高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)的PBL實(shí)踐

王 君 胡景瑞 李錦山

(浙江省縉云中學(xué))

一直以來(lái),實(shí)驗(yàn)都是選考復(fù)習(xí)的重、難點(diǎn)。教師在實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)的過(guò)程中,常將目標(biāo)定位于掌握教科書(shū)實(shí)驗(yàn)的流程以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的提高,復(fù)習(xí)方式主要是講授和大量練習(xí)。學(xué)生在教師講解實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中,只能想象實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,缺乏實(shí)驗(yàn)體驗(yàn),很難學(xué)以致用,更難發(fā)展科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng),在選考中失分也較多。在新課標(biāo)引領(lǐng)下的選考復(fù)習(xí)中,我們的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)應(yīng)該指向動(dòng)手做實(shí)驗(yàn),并關(guān)注實(shí)驗(yàn)內(nèi)在的知識(shí)結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)以及學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)能力的發(fā)展,這樣才更利于學(xué)生整體實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶嵘?突破實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)。

1.PBL教學(xué)法簡(jiǎn)介

PBL是一套設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)情境的完整方法,是以問(wèn)題為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心的教學(xué)教育方式。教學(xué)過(guò)程從一個(gè)亟待解決的問(wèn)題出發(fā),該問(wèn)題被稱為驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。把學(xué)習(xí)的過(guò)程放置到復(fù)雜、有意義的真實(shí)問(wèn)題情境中,通過(guò)學(xué)生之間的相互討論、相互合作來(lái)解決該問(wèn)題,最終培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的能力。其基本流程如圖。將PBL教學(xué)法應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí),讓學(xué)生圍繞問(wèn)題,以小組合作的方式展開(kāi)探究,最終解決問(wèn)題,對(duì)擴(kuò)增課堂復(fù)習(xí)的容量、提高復(fù)習(xí)效率和提升學(xué)生生物學(xué)素養(yǎng)起到事半功倍的作用。

圖 PBL教學(xué)流程圖

2.PBL實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)實(shí)踐案例

下面以“探究環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響”一節(jié)的復(fù)習(xí)為例,介紹高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)的PBL實(shí)踐。

2.1 設(shè)置情境,提出問(wèn)題

以人口增長(zhǎng)與糧食危機(jī)、水稻和玉米等糧食作物的種植為情境,通過(guò)調(diào)查或網(wǎng)絡(luò)檢索獲取的資料,整理出農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上提高農(nóng)作物光合作用強(qiáng)度的措施。在此基礎(chǔ)上提出問(wèn)題:同是糧食作物,水稻固定低濃度的CO2能力比玉米差,不同CO2濃度對(duì)植物的光合作用有怎樣的影響呢?

設(shè)計(jì)意圖:求知欲的產(chǎn)生是學(xué)生認(rèn)知的先決條件。由資料的收集到真實(shí)情境的展示再轉(zhuǎn)化為生物學(xué)科問(wèn)題,提出本節(jié)的核心問(wèn)題“CO2濃度與光合速率的關(guān)系如何”,并引導(dǎo)學(xué)生提出“CO2濃度越大光合速率越大”的假設(shè),激發(fā)進(jìn)一步探究的學(xué)習(xí)興趣。

2.2 制訂方案,合作探究

教師提供實(shí)驗(yàn)材料:水稻綠色葉片,玉米綠色葉片,打孔器,注射器,清水,冰塊,不同濃度的碳酸氫鈉,精密pH試紙,臺(tái)燈,40 W燈泡3只,100 W燈泡3只,溫度計(jì),3種顏色玻璃紙各2組,計(jì)時(shí)器,燒杯等(注意,冰塊、燈泡、玻璃紙等數(shù)量有限)。

教師分解核心問(wèn)題:①如何選擇實(shí)驗(yàn)材料?②如何獲得不同濃度的CO2進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)?③選擇什么作為指標(biāo)檢測(cè)因變量?

學(xué)生實(shí)踐過(guò)程:自主選擇材料,并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。教師適時(shí)引導(dǎo),注意組間異質(zhì)。形成完整實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)后,展示并相互評(píng)價(jià)。

甲組設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟:①在暗處,將臺(tái)燈分別裝上100 W燈泡,放在不同的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。取 100 mL 燒杯5個(gè),均倒入70 mL不同濃度的碳酸氫鈉溶液,放在距臺(tái)燈10 cm的地方,此時(shí)不要開(kāi)燈。②用打孔器將葉片打出直徑為0.5 cm的圓片若干。注意葉片的選擇,葉片的薄厚、顏色、鮮嫩程度要盡可能一致。③將小圓形葉片置于注射器中,拉動(dòng)注射器,使其吸入清水,再推動(dòng)活塞,排出殘留空氣。然后用手堵住注射器前部小孔,并緩緩拉動(dòng)活塞,使小圓形葉片內(nèi)的氣體逸出。這一動(dòng)作可重復(fù)幾次。④將12片處理好的小圓形葉片,分別放入盛有清水的2個(gè)燒杯中,并置于暗處。這時(shí)的葉片由于細(xì)胞間隙充滿了水,應(yīng)該全部沉到水底。⑤打開(kāi)臺(tái)燈。⑥室溫以25℃為宜。⑦觀察并記錄同一時(shí)間內(nèi)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置中小圓形葉片浮起的數(shù)量。

教師追問(wèn):①此實(shí)驗(yàn)有哪些注意事項(xiàng),如打孔、抽氣操作時(shí)要注意什么?②如何避免溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響?③因變量的捕獲有其他方法嗎?

學(xué)生回答問(wèn)題,并梳理實(shí)驗(yàn)流程書(shū)寫(xiě)的模板。

設(shè)計(jì)意圖:小組合作探究實(shí)驗(yàn),可以夯實(shí)學(xué)生的生物學(xué)知識(shí),讓學(xué)生體會(huì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程,提升其創(chuàng)新思維、創(chuàng)造能力。實(shí)驗(yàn)變量、實(shí)驗(yàn)步驟均需學(xué)生自己討論分析合作探究獲得,學(xué)生們不必拘泥于現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)操作步驟。這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新思維大有裨益。本節(jié)復(fù)習(xí)課中,我們將核心問(wèn)題分解成問(wèn)題串,以問(wèn)題串的形式引領(lǐng)學(xué)生,逐步開(kāi)展實(shí)驗(yàn),同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)束也以問(wèn)題串的形式進(jìn)行細(xì)節(jié)落實(shí)和反思梳理。教學(xué)過(guò)程重探究、總結(jié)與反思,這樣利于基礎(chǔ)的夯實(shí)和思維的拓展。引導(dǎo)學(xué)生梳理實(shí)驗(yàn)流程,有助于實(shí)現(xiàn)“授之以漁”的教學(xué)目標(biāo)。

2.3 交流分享,反饋評(píng)價(jià)

教師引導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù):

任務(wù)①,討論為什么單位時(shí)間內(nèi)上浮的葉片數(shù)量能代表光合速率大小,與甲組實(shí)驗(yàn)變量設(shè)置相似,使用40 W燈泡的小組,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如何,兩組的差異性原因是什么。

任務(wù)②,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄表,見(jiàn)表1。尋找和自己小組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相比,符合“單因子”變量的小組,將兩組表格數(shù)據(jù)繪制成坐標(biāo)圖,對(duì)比分析。整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄的方式和模板。

表1 不同NaHCO3濃度下單位時(shí)間內(nèi)氣泡冒出數(shù)量

任務(wù)③,思考生產(chǎn)實(shí)踐中,我們?nèi)绾翁岣逤O2濃度進(jìn)而影響植物的光合作用?

學(xué)生討論,回答問(wèn)題,圖形轉(zhuǎn)換,并整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄方式和模板。

設(shè)計(jì)意圖:實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中,要關(guān)注學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的分析、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄,也要引導(dǎo)學(xué)生注重實(shí)驗(yàn)原理和結(jié)果在生活實(shí)踐中的應(yīng)用。雖然學(xué)生實(shí)驗(yàn)的自變量是CO2濃度,但因變量的測(cè)量手段并不唯一,學(xué)生選擇的植物種類、光照強(qiáng)度、光質(zhì)也是不同的,這樣就存在了組間異質(zhì),小組間進(jìn)行相互對(duì)照時(shí),學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)變量的差異,借助生生評(píng)價(jià)和師生點(diǎn)評(píng),發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,相互促進(jìn),發(fā)展批判性思維,同時(shí)深入理解實(shí)驗(yàn)變量之間的聯(lián)系,得到更多的結(jié)論。三個(gè)不同層次任務(wù)的設(shè)計(jì)主要是圍繞科學(xué)探究素養(yǎng)展開(kāi)的,見(jiàn)表2,旨在通過(guò)任務(wù)的完成聚焦科學(xué)探究素養(yǎng)的考查,提升答題能力。

表2 分析與討論題的科學(xué)探究素養(yǎng)和答題要求

2.4 總結(jié)延伸,回歸本質(zhì)

整理各組的自變量設(shè)置,因變量檢測(cè)和無(wú)關(guān)變量控制方法,結(jié)合各組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,與實(shí)驗(yàn)假設(shè)和目的對(duì)比,總結(jié)本節(jié)實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論,形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。為了深入探討多因素對(duì)作物光合作用的影響,課后進(jìn)行延伸實(shí)驗(yàn),4～5人小組自主設(shè)計(jì)探究還有哪些環(huán)境因素對(duì)光合速率有影響,它們之間有怎樣的聯(lián)系?如何進(jìn)行多因素影響的實(shí)驗(yàn)?

設(shè)計(jì)意圖:PBL教學(xué)能在很大程度上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力,具體體現(xiàn)在“勤于設(shè)計(jì),勤于觀察,勤于記錄,勤于分析,勤于總結(jié)”五個(gè)方面。本節(jié)最后的總結(jié)和延伸,通過(guò)梳理變量,引導(dǎo)學(xué)生透過(guò)實(shí)驗(yàn)本質(zhì)掌握研究事物的方法,形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

3.反思與建議

第一,從復(fù)習(xí)目的來(lái)看,實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)過(guò)程要立足學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)仍要著眼于“做”,讓學(xué)生真正的動(dòng)手操作,才能有效落實(shí)復(fù)習(xí)目標(biāo)。PBL教學(xué)倡導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行自主設(shè)計(jì),使得學(xué)生能夠在實(shí)踐活動(dòng)當(dāng)中充分發(fā)揮創(chuàng)造性思維,同時(shí)讓他們分析解決問(wèn)題的能力和實(shí)踐動(dòng)手的能力也得到很大程度的提高,進(jìn)而達(dá)到素質(zhì)教育的目的。學(xué)生在做中學(xué),在實(shí)驗(yàn)中成長(zhǎng),形成正確的求知觀、探索觀、科學(xué)的態(tài)度觀。

第二,從復(fù)習(xí)手段來(lái)看,實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)應(yīng)該有完整的體系。比如,每個(gè)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)時(shí),合理使用PBL教學(xué)流程范式,將要梳理的零散知識(shí)點(diǎn)穿插于實(shí)驗(yàn)流程或在討論題中進(jìn)行討論,這樣利于復(fù)習(xí)線索的把握“學(xué)有所依”和基礎(chǔ)知識(shí)的夯實(shí)。

表3 實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)的PBL實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程表

第三,從復(fù)習(xí)效果來(lái)看,實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)要能提升學(xué)生的解題能力。根據(jù)近年來(lái)的選考題分析,浙江實(shí)驗(yàn)題考查是基于情境開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì),可以考查實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄、結(jié)論的獲得、實(shí)驗(yàn)原理的分析等。而這些方面都可以利用PBL教學(xué)法進(jìn)行反復(fù)練習(xí)。復(fù)習(xí)時(shí),我們可以利用現(xiàn)成的教學(xué)資源,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)可探究的問(wèn)題。如在“葉綠素的提取和分離實(shí)驗(yàn)”中,課本給出實(shí)驗(yàn)材料是菠菜葉片,根據(jù)時(shí)令的不同,可選擇枯黃葉、莧菜葉等材料代替。學(xué)生在選擇不同實(shí)驗(yàn)材料的過(guò)程中,能夠領(lǐng)會(huì)到實(shí)驗(yàn)選擇的多樣性,實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)論的可變性,實(shí)驗(yàn)本身的多層次、多角度,從而能夠更好地去分析與歸納實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)步驟也可以拓展和創(chuàng)新,如“制作根尖細(xì)胞有絲分裂臨時(shí)裝片”實(shí)驗(yàn)中的漂洗步驟去除,調(diào)整染色液濃度等,再引導(dǎo)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,進(jìn)而加深學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)流程和實(shí)驗(yàn)變量的理解,提升解題能力。

使用PBL教學(xué)流程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)專題設(shè)計(jì),要求師生均具有一定的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)基礎(chǔ)。比如,情境的設(shè)置要合理,問(wèn)題的提出要具有一定的探究意義,要符合“最近發(fā)展區(qū)”理論。又如,教師需要深入思考應(yīng)該提供哪些實(shí)驗(yàn)材料,如何提升小組合作與分工的有效性,如何設(shè)置指向高階思維發(fā)展的、有梯度的任務(wù),如何確定適合的、新穎的拓展延伸實(shí)驗(yàn)新方向等問(wèn)題。

總之,實(shí)驗(yàn)的考查是對(duì)學(xué)生生物學(xué)素養(yǎng)的考查,也是對(duì)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)探究物質(zhì)及其變化的本質(zhì)和科學(xué)規(guī)律能力的考查,是生物學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展的重要體現(xiàn)。教學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的過(guò)程中,要落實(shí)學(xué)生的生物學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展,就需要教師轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課的教學(xué)理念,運(yùn)用更合適的教學(xué)方式,制造更多的動(dòng)手機(jī)會(huì),使用更豐富的教學(xué)評(píng)價(jià)方法,以提升復(fù)習(xí)效率,發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)素養(yǎng)。