基于“展示·研究”教學(xué)模式的高中生物學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計

符 凱

(江蘇省泰興市第三高級中學(xué) 225400)

1 理論基礎(chǔ)

“展示·研究”教學(xué)模式是依據(jù)建構(gòu)主義理論和生物學(xué)科特點，根據(jù)高中學(xué)生的認知規(guī)律，以提高學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)為目標(biāo)進行設(shè)計的一種教學(xué)模式。其程序可分為“直觀展示→溝通表達→研究分享→反饋提高”四個階段[1]?！爸庇^展示”是利用直觀性原則，設(shè)置情境，展示目標(biāo)；“溝通表達”是利用師生溝通、生生溝通等方式進行互動，在溝通中讓學(xué)生進行比較，確定課題和研究的思路；“研究分享”是以研究小組的形式，讓學(xué)生進行探究性學(xué)習(xí)并分享研究成果；“反饋提高”是利用反思、歸納、點撥、練習(xí)等方式對課堂教學(xué)活動進行自我評價，從而達到鞏固、提高和生成的效果。這四個階段環(huán)環(huán)相扣，在一節(jié)課中也可以針對不同知識模塊進行循環(huán)，逐步提升。

2 實驗?zāi)康?/h2>

“植物細胞的吸水和失水”實驗是高中生物學(xué)中的經(jīng)典實驗。在高三復(fù)習(xí)時，可以將高中生物學(xué)課程中的很多知識點(如判斷細胞的死活、細胞的顯微計數(shù)、細胞的無氧呼吸、探究實驗的設(shè)計、實驗誤差的分析等)融入此實驗。利用“展示·研究”教學(xué)模式，對“植物細胞的吸水和失水”實驗進行拓展，設(shè)計“探究酒精對植物細胞的毒害作用”實驗，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計科學(xué)可行的實驗方案，初步掌握顯微鏡下進行細胞計數(shù)的方法，應(yīng)用“植物細胞的吸水和失水”實驗中獲得的技能在新的情境中解決問題。

3 教學(xué)過程

3.1 直觀展示一 教師通過PPT展示2009年10月海南省瓊海市萬泉河畔低洼地帶的農(nóng)作物反復(fù)遭受洪水浸泡而爛根的圖片。在展示的過程中，教師提醒學(xué)生注意觀察經(jīng)長期的洪水浸泡后植物根的變化。利用來自新聞報道的真實照片，能很快吸引學(xué)生的注意力，并引發(fā)學(xué)生思考。

3.2 溝通表達一 根據(jù)展示的圖片，提出問題串，和學(xué)生進行溝通，并讓學(xué)生充分討論后回答：① 農(nóng)作物遭受水長期浸泡后為什么會出現(xiàn)爛根而死亡的現(xiàn)象呢？②圍繞這一現(xiàn)象，我們來進行探究的話，可以提出哪些問題呢？③同學(xué)們能不能就這個問題作出假設(shè)呢？④我們怎樣才能知道細胞受到了酒精的毒害作用呢？

教師利用問題串引導(dǎo)學(xué)生對觀察到的現(xiàn)象進行理性的分析，并不斷通過師生、生生的討論、溝通，讓學(xué)生明確需要探究的問題，并利用已有的知識基礎(chǔ)，提出可能的假設(shè)。

3.3 研究分享一 根據(jù)師生雙方的分析和討論，確定本節(jié)課研究的問題為：用在不同濃度的酒精溶液里浸泡過的植物細胞做質(zhì)壁分離實驗，根據(jù)處理材料中細胞死亡率的高低來研究不同濃度的酒精對細胞的毒害作用。

教師提出問題引導(dǎo)學(xué)生進行思考：①用什么材料來做這個實驗效果更好呢？②這個實驗具體的實驗步驟是怎樣的呢？

3.4 直觀展示二 教師提供兩則相關(guān)的背景信息。

相關(guān)信息1 預(yù)實驗結(jié)果表明：冬季溫度很低，外表皮與葉肉較其他季節(jié)更難分離, 用鑷子撕取外表皮時,往往容易撕破表皮細胞或帶有葉肉細胞，顯微鏡下觀察到細胞重疊、層次加厚，反復(fù)實驗發(fā)現(xiàn)觀察計數(shù)效果差；酒精濃度較高(體積分數(shù)30%以上)或處理時間過長(如2 h以上)，植物細胞幾乎全部死亡；將整片鱗片葉置于酒精溶液中處理，細胞受到的毒害作用很不明顯，視野中幾乎全是活細胞。

相關(guān)信息2 胭脂紅是一種水溶性食用色素，不能透過活細胞的原生質(zhì)層進入液泡，但能進入細胞壁和原生質(zhì)層之間，而細胞死亡后，原生質(zhì)層失去選擇透過性，胭脂紅就能透過原生質(zhì)層進入液泡中。若將洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細胞置于較高濃度的胭脂紅水溶液中，活的內(nèi)表皮細胞發(fā)生質(zhì)壁分離，胭脂紅水溶液進入細胞壁和原生質(zhì)層之間，顯微鏡下將清晰地看到光亮的液泡逐漸縮小，而死細胞在鏡下全是紅色[2]。

教師通過查閱資料和預(yù)實驗的結(jié)果，向?qū)W生展示有關(guān)資料，引導(dǎo)學(xué)生找出最佳的實驗思路，制訂合理的實驗方案。

3.5 溝通表達二 根據(jù)以上材料，師生雙方一起討論以下問題：①選擇洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮還是外表皮作為實驗材料？為什么？②本實驗中自變量是什么？用什么方法控制自變量？③你們小組確定的濃度梯度是多少？設(shè)定哪幾種濃度值？④本實驗中因變量是什么？能否定量檢測？怎樣定量檢測？ ⑤本實驗中實驗誤差的主要來源是什么？如何進行重復(fù)實驗？⑥對照實驗如何設(shè)置？是否需要空白對照？⑦需要哪些器材和用具？

師生雙方通過對問題串的討論，進一步明確實驗研究的思路，細化實驗方案，確定實驗材料、用具。由于冬季溫度低，外表皮與葉肉較其他季節(jié)更難分離，因此選用內(nèi)表皮更合適。由于內(nèi)表皮無色，可結(jié)合信息2，選用胭脂紅溶液來做質(zhì)壁分離實驗。根據(jù)探究的問題，可以確定本實驗的自變量是酒精的濃度，酒精的濃度應(yīng)在40%以下較為合理。由于洋蔥內(nèi)表皮細胞受到酒精的毒害而死亡，因此可以通過計算活細胞占計數(shù)細胞的總數(shù)，即細胞的成活率來定量檢測。本實驗的誤差的主要來源是對細胞進行計數(shù)，可以通過重復(fù)實驗來校正誤差。對每個酒精濃度浸泡下的表皮進行多次檢測。另外，對每個裝片也可以多選幾個視野進行計數(shù)。本實驗需要的實驗材料和用具有洋蔥內(nèi)表皮、胭脂紅溶液、鑷子、載玻片、蓋玻片、吸水紙、擦鏡紙。

3.6 研究分享二 經(jīng)過師生充分的溝通和表達，雙方對實驗的設(shè)計方案基本達成共識，教師展示在巡視指導(dǎo)過程中發(fā)現(xiàn)的相對比較完善的幾組實驗方案，以讓其他組的學(xué)生借鑒。

方法步驟：①配制7組不同體積分數(shù)的酒精溶液：0、5%、10%、15%、20%、25%、30%，用量筒分別量取10 mL上述酒精溶液置于7個小培養(yǎng)皿中；②剝洋蔥鱗片葉，用鑷子撕下內(nèi)表皮，分別置于7組酒精溶液中，浸泡處理30 min；③將經(jīng)過不同濃度酒精處理的內(nèi)表皮取出，分別置于盛有等量蒸餾水的7組培養(yǎng)皿中漂洗10 min；④每組制作3個內(nèi)表皮細胞臨時裝片，用滴管從蓋玻片一側(cè)滴入0.06 g/mL的胭脂紅溶液，在另一側(cè)用吸水紙吸引，重復(fù)幾次；⑤用低倍鏡觀察，每個裝片計數(shù)2個不同視野中發(fā)生質(zhì)壁分離的細胞數(shù)和細胞總數(shù)，將觀察計數(shù)結(jié)果分別記錄在觀察記錄表中(表略)。

根據(jù)各自的實驗方案，學(xué)生開始分組進行實驗、探究。此時教師操作數(shù)碼顯微鏡，提供示例，并在其間觀察、指導(dǎo)、討論。待實驗結(jié)束，各小組匯報，共享成果：①每個小組給出本小組直觀反映實驗結(jié)果數(shù)據(jù)的坐標(biāo)圖(橫坐標(biāo)為酒精濃度，縱坐標(biāo)為細胞的成活率)。②實驗結(jié)論：當(dāng)酒精濃度較低時(<20%)對洋蔥內(nèi)表皮的毒害作用不明顯；當(dāng)酒精濃度達到一定數(shù)值(25%)時，對洋蔥內(nèi)表皮的毒害作用明顯。

3.7 反饋提高 師生對本實驗的探究歷程和具體操作做進一步的小結(jié)和反思。根據(jù)整個實驗過程，探究實驗的的一般步驟是：提出問題→作出假設(shè)→制訂計劃→實施計劃→得出結(jié)論→表達交流。引導(dǎo)學(xué)生分析本實驗的誤差可能的來源：視野中的細胞數(shù)量過多，會導(dǎo)致計數(shù)困難；對處于視野邊界上的細胞的取舍沒有按照統(tǒng)一標(biāo)準進行；細胞死亡的原因可能是由于操作時機械損傷所導(dǎo)致等。引導(dǎo)各小組分析各自的實驗結(jié)果與展示的實驗結(jié)果是否一致，如果不一致，分析導(dǎo)致差異的原因。

教師進一步引發(fā)學(xué)生思考，在本實驗的基礎(chǔ)上還可以作哪些拓展：如同一濃度的酒精處理植物細胞的時間不同，導(dǎo)致的傷害有何差異？不同植物細胞對酒精的耐受性是否相同？這些生成性的問題，可以讓有興趣的學(xué)生繼續(xù)進行研究。

4 教學(xué)反思

本節(jié)課利用“展示·研究”教學(xué)模式進行拓展實驗的設(shè)計，通過直觀展示來設(shè)疑激趣，溝通表達來明晰方向，研究分享來突破重點，反饋提高來總結(jié)評價。在這四個環(huán)節(jié)中，學(xué)生的思維得到訓(xùn)練，語言得到錘煉，能力得到顯現(xiàn)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。由于學(xué)生親歷整個探究過程并親自操作，因此對探究實驗的設(shè)計有了完整的認識，對實驗中的一些細節(jié)印象深刻，對以后獨立設(shè)計、完成探究實驗建立起了信心，為學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。