核心素養(yǎng)下課堂自主探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)
——以“細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞”片段為例

周 平，張忠華，胡 剛

（南寧師范大學(xué)環(huán)境與生命科學(xué)學(xué)院，廣西 南寧 530001）

生物學(xué)是自然科學(xué)中的一門基礎(chǔ)學(xué)科，提倡理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)方式，在生物學(xué)課堂教學(xué)中開(kāi)展探究性實(shí)驗(yàn)不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能幫助學(xué)生習(xí)得學(xué)科核心素養(yǎng)?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》（以下簡(jiǎn)稱新課標(biāo)）將生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)作為教學(xué)目標(biāo)，明確指出核心素養(yǎng)的培養(yǎng)應(yīng)貫穿于教材編寫、課堂教學(xué)以及考試評(píng)價(jià)，所以生物學(xué)教師應(yīng)認(rèn)真組織課堂教學(xué)，逐步培養(yǎng)和提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)[1]。本文以教師演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)對(duì)“細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞”片段進(jìn)行課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，經(jīng)筆者親自實(shí)踐后教學(xué)效果顯著，以此拋磚引玉為課堂設(shè)計(jì)提供新思路。

1.設(shè)計(jì)思路

“細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞”片段是概念1中的學(xué)習(xí)內(nèi)容，該片段要求學(xué)生了解細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一，培養(yǎng)學(xué)生生命觀念中的結(jié)構(gòu)與功能觀。為提高課堂教學(xué)效率、最大程度培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，本片段通過(guò)改進(jìn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生積極、主動(dòng)地構(gòu)建知識(shí)，讓學(xué)生在習(xí)得結(jié)構(gòu)與功能觀的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象探尋本質(zhì)培養(yǎng)學(xué)生的演繹與推理能力，通過(guò)自主探究實(shí)驗(yàn)掌握科學(xué)探究的方法，并通過(guò)感受實(shí)驗(yàn)過(guò)程養(yǎng)成保護(hù)環(huán)境的生態(tài)意識(shí)[2]。

為達(dá)到既定教學(xué)目標(biāo)，首先讓學(xué)生觀察蘿卜塊染色實(shí)驗(yàn)，得出“細(xì)胞膜可控制物質(zhì)進(jìn)細(xì)胞”。接著引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題：細(xì)胞膜能否控制物質(zhì)出細(xì)胞？然后讓學(xué)生以小組為單位設(shè)計(jì)、實(shí)施探究實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論。本教學(xué)片段由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象導(dǎo)入，利用探究實(shí)驗(yàn)學(xué)案，教師引導(dǎo)各小組完成探究實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而在教學(xué)過(guò)程中逐步培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.教材分析

“細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞”內(nèi)容片斷是人教版高中生物學(xué)必修1《分子與細(xì)胞》第3章第1節(jié)細(xì)胞膜的功能中的內(nèi)容，是在認(rèn)識(shí)細(xì)胞的多樣性和統(tǒng)一性以及細(xì)胞膜的組成成分之后，對(duì)細(xì)胞膜功能做出的探索，由于細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)微觀且復(fù)雜，學(xué)生不易理解該知識(shí)點(diǎn)，因此細(xì)胞膜的功能成為本節(jié)的重難點(diǎn)[3]。教材中主要通過(guò)類比法對(duì)細(xì)胞膜的功能進(jìn)行分析，將學(xué)生熟悉的情境融入知識(shí)學(xué)習(xí)，雖然符合學(xué)生的認(rèn)知程度，但是缺乏對(duì)真實(shí)細(xì)胞的直觀感受，學(xué)生也只能靠想象然后被動(dòng)地接受知識(shí)，并不是主動(dòng)地獲取新知。而細(xì)胞膜的功能既是對(duì)細(xì)胞膜成分的回顧，又為細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)做鋪墊，在教材中起著承上啟下的作用，所以對(duì)該內(nèi)容的深入學(xué)習(xí)至關(guān)重要。

3.學(xué)情分析

通過(guò)第2章的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握細(xì)胞中重要的有機(jī)化合物包括糖類、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)，由于還沒(méi)學(xué)習(xí)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，所以對(duì)細(xì)胞膜的具體構(gòu)造并不清楚，加之細(xì)胞膜本身微觀，所以學(xué)生在功能的學(xué)習(xí)上存在一定難度[4]。在前面糖類、脂肪、蛋白質(zhì)鑒定實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已具備一定的實(shí)驗(yàn)技能，教師通過(guò)在課堂上設(shè)計(jì)自主探究實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生在直觀感受中主動(dòng)構(gòu)建新知，以提高課堂學(xué)習(xí)效率。

4.目前已有的教學(xué)方法

在早期的高中生物學(xué)課堂教學(xué)中，教師為節(jié)省課堂時(shí)間，對(duì)本片段知識(shí)的講授，主要還是借鑒教材中的類比法進(jìn)行教學(xué)[5-8]；還有的課堂教學(xué)直接是學(xué)生閱讀教材，師生總結(jié)細(xì)胞膜的功能然后記憶[9-10]；以上方式的教學(xué)只注重知識(shí)的傳授，忽略了對(duì)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，在一定程度上是達(dá)不到教學(xué)目標(biāo)的。隨著新課改要求全面實(shí)施素質(zhì)教育，教學(xué)理念慢慢從“以教師為中心”轉(zhuǎn)換到“以學(xué)生為中心”，教師轉(zhuǎn)變教學(xué)態(tài)度，慢慢將課堂交還給學(xué)生，在生物學(xué)課堂教學(xué)中也逐漸將理論與實(shí)驗(yàn)融合在一起。在“細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞”的教學(xué)片斷中，出現(xiàn)了“洋蔥扎孔浸紅墨水”、“洋蔥浸白醋”[4]，“玫瑰花瓣實(shí)驗(yàn)”、“玉米種子實(shí)驗(yàn)”、“雞蛋卵細(xì)胞膜實(shí)驗(yàn)”、“觀察變形蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)”等課堂實(shí)驗(yàn)[2,11-15]，不僅豐富了課堂教學(xué)，也將該片斷的學(xué)習(xí)內(nèi)容直觀化。但是以上實(shí)驗(yàn)多體現(xiàn)在教師展示、學(xué)生觀察層面上，若通過(guò)改進(jìn)課堂設(shè)計(jì)，將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為學(xué)生自主探究性實(shí)驗(yàn)，將更好地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

5.“細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞”課堂探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

5.1實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象設(shè)疑

教師課前錄制微視頻：將相同大小的煮熟的蘿卜塊和新鮮的蘿卜塊浸泡入相同濃度的紅墨水中，2min后取出蘿卜塊用吸水紙吸干，然后用解剖刀平均將其切為兩半。課堂上播放視頻，并展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象圖（見(jiàn)圖1），讓學(xué)生觀察切面染色情況，然后提問(wèn)學(xué)生：（1）產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因？（2）可得出什么實(shí)驗(yàn)結(jié)論？

圖1 蘿卜塊染色實(shí)驗(yàn)對(duì)比圖

學(xué)生觀察到：新鮮蘿卜塊幾乎沒(méi)有染色，而煮熟的蘿卜塊染色較深。小組分析討論得出原因：煮熟的蘿卜塊經(jīng)高溫烹煮破壞了細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，紅墨水進(jìn)入細(xì)胞，而新鮮蘿卜塊細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)完整，紅墨水難以進(jìn)入。進(jìn)而推理出：細(xì)胞膜對(duì)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞有控制作用。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)微視頻，活躍課堂氣氛；根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生求知欲；通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引發(fā)學(xué)生思考，透過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象看本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生演繹與推理、歸納與概括的科學(xué)思維。

5.2引導(dǎo)學(xué)生自主探究

教師追問(wèn)：細(xì)胞膜對(duì)物質(zhì)出細(xì)胞也有控制作用嗎？引發(fā)學(xué)生思考。

教師按小組分發(fā)實(shí)驗(yàn)材料和探究實(shí)驗(yàn)學(xué)案，實(shí)驗(yàn)材料包括：兩袋玫瑰花瓣、一杯10%的鹽酸溶液、一杯等體積的清水，引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，鼓勵(lì)相互交流，達(dá)成合作意識(shí)。指導(dǎo)學(xué)生完成學(xué)案并實(shí)施實(shí)驗(yàn)，提醒實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的安全注意事項(xiàng)，以學(xué)生為主體進(jìn)行探究。（探究實(shí)驗(yàn)學(xué)案內(nèi)容設(shè)計(jì)如下：提出問(wèn)題、做出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)施實(shí)驗(yàn)、根據(jù)結(jié)果得出結(jié)論。）

學(xué)生提出猜想：認(rèn)為“細(xì)胞膜對(duì)物質(zhì)出細(xì)胞也應(yīng)該有控制作用”，根據(jù)探究實(shí)驗(yàn)學(xué)案內(nèi)容展開(kāi)討論，完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，然后展開(kāi)實(shí)驗(yàn)。

設(shè)計(jì)意圖：發(fā)揮學(xué)生的主體性，通過(guò)合作交流，進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，培養(yǎng)合作精神，提高科學(xué)探究和實(shí)踐能力。

5.3交流實(shí)驗(yàn)結(jié)論

教師選取小組中的典型實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)成果展示（見(jiàn)圖2），引導(dǎo)學(xué)生觀察并分析，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

圖2 玫瑰花瓣脫色實(shí)驗(yàn)

學(xué)生通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論：細(xì)胞膜對(duì)物質(zhì)出細(xì)胞有控制作用。

通過(guò)教師的演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生得出：細(xì)胞膜能控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞。

5.4習(xí)得社會(huì)責(zé)任

教師引導(dǎo)學(xué)生回憶在自主探究實(shí)驗(yàn)中，鹽酸可以破壞玫瑰花瓣細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，說(shuō)明細(xì)胞膜對(duì)細(xì)胞的保護(hù)作用是有限的，外界刺激超出細(xì)胞膜的承受范圍，細(xì)胞的生活狀態(tài)就會(huì)受到影響，進(jìn)而對(duì)相應(yīng)的生物造成生存威脅。指出日常生活、生產(chǎn)所制造的垃圾，同樣含有酸、堿、重金屬等污染物質(zhì)，若不加處理直接排放到土壤、水域中就會(huì)影響生物的生存，間接危害人類安全，倡導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立環(huán)境保護(hù)意識(shí)，并鼓勵(lì)積極參與環(huán)境保護(hù)實(shí)踐。通過(guò)實(shí)驗(yàn)的切身感受，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

5.5教學(xué)反思

從整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)片段來(lái)看，課堂追求學(xué)生為主、教師為輔的組織形式，引導(dǎo)學(xué)生自主構(gòu)建新知，符合課堂教學(xué)要求。引入探究實(shí)驗(yàn)的課堂，所需教學(xué)時(shí)間會(huì)多于教師直接講授知識(shí)的課堂，但通過(guò)教師課前錄制微視頻、精選耗時(shí)短且易操作的實(shí)驗(yàn)材料等，以減少課堂時(shí)間的浪費(fèi)，從本教學(xué)片段實(shí)踐來(lái)看，可以在既定時(shí)間內(nèi)完成教學(xué)目標(biāo)。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生能充分感受事實(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)習(xí)效率。在探究實(shí)驗(yàn)中，玫瑰花瓣的充分利用，對(duì)學(xué)生實(shí)現(xiàn)了多層學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。但實(shí)驗(yàn)中所采用的鹽酸具有腐蝕性，教師應(yīng)提前實(shí)驗(yàn)控制好溶液濃度，并在課堂上提醒學(xué)生注意安全，同時(shí)做好相應(yīng)的應(yīng)急準(zhǔn)備措施，保證課堂安全、有序的進(jìn)行。

新課標(biāo)極力倡導(dǎo)在生物學(xué)教學(xué)中要注重培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)，而核心素養(yǎng)是學(xué)生知識(shí)、能力、情感態(tài)度與價(jià)值觀的綜合體現(xiàn)，不是一朝一夕就能養(yǎng)成的，所以需要教師在教學(xué)中慢慢滲透，幫助學(xué)生逐漸發(fā)展起來(lái)。本文只截取了“細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞”片段進(jìn)行基于學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)的課堂設(shè)計(jì)，讓學(xué)生通過(guò)對(duì)本片段內(nèi)容的學(xué)習(xí)，不僅收獲新知識(shí)，更能習(xí)得新技能和豐富的學(xué)科核心素養(yǎng)。所以生物學(xué)教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)多探索、多實(shí)踐，多從學(xué)生角度出發(fā)，靈活運(yùn)用教學(xué)素材，開(kāi)發(fā)更具價(jià)值的課堂教學(xué)。