的讨论，有人提出洗手液可以代替裂解液，还有人认为洗洁精可以替代裂解液。班级分为多个小组，每小组分别选取一种可以替代裂解液的溶液，课后完成对草莓或者口腔的DNA粗提实验。其中，用洗洁精裂解细胞的实验取得了成功，获得了草莓的DNA。

3.2.4课程群总结

学生针对“海宝”是否是生物的问题进行了三节课的实验探究，其中涉及的生物技术包含显微镜观察、微生物培养、微生物发酵和粗提DNA。以上实验验证了“海宝”是生物，并猜测其可能是单细胞生物。

根据教师提供的资料，学生对课程二无法得出“海宝”能够由小长大进行了反思：“海宝”又名红茶菌，其实是酵母菌、乳酸菌和醋酸菌的共生物，而酵母菌、乳酸菌和醋酸菌均为单细胞生物，因此很难观察到其由小长大的过程。经过总结，完整的课程群可以得到最终的结论；新型生物面料实际上是由多种微生物发酵而成的。

3.3PBL评价

课程群完成后，根据学生在PBL课程群完整过程中的表现进行评价，评价方式包括自评与互评，评价内容包括学生的整体表现、课前与课后的资料收集、课中的参与度等（见表1）。

4结语

“关注生物技术”作为PBL实验创新课程的首次尝试，以课程群为架构，结构灵动，将初中七、八年级的生物知识进行了串联，以学生为主体，不断促进学生进一步探究，内容具有可开发性，并且拉近了生物技术与生活的联系。但是在创新实验实施过程中，教师发现课程群模式周期较长，导致学生对实验的细节把握不够精准，使得学生进行实验讨论时思考不够深入，对学生的综合能力要求也比较高。

随着教育改革的推进，拓展创新教育的覆盖面、提高育人成效显得尤为重要。PBL模式的实验创新符合《义务教育生物学课程标准（2022年版）》中所提出的关注学生核心素养，并且有利于学生在更多的实践参与中培养创新精神，提升科学思维，培养社会责任感。因此，基于PBL模式的创新实验探索与实践在方法、路径上可做更大范围的推广。