基于項目式教學(xué)策略的高中生物實驗

葉鵬海 黃江蕓 許曉婷

摘要：以改進(jìn)滲透實驗裝置為例，探討項目式教學(xué)在高中生物實驗教學(xué)的應(yīng)用。本項目以真實問題為實驗情境，小組合作探究改進(jìn)滲透實驗裝置，以期達(dá)成科學(xué)探究的培養(yǎng)，同時提升學(xué)生綜合運用知識的能力。

關(guān)鍵詞：滲透作用;項目式教學(xué);探究活動

中圖分類號：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出教學(xué)過程重實踐，即通過探究活動加深學(xué)生對生物學(xué)概念的理解，提升學(xué)生綜合運用能力。項目式學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，強調(diào)學(xué)生在真實的情境中，通過問題驅(qū)動組織開展探究活動，學(xué)生通過交流合作的學(xué)習(xí)方式解決問題，最終展示分享研究成果。下面以人教版高中生物必修1中“滲透實驗裝置”為例，借助項目式教學(xué)法，以實驗真實問題為情境，指引學(xué)生小組合作開展探究活動，以期提高學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任的學(xué)科核心素養(yǎng)。

1親歷實驗，發(fā)現(xiàn)問題

實施滲透作用實驗的過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)有實驗裝置的漏斗口直徑太大，與半透膜連接后密封性差（圖1），進(jìn)而產(chǎn)生改進(jìn)裝置的想法。

2悟透原理，制定目標(biāo)

2.1理解原理

①滲透作用指兩種不同濃度的溶液隔以半透膜，水分子或其他溶劑分子從低濃度的溶液通過半透膜進(jìn)入高濃度溶液中的現(xiàn)象。

②葡萄糖中含有醛基，能與銀氨溶液和新制的氫氧化銅反應(yīng)產(chǎn)生銀鏡和磚紅色沉淀;蔗糖中不含醛基，含的是酮基，不能使銀氨溶液或新制的氫氧化銅產(chǎn)生銀鏡或磚紅色沉淀，可以鑒定配制的蔗糖溶液中是否含有葡萄糖。

③溶質(zhì)不允許透過半透膜，以維持半透膜兩側(cè)的濃度差。因此，溶質(zhì)必須加以選擇。

2.2制定目標(biāo)

從縮短實驗時間、簡便實驗操作、使實驗結(jié)果更明顯出發(fā)，改進(jìn)滲透實驗裝置。各小組可以從不同角度（半透膜種類、漏斗替代材料、溶液種類）對該實驗進(jìn)行改進(jìn)，并以提供實物成果（實驗裝置）為最終的目標(biāo)。

通過“信息收集→小組內(nèi)討論→小組間交流→師生交流”的環(huán)節(jié)，各小組初步確定了研究方向：①鑒定透過半透膜的溶質(zhì)是二糖（蔗糖），還是單糖（葡萄糖、果糖）？②尋找蔗糖的替代材料。③尋找半透膜的替代材料。④研究漏斗的使用方法并尋找漏斗的替代材料。根據(jù)這四個研究項目，學(xué)生分成了與項目對應(yīng)的4個學(xué)習(xí)共同體（甲組、乙組、丙組、丁組）。

3謹(jǐn)慎分析，協(xié)同設(shè)計

項目教學(xué)法通常是在一個短時期內(nèi)、較有限的空間范圍內(nèi)進(jìn)行的，并且教學(xué)效果可測評性好。教師可以根據(jù)學(xué)習(xí)者確定的創(chuàng)新目標(biāo)提供可行的創(chuàng)新方向和思路的指導(dǎo)，發(fā)揮引導(dǎo)作用。針對不同方案，教師可設(shè)置不同的問題，通過向型追問引導(dǎo)學(xué)生對實驗的可行性進(jìn)行分析：如何區(qū)分蔗糖、葡萄糖和果糖？蔗糖的替代材料需要具備哪些條件？半透膜的替換材料有哪些？如何獲得？漏斗的替代材料應(yīng)該具備哪些特征？

3.1實施可行性

學(xué)生對自己設(shè)計的方案表現(xiàn)出極大的熱情，提出了很多好的建議和要求。通過不斷優(yōu)化方案，為順利獲取預(yù)期結(jié)果充分準(zhǔn)備。

例如，乙組根據(jù)初次實驗觀察到蔗糖溶液中的物質(zhì)會透過半透膜，推測是蔗糖分子比半透膜的直徑小導(dǎo)致的，需要用更大的分子代替。學(xué)習(xí)小組最后從實驗材料獲取、成本和安全性綜合考慮，選擇了淀粉溶液代替蔗糖溶液。

3.2技術(shù)可行性

學(xué)生具備簡單的物質(zhì)鑒定、玻璃儀器使用和實驗結(jié)果記錄的能力。但是由于學(xué)生的實踐經(jīng)驗較少，技術(shù)可行性的預(yù)估不一定準(zhǔn)確，因此只能在實踐經(jīng)歷中慢慢積累這種能力。

例如，丙組希望找到半透膜的替代材料，通過論文檢索，發(fā)現(xiàn)用雞蛋膜、海帶膜、豬膀胱膜作為半透膜進(jìn)行實驗的案例。從材料獲得和成本綜合考慮，小組決定采購雞蛋，剝?nèi)‰u蛋膜。事實上，在實際操作過程中，由于雞蛋膜薄且脆弱，很難獲得面積足夠大的完整雞蛋膜，最終影響了該小組實驗的開展。

3.3經(jīng)濟(jì)可行性

所需的儀器都是實驗室基本配備的，材料采購成本也不高。因此，“改進(jìn)滲透作用裝置實驗”這項活動能作為校本活動長期開展。

4分工合作、制造模型

學(xué)生設(shè)計了詳細(xì)的方案后，開始進(jìn)行實際制造過程。考慮到設(shè)計和制造之間的差異性，一旦在制造過程中出現(xiàn)無法解決的問題，必須進(jìn)行設(shè)計的修改。項目教學(xué)法由學(xué)生與教師共同參與，學(xué)生的活動由教師全程指導(dǎo)，有利于學(xué)生集中精力練習(xí)技能。

實驗準(zhǔn)備時，一部分學(xué)生從實驗室挑選實驗儀器，另一部分學(xué)生準(zhǔn)備實驗材料。實驗進(jìn)行過程中，一部分學(xué)生操作、一部分學(xué)生記錄實驗結(jié)果。最后，學(xué)生共同分析實驗結(jié)果得出結(jié)論。

乙組將淀粉直接溶于水，發(fā)現(xiàn)淀粉溶解度較低，實驗現(xiàn)象不明顯。因此，提出問題：如何提高淀粉的溶解度？小組通過各種途徑查閱資料，得知淀粉在加熱的狀態(tài)下溶解度高。因此使用磁力攪拌器，配置了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的淀粉溶液。實驗現(xiàn)象顯示，水柱液面上升快，實驗結(jié)果明顯。但是配制3%的淀粉溶液比配制蔗糖溶液復(fù)雜，延長了實驗準(zhǔn)備時間。

由于雞蛋膜非常薄，丙組在剝?nèi)‰u蛋膜時均以失敗告終。接著，小組比較海帶和豬膀胱的價格后，放棄了價格比較昂貴、保存較難的豬膀胱，選擇海帶進(jìn)行嘗試。市場上的海帶種類較多，通過調(diào)查、咨詢，選擇完整的（未經(jīng)切割的）鹽腌漬的海帶。但是剝?nèi)『ё罴舛说囊恍∑ひ灿休^高的難度。于是，該小組成員出現(xiàn)了分歧。有的學(xué)生認(rèn)為應(yīng)該多多練習(xí)，堅持從雞蛋或海帶中獲得半透膜;有的學(xué)生認(rèn)為應(yīng)該尋找新的方法。此時，教師應(yīng)適當(dāng)?shù)毓膭詈鸵龑?dǎo)學(xué)生。在這個過程中，學(xué)生通過親歷、體驗科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)歷程，可以深切地領(lǐng)悟科學(xué)家鍥而不舍的科學(xué)精神和科學(xué)研究過程的艱辛。

丁組在研究漏斗的使用方法和尋找漏斗的替換材料時，發(fā)現(xiàn)原有裝置最大的弊端是漏斗口直徑太大，與半透膜連接后密封性差。因為醫(yī)用點滴管的直徑小，可能液面上升更快，所以選擇用醫(yī)用點滴管代替漏斗。但實驗后發(fā)現(xiàn)點滴管太輕，整個裝置浮在清水上、漂浮不定，不利于滲透作用進(jìn)行和結(jié)果觀察。最后認(rèn)為，玻璃漏斗最適合。在確定目標(biāo)后，丁組創(chuàng)新地將漏斗正放，在漏斗出口處用橡皮筋緊扎半透膜（圖2）。這樣既可以方便注入蔗糖溶液，又能控制蔗糖溶液的液面，使之與燒杯中的液面持平。

5分享結(jié)果、深度思考

當(dāng)完成了自己認(rèn)可的創(chuàng)新作品以后，教師需要鼓勵學(xué)生分享作品。通過分享，學(xué)生喜歡上創(chuàng)新，同時通過分享中的觀眾交互，反思作品的進(jìn)一步改進(jìn)。

5.1分享結(jié)果、綜合運用

四個小組分別介紹階段研究成果。接著，教師追問：“針對x小組的介紹提出你的想法和建議。你能設(shè)計一個更優(yōu)化的方案嗎？”小組之間互相質(zhì)疑、提問、解答。這樣有利于學(xué)生提高表達(dá)與交流能力，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維，幫助各小組對現(xiàn)有方案進(jìn)行修改、完善。

各組展示模型后，從裝置材料獲取、組裝時間、反應(yīng)時間、創(chuàng)新性等方面進(jìn)行綜合評價，選出較優(yōu)裝置。甲組和乙組實驗結(jié)論：使用蔗糖溶液比使用淀粉溶液方便。丙組實驗結(jié)論：采購玻璃紙作為半透膜。丁組實驗結(jié)論：玻璃漏斗正放，并將玻璃紙扎成囊狀，以增加蔗糖溶液與玻璃紙的接觸面積。最后，綜合各小組的研究成果，形成本次活動的最終成果（圖3）。

5.2深度思考、綜合運用

項目教學(xué)法注重理論與實踐相結(jié)合。要完成一個項目，必然涉及如何做的問題。這就要求學(xué)生從原理開始入手，結(jié)合原理分析項目、訂制工藝。而實踐所得的結(jié)果又會引發(fā)學(xué)生思考：是否是這樣？是否與書上講的一樣？

在深度思考后，學(xué)生提出了更多相關(guān)的研究項目，如探究改變淀粉溶液濃度對液面上升速度的影響、探究半透膜兩側(cè)濃度差對滲透作用速度的影響、探究利用透析袋改進(jìn)滲透作用裝置的效果、探究改變?nèi)芤侯伾谟^察的方法、探究利用u型管觀察滲透作用的裝置改進(jìn)。同時，學(xué)生也關(guān)注到醫(yī)療上使用的透析裝置，并希望制作模擬血液透析裝置。

6項目式試驗教學(xué)的重要性

本項目設(shè)計真實問題情境，將抽象的滲透作用與生活情境關(guān)聯(lián)。學(xué)生在項目活動過程中體驗知識的獲得過程，徹底改變以往被動接受知識的局面，激發(fā)了學(xué)習(xí)的動力。學(xué)生通過查閱資料獲取事實性知識，并利用實驗裝置進(jìn)行科學(xué)探究與論證，學(xué)生的思維不斷從低階思維向高階思維發(fā)展。