“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗設(shè)計

劉峰博

實驗設(shè)計大膽運用引導(dǎo)式探究教學(xué)和自主式探究教學(xué)相結(jié)合的方式。先建立探究實驗的一般模型并鍛煉學(xué)生的基本實驗操作技能，再運用模型和技能自主延伸探究方向，發(fā)展學(xué)生的探究能力，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。

引導(dǎo)式探究教學(xué)自主式探究教學(xué)模型一、教材分析

“探究酵母菌呼吸方式”是新課程人教版高中生物必修第一冊《分子與細胞》中一個經(jīng)典的開放性實驗。高中生物新課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出“要發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力”。在教學(xué)過程中通過實驗設(shè)計探究酵母菌呼吸作用的條件及產(chǎn)物，發(fā)展學(xué)生的探究能力和鍛煉學(xué)生的實驗操作技能。通過對實驗結(jié)果的觀察與分析，實驗結(jié)論的得出，理解酵母菌呼吸作用的實質(zhì)，進而提高學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)。由于教材初始實驗設(shè)計要求：需要間斷通入空氣（約50分鐘），然后將實驗裝置在25℃～35℃環(huán)境下培養(yǎng)8～10小時。因此，在實驗耗時、溫度、通氣時間以及實驗的可行性上都存在困難，影響教學(xué)實施，不能真正發(fā)展學(xué)生的探究能力。筆者通過對實驗教學(xué)設(shè)計的改進，使學(xué)生能在引導(dǎo)探究中對實驗條件創(chuàng)設(shè)、實驗裝置的不足等可行性方案上進行探討，從而建構(gòu)探究式實驗?zāi)Ｐ?，從自主探究中延伸探究方向?qū)ψ约旱奶骄空n題進行實施和評價。

二、教學(xué)策略

在教學(xué)實施中由于受到課堂時間的限制，往往不能兼顧引導(dǎo)式探究和自主式探究。采取課堂引導(dǎo)式探究教學(xué)，課下組織小組活動走入實驗室進行自主式探究教學(xué)的方法可以有效地發(fā)展學(xué)生探究能力，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。在引導(dǎo)式探究教學(xué)中由教師引導(dǎo)，先讓學(xué)生鞏固探究式實驗的一般步驟再建立模型，對如何控制實驗條件、如何設(shè)計對照實驗等基本實驗技能進行訓(xùn)練，把師生共同探討實驗設(shè)計方案，及其方案的科學(xué)性、可行性等作為教學(xué)重點。在自主式探究教學(xué)中教師作為輔助者和組織者可以鼓勵學(xué)生從多角度探討實驗，根據(jù)自己的想法擬定實驗題目，運用課堂上學(xué)習(xí)的探究式實驗?zāi)Ｐ图皩嶒灮静僮骷寄艽竽懺O(shè)計實驗，利用課余活動進入實驗室進行探究過程，得出實驗結(jié)論，并予以自我評價和小組互評。

三、三維目標(biāo)

1.知識目標(biāo)

舉例說明有氧呼吸和無氧呼吸的條件及產(chǎn)物；理解呼吸作用的本質(zhì)；掌握探究式實驗的一般模型。

2.能力目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生探究能力，提高學(xué)生合作學(xué)習(xí)、語言表達以及自主學(xué)習(xí)的能力。

3.情感目標(biāo)

通過探討實驗命題、實驗可行性方案、實驗裝置創(chuàng)設(shè)等培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑，勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度，認(rèn)同科學(xué)的價值；通過對呼吸作用本質(zhì)的理解認(rèn)識細胞呼吸在生物正常生命活動中的重要性，注重與現(xiàn)實生活的聯(lián)系。

四、教學(xué)過程

1.引導(dǎo)式探究教學(xué)

（1）模型的建立

先由教師提問，學(xué)生回顧探究式實驗的一般步驟：提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計方案、進行實驗、記錄結(jié)果、交流討論、得出結(jié)論，然后按步驟逐步建立探究式實驗?zāi)Ｐ汀?/p>

教師可以利用學(xué)生感興趣的問題鼓勵引導(dǎo)學(xué)生思考討論并提出問題，比如新疆在夏秋季節(jié)會有大量的葡萄上市，許多家庭會釀葡萄酒、蒸饃饃等，這些都是學(xué)生感興趣的內(nèi)容。由學(xué)生闡述釀酒和蒸饃饃的過程，教師補充和引導(dǎo)學(xué)生提出探究問題：酵母菌的呼吸方式是什么？學(xué)生分組討論再由各組分派代表對假設(shè)進行描述，鍛煉學(xué)生語言表達能力。教師最后對各組假設(shè)進行歸納總結(jié)，也可由學(xué)生自行歸納總結(jié)（根據(jù)學(xué)生程度選擇教學(xué)）。學(xué)生分組討論，選擇實驗材料用具，擬定方法步驟，初步畫出實驗裝置圖。教師可以引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并改進實驗裝置的不足，對裝置的可行性進行評估。進行實驗，小組分工協(xié)作，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神。學(xué)生觀察并記錄結(jié)果，各小組交流匯報實驗結(jié)果最后由小組代表歸納總結(jié)結(jié)論：酵母菌在有氧條件下產(chǎn)生大量的CO2，在無氧條件下產(chǎn)生酒精和少量的CO2。在整個過程中引導(dǎo)學(xué)生按照科學(xué)家的探究實驗步驟進行實驗，最后由學(xué)生嘗試建立探究式實驗?zāi)Ｐ汀?/p>

（2）模型建立中的問題引導(dǎo)

在引導(dǎo)問題上注意由簡單到復(fù)雜：如酒的主要成分是什么？在什么條件下產(chǎn)生？饃饃為什么會比較松軟？酵母菌在有氧和無氧的條件下產(chǎn)物分別是什么？在一些比較復(fù)雜的問題上可以設(shè)計細化問題進行引導(dǎo)，如實驗裝置的創(chuàng)設(shè)中提出：如何控制有氧和無氧的條件？如何對呼吸產(chǎn)物進行檢測？在不同條件下產(chǎn)物量的多少？除課本外有沒有其他檢測辦法？這樣可以幫助學(xué)生鍛煉思維能力，逐步加深對實驗問題的理解。實驗基本操作技能上設(shè)置問題進行訓(xùn)練：如教材中實驗裝置是否有不足？如何改進？能否自行設(shè)計新裝置？在實驗中對照實驗的設(shè)置、單一變量、無關(guān)變量的控制都可以設(shè)計問題引導(dǎo)：如只設(shè)置有氧組實驗裝置進行實驗是否具有說服力？加入無氧組實驗是否可以形成相互對照？如果單獨研究有氧呼吸的產(chǎn)物或無氧呼吸產(chǎn)物如何設(shè)置對照組？在這些問題的設(shè)置做到循序漸進、層層引導(dǎo)可以有效提高學(xué)生的探究能力和生物科學(xué)素養(yǎng)。

2.自主式探究教學(xué)

在完成對酵母菌細胞呼吸方式的探究后，學(xué)生對探究式實驗的一般模型和基本實驗技操作能已經(jīng)有了進一步的認(rèn)識和鞏固，教師可以組織課下活動讓學(xué)生進入實驗室進行自主式探究。由學(xué)生自主擬定探究題目，并按照探究式模型的一般步驟進行實驗。實驗中需要學(xué)生有更強的發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。學(xué)生的探究課題往往是全新的，沒有先例可循，就要求學(xué)生自己動手查資料、尋信息，對實驗的材料、試劑、器材等進行不斷選擇和更換，不斷探索和更改自己的實驗方法和設(shè)計，真正體會探究式實驗的精髓。如學(xué)生擬定的“探究影響酵母菌呼吸方式的外界因素”“不同氧氣濃度下酵母菌呼吸的方式”等課題在學(xué)生經(jīng)過十多次的改進實驗后獲得成功，使學(xué)生收獲成功的喜悅。讓小組之間進行交流互評，撰寫心得提高學(xué)生的語言表述能力和寫作能力。在自主式探究教學(xué)中，教師作為輔助者和組織者可以給學(xué)生提供一定的幫助，如按學(xué)生要求提供必要的實驗材料、器材等，介紹一些安全操作實驗的注意事項，根據(jù)學(xué)生的情況適當(dāng)?shù)膮⑴c學(xué)生的討論并提出建議。這樣的課下活動使學(xué)生極大的提高了生物學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，提高了實驗基本技能，更大地發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)新能力。

五、教學(xué)反思

在引導(dǎo)式探究教學(xué)中注重發(fā)揮學(xué)生的主體作用和教師的主導(dǎo)作用。在探究式模型的構(gòu)建中，學(xué)生經(jīng)歷了與科學(xué)家的科學(xué)探究同樣的歷程，包括提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計方案、進行實驗、記錄結(jié)果、交流討論、得出結(jié)論等，學(xué)生在這種多側(cè)面的活動中，真正體驗和領(lǐng)悟了科學(xué)研究的過程，理解和掌握了科學(xué)研究的方法和技能，提高了科學(xué)探究能力和生物科學(xué)素養(yǎng)。同時，學(xué)生在引導(dǎo)式探究活動中須在教師的指導(dǎo)下進行。特別是對剛剛接觸探究活動的學(xué)生來說，離不開教師的引導(dǎo)和點撥。在引導(dǎo)式探究教學(xué)中教師應(yīng)在學(xué)生探究感到最困難的地方，適時地點撥引導(dǎo)學(xué)生，較好地發(fā)揮了教師組織者、引導(dǎo)者的作用，提高了探究活動的效果。

在自主式探究教學(xué)中，應(yīng)鼓勵學(xué)生大膽發(fā)現(xiàn)問題并運用探究實驗?zāi)Ｐ图盎镜膶嶒灢僮骷寄芙鉀Q問題。新課標(biāo)提出，倡導(dǎo)探究式學(xué)習(xí)重在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。學(xué)生大膽提出探究的新問題并主動的解決問題，敢于創(chuàng)新這正是探究式實驗的目的所在。