核心素养下基于生物学实验的概念教学

摘 要：本文以“生长素的生理作用”一节为例，基于翻转课堂理论，推送微课引导学生完成学习内容的预习，初步认识生长素的生理作用及作用特点；然后引导学生分组设计、完成与教学内容相关的探究性实验，收集记录并分析处理实验数据，绘制相关数学模型，完成核心概念的构建；最后通过解决生活中的实际问题，实现概念的内化，发展学生的生物学学科核心素养。

关键词：翻转课堂；微课预习；探究性实验；概念构建；学科核心素养

文章编号：1003-7586（2024）10-0021-05 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》明确提出要注重对学生生命观念、科学探究、科学思维和社会责任的培养。以探究为特点的教学不仅会直接培养学生的科学思维和科学探究能力，也会间接影响其他核心素养的形成。教师应该提供更多的机会让学生亲自参与到实践中，重视学生在信息化环境下的学习。

笔者以翻转课堂进行探究性教学，引导学生自主构建核心概念。建构主义理论表明，认识是以主体已有的知识和经验为基础进行的，新知识是由学生在已有的知识经验基础之上主动构建的。^［1］在翻转课堂中，学生首先通过微课预学储备知识，之后再通过实验探究及对实验结果的分析形成理性认识。翻转课堂作为一种全新的教学模式，可以提高生物学实验课程的教学效率，充分激发学生的学习兴趣，使学生积极地参与到实验探究中。因此，教师运用翻转课堂的教学模式改善现有的实验课教学，把课堂还给学生，培养学生的生物学学科核心素养并提升其实验技能。^［2］

1 教材和学情分析

“生长素的生理作用”是人教版普通高中教科书《生物学·选择性必修1·稳态与调节》第5章第1节中的内容，衔接了上一课时“生长素的产生、运输和分布”，进一步学习“生长素的生理作用及其在生产实践中的应用”，为之后“其他植物激素”的学习进行了知识和能力的铺垫。

高二学生已具有一定的实验设计、实验分析及动手操作能力，能通过问题假设、推理判断、设置对照、处理汇总等方法得出实验结论，实现知识的迁移和应用。

2 教学目标

（1）通过小组合作，观察生长素对植物不同器官的影响，记录不同浓度生长素的生理作用差异，学会对实验数据综合分析，构建核心理论知识，培养科学探究和科学思维能力。

（2）能够应用理论知识解释生活中的现象，实现知识的迁移和应用，参与社会实践，培养自身的社会责任意识。

3 教学过程

本节教学过程通过组织一系列的学生活动来实现探究性学习目标，教师再引导学生学以致用，巩固所学知识（见图1）。

3.1 学生微课预学

教师按照教学目标录制微课，并引导学生自主完成导学案学习任务。学生初步认识植物生长调节剂，理解生长素的生理作用及特点。

3.2 分组设计实验方案和调查任务

学生设计的实验方案往往缺乏系统性的思考，因此教师需要引导学生细化步骤，帮助学生解决思维问题并培养其科学思维。学生先确定实验目的，再查阅资料、选取实验材料、确定变量、设计实验步骤，最后完成实验方案和调查任务的设计。

3.3 分组准备试剂材料

教师准备快速生根粉、富贵竹、小麦、黄豆、绿豆等材料。学生分组称取适量生根粉并配制相应浓度的生长素溶液。

实验小组在配制生长素溶液时，需要先进行预实验确定配制方法再进行后续实验。用电子天平称取12份质量不同的生根粉粉末，并将其分别溶解于等量蒸馏水中，配制成不同浓度的萘乙酸溶液，将浓度从小到大依次进行编号。

3.4 分析与讨论

实验小组分别开展实验，收集实验数据并尝试构建数学模型，分析讨论实验结果并最终得出结论，实现自身科学探究和科学思维能力的提升。

3.4.1 探究不同浓度生长素对植物生根的影响

实验目的：探究不同浓度的萘乙酸溶液对绿豆生根的影响。

实验材料：未萌发的绿豆、烧杯、玻璃棒、量筒、胶头滴管、皮尺、不同浓度的萘乙酸溶液、蒸馏水、几块纱布。

实验步骤：①选取饱满的未萌发绿豆，用蒸馏水冲洗几次后浸泡于清水中，用湿润的纱布将其覆盖，每天换水直至绿豆生根发芽；②挑选生长状况相近的绿豆苗均分成13个小组（其中12个实验组，1个对照组），测量每组绿豆苗初始的根长度并计算平均值，记录为“初始平均长度”；然后将每组绿豆苗放于烧杯中并进行编号，实验组（1～12号）中的绿豆苗分别用等量的不同浓度萘乙酸溶液进行培养，对照组（0号）中的绿豆苗用等量清水进行培养；③第三天于同一时刻测量每组绿豆苗的根长度并计算平均值，记录为“第三天平均长度”。

实验数据分析及相关模型构建：完成实验结果统计（见表1），处理分析数据并绘制相应曲线图（见图2）。

实验结果与结论：学生通过观察结果可以发现绿豆根的最适生长浓度是5号的萘乙酸溶液浓度，而高浓度的萘乙酸溶液则会抑制根的生长。

3.4.2 探究不同浓度生长素对植物发芽的影响

实验目的：探究不同浓度的萘乙酸溶液对黄豆发芽的影响。

实验材料：黄豆、不同浓度的萘乙酸溶液、蒸馏水、烧杯、培养皿、量筒、纱布、玻璃棒。

实验步骤：①将黄豆浸泡，取13个烧杯分别进行编号，向1～12号烧杯分别加入50 mL浓度从小到大的萘乙酸溶液作为实验组，在0号烧杯中加入等量蒸馏水作为对照组，取大小一致的黄豆种子若干，用蒸馏水冲洗几次后平均分成13份放在烧杯中浸泡；②取出浸泡过的种子放入培养皿中，用湿纱布将其盖好，防止水分蒸发；③观察实验现象，记录实验结果。

实验数据分析及相关模型构建：完成实验结果统计（见表2），处理分析数据并绘制相应曲线图（见图3、图4）。

实验结果与结论：学生通过比较图像曲线，发现促进黄豆发芽的最适浓度是8号的萘乙酸溶液浓度，而高浓度的萘乙酸则会抑制芽的生长。

3.4.3 探究不同浓度生长素对植物茎生长的影响

实验目的：探究不同浓度的萘乙酸溶液对小麦茎生长的影响。

实验材料：小麦种子、培养皿、烧杯、卫生纸、滤纸、纱布、托盘、不同浓度的萘乙酸溶液。

实验步骤：①挑选籽粒饱满的小麦种子进行冲洗，将冲洗后的小麦种子放入托盘中，加入适量的清水，再用湿润的纱布覆盖，定期换水；②挑选长势良好且均匀的小麦苗，截取2 cm茎段若干，分别放入含有10 mL营养液的培养皿中，注意紧靠着每个培养皿的内壁各放4个茎尖朝上的小麦茎段，每天用胶头滴管从茎尖滴加等量对应浓度的萘乙酸溶液，0号培养皿中滴加等量蒸馏水；③测量茎的长度并记录数据。

实验数据分析及模型构建：完成实验结果统计（见表3），处理分析数据并绘制相应曲线图（见图5）。

实验结果与结论：实验结果表明用一定浓度范围内的萘乙酸溶液处理能够促进小麦茎段的生长。

3.5 运用多媒体展示实验成果

课堂上，教师引导小组代表运用多媒体展示实验成果，并尝试说明初步结论：生长素具有低浓度促进、高浓度抑制的作用特点。教师引导全班同学对曲线图进行分析，得出结论：不同器官对生长素的敏感性不同。在此过程中，学生回归教学目标、提高认知水平，最终构建核心概念。

教师引导学生提出疑问：为什么第三组的实验结果没有体现出高浓度抑制的特点？学生进行讨论：①茎对生长素的敏感性较低，不易被抑制；②可能因为生根粉在水中的溶解度低，导致萘乙酸浓度未达到抑制茎生长的浓度；③可能配置的生根粉浓度达到了茎的抑制浓度，但是用胶头滴管从茎尖滴加萘乙酸溶液来处理材料的效果不佳。学生运用知识解决问题，充分发挥自主学习精神，促进批判性思维的发展。^［3］

3.6 学以致用

教师展示某植物的顶端优势现象，让学生分析顶端优势形成的原因。小组代表展示如图6所示的知识框架，帮助其他学生深化核心概念知识、理解将生物学知识运用于生产生活的实例。教师再提出相关拓展问题，如园艺修剪、果树增产等实际问题，引导学生运用生长素的相关知识提出解决方案。教师通过开展生活化教学，引导学生在学习中掌握理论知识的同时可以用知识解决生活中的问题，达到学以致用的目的。^［4］

3.7 核心知识课后延伸

教师总结并引导学生思考以下问题：①运用生长素作用原理总结植物根的向地性和茎的背地生长现象；②植物生长调节剂能够作为除草剂，查阅资料分析该除草剂的作用对象及原理。

4 教学反思

本节课的亮点是教师在教学过程中引入翻转课堂模式，先让学生通过预学获取实验相关知识，再让各实验组进行一系列有关生长素的探究性学习，引导学生利用互联网查阅资料并对实验数据进行分析从而总结出核心概念，最大限度地体现建构主义教学理念。

同时，教师引导学生注重知识与生活的联系，将知识生活化、生活理论化，实现教学目标，全面培养学生科学探究、科学思维、生命观念和社会责任的生物学学科核心素养。

参考文献

［1］朱芊里.教育心理学中构建主义理论研究［J］.亚太教育，2015（4）：287-288.

［2］母进.翻转课堂在高中生物实验教学中的实践［J］.中学生物教学，2017（9）：13-15.

［3］吕增印.高中生物教学中批判性思维培养的研究［J］.中学生物学，2012，28（1）：56-57.

［4］唐玉洁.生物学习生活化，学以致用显价值［J］.中学生物教学，2015（6）：38.