讓學生經(jīng)歷完整的科學探究實驗

摘要：生物學是以實驗為基礎(chǔ)的科學，很多生物結(jié)論都是從實驗中得出，也是從實驗中不斷發(fā)展與進步而來的.在生物學實驗教學工作中，學生通過自主制定實驗思路和實驗操作過程，可以直觀地獲得知識，從而激發(fā)求知欲，加深對知識的理解，提升獨立思考及合作探究的意識.

關(guān)鍵詞：高中生物學；科學探究；實驗教學

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2025）06-0142-03

收稿日期：2024-11-25

作者簡介：李昊展，本科，中小學高級教師，從事生物教學研究.

基金項目：2023年度河南省基礎(chǔ)教育教學研究項目“‘三新’背景下高中生物學實驗改進與創(chuàng)新的研究”（JCJYB2308140019）.

2020年教育部頒布《普通高中生物學課程標準（2017 年版 2020 年修訂）》，指出教師要重視生物學實驗，合理地組織生物學實驗[1].因此，要求教師組織好實驗、觀察等探索性學習活動，實踐的選擇應更貼近社會和日常生活，注重在實踐中培養(yǎng)學生探究和實踐的技能，加強學生之間的溝通和交流，促進學生全面發(fā)展.本文以探究植物細胞的吸水和失水為例，談談讓學生經(jīng)歷完整的科學探究實驗.

1教學目標

1.1知識與技能

學會設計和分析探究植物細胞的吸水和失水的實驗；掌握實驗基本原則；能用準確的語言描述實驗探究的過程與結(jié)果[2].

1.2過程與方法

通過合作學習，小組成員討論設計和分析，學生能夠感受實驗探究的過程，進而運用單一變量原則設計對照實驗.

1.3情感態(tài)度與價值觀

掌握探究性實驗的基本環(huán)節(jié)；自主探究和合作探究相結(jié)合，方案交流和點評質(zhì)疑相結(jié)合，讓學生在競爭中體會學習的快樂.

2實驗改進與創(chuàng)新的要點

2.1對教學內(nèi)容的改進——增設多種實驗材料

選取商丘地區(qū)常見的植物胡蘿卜和土豆進行對照，拓寬學生思維，且不局限于教材給定的實驗材料.通過胡蘿卜和土豆的質(zhì)量變化及外界溶液體積變化，證明植物能發(fā)生吸水和失水；用月季葉表皮細胞和洋蔥鱗片葉外表皮細胞探究細胞液的濃度范圍，證明兩種細胞液濃度不同，體現(xiàn)了生物的統(tǒng)一性和多樣性，生物與環(huán)境相適應的生命觀念.

2.2對教學方法的改進

自主合作探究法：本節(jié)課以自主探究為主要學習方式，四人一組進行實驗，學生通過合作探究，不僅能在熱烈、積極的課堂氛圍中輕松地完成教學任務，而且通過溝通與合作、交流和分享，形成了合作進取的團隊精神.

2.3設計思路的創(chuàng)新

將定性實驗改為定量實驗，通過測量在不同濃度條件下硝酸鉀溶液的質(zhì)壁分離程度，定量檢測植物細胞液的濃度范圍.

3教學過程

3.1創(chuàng)設情境，導入新課

教師應重視學生在實驗前的預習，使學生對實驗內(nèi)容和相關(guān)背景知識有一定了解.因此在推進新課這一環(huán)節(jié)，筆者注意引導學生關(guān)注生活，引入了關(guān)于植物吸水和失水的情境材料：做腌黃瓜的視頻、萎蔫和灑水后挺立的青菜圖片.說明植物細胞發(fā)生了吸水和失水，并提問如果鹽放多了或者少了，會影響植物的吸水和失水嗎？以此引導學生復習滲透系統(tǒng)的條件及植物細胞的滲透系統(tǒng).

學生認真考慮，為什么黃瓜會失水、青菜會吸水？出現(xiàn)這些現(xiàn)象的原因是什么？并在思考之后回答，植物可能發(fā)生了滲透作用.學生要能說明滲透系統(tǒng)的兩個條件：有半透膜和半透膜兩側(cè)的溶液具有濃度差.

3.2提出問題，做出假設

引導學生對問題進行探討、思考，并學會應用知識解決自己的問題.教師綜合以上生活中的實例及滲透系統(tǒng)的復習，要求學生提供材料，激發(fā)學生聯(lián)想；明確分組（8人一大組，4 人一小組，共6大組）.本節(jié)課采取競爭機制，根據(jù)各組表現(xiàn)加分，分數(shù)最高組為優(yōu)秀表現(xiàn)小組.

以小組為單位，按以下要求進行實驗設計：①各組合理使用創(chuàng)新材料，改進實驗步驟；②本組實驗原理是什么；③設計實驗過程（文字分點表述，繪制表格，畫示意圖等均可）；④找出本實驗的自變量和因變量，自主設計控制自變量，以及觀察和檢測因變量，預期可能出現(xiàn)的實驗結(jié)果；⑤學生平均分成6組，4人一小組，以小組為單位選擇創(chuàng)新材料，討論后確定本組的實驗課題.

3.3設計實驗，方案交流

教師指導：

組織學生闡述交流實驗方案，對方案進行評價和討論，教師反饋，進行必要的提示和引導.

學生活動：小組長介紹本組實驗設計方案，并且針對其他小組的質(zhì)詢，進行必要的答辯、反思和修改；各小組聽取他人闡述，對其他組方案進行評價，提出疑問或建議；對比本組實驗設計與其他小組的優(yōu)缺點，組內(nèi)再次作必要的改進和調(diào)整.

（1）第一組學生方案

提出問題：植物能發(fā)生吸水和失水嗎？

作出假設：植物能發(fā)生吸水和失水.

原理：因為從視頻中看到黃瓜在加鹽腌制后不久就出水了，想到植物可能會在一定的條件下吸水和失水.在外界溶液濃度較高時植物會失水，而在外界溶液濃度較低時植物會吸水.

實驗材料：胡蘿卜.

實驗方案：

①取兩個大小基本相同的胡蘿卜，取同樣大小的孔；

②分別倒入10毫升的濃鹽水和清水；

③觀察實驗現(xiàn)象.

預期結(jié)果：

把濃鹽水倒入胡蘿卜的孔洞后，過一段時間后溶液的質(zhì)量變大了；把清水倒入胡蘿卜的孔洞后，過一段時間后溶液的質(zhì)量變小了.其他小組加以補充：還可以測量胡蘿卜的質(zhì)量變化及外界溶液體積變化.

（2）第二組學生方案

提出問題：植物能發(fā)生吸水和失水嗎？

作出假設：植物能發(fā)生吸水和失水.

原理：在外界溶液濃度較高時植物會失水，而在外界溶液濃度較低時植物會吸水.

實驗材料：土豆.

實驗方案：

①取兩個大小基本相同的土豆，挖出同樣大小的土豆條；

②把兩個土豆條分別放入50毫升的濃鹽水和清水；

③觀察實驗現(xiàn)象.

預期結(jié)果：

放入濃鹽水的土豆條體積變小很容易放回孔中，而放入清水的土豆條體積變大不能放回孔中.

（3）第三組學生方案

提出問題：本實驗能探究植物細胞液的濃度范圍嗎？

作出假設：本實驗能探究植物細胞液的濃度范圍.

實驗材料：月季葉表皮細胞和洋蔥鱗片葉外表皮細胞.

實驗方案：

①取月季葉表皮細胞和洋蔥鱗片葉外表皮細胞分別制作六個臨時裝片；

②分別滴加0.11 mol/L；0.12 mol/L；0.125 mol/L；0.13 mol/L；0.14 mol/L；0.15 mol/L的硝酸鉀溶液.觀察實驗現(xiàn)象.

預期結(jié)果：

月季葉表皮細胞和洋蔥鱗片葉外表皮細胞液的濃度范圍：在不能發(fā)生質(zhì)壁分離的最大外界溶液濃度和能發(fā)生質(zhì)壁分離的最小外界溶液濃度之間，不同種類的植物細胞液濃度不同.

學生在觀察質(zhì)壁分離現(xiàn)象與質(zhì)壁分離復原現(xiàn)象時選材為紫色洋蔥的鱗片葉外表皮細胞.提問：這是為什么？

教師總結(jié)，本實驗的材料可以選擇成熟的植物活細胞，也可以選擇紫色鴨跖草和葫蘆蘚來代替.

3.4進行實驗，成果展示

小組分工合作，按照本組設計的步驟進行實驗；做好實驗記錄，將觀察到的實驗現(xiàn)象和產(chǎn)生的疑問等記錄到學案指定位置；學生組內(nèi)討論，對實驗現(xiàn)象作出解釋；遇到疑問，可進行重復試驗或進一步驗證；最后展示并分析實驗結(jié)果.

3.5分析結(jié)果，得出結(jié)論

學生交流探究結(jié)果，提出實驗過程中產(chǎn)生的疑問，如是否出現(xiàn)與預測截然不同的實驗現(xiàn)象，嘗試對“意外”現(xiàn)象作出假設，并設計方案進行進一步假設.

3.6進一步探究

總結(jié)出希望進一步探究的方向：

（1）對實驗中遇到的問題進一步探究，提出新問題，拓展更強的探究能力.如植物細胞液濃度范圍進行進一步的定量研究.為什么溶液濃度過高時細胞沒有發(fā)生質(zhì)壁分離復原現(xiàn)象？

（2）關(guān)于選材的探究，如洋蔥鱗片葉外表皮細胞能有什么材料來代替？延伸探究范圍，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神以及探索不息的科學態(tài)度.

教師與學生一起總結(jié)科學探究實驗的基本步驟：

觀察現(xiàn)象—發(fā)現(xiàn)問題—提出假設—設計實驗—進行試驗—分析結(jié)果；得出結(jié)論—表達與交流；進一步探究.

3.7評價方式多樣化

教師對學生進行評價，每位學生自我評價，組員之間互相評價.教師還應制作評價表及時對學生進行評價，如表1所示，并進行反饋.

3.8經(jīng)驗總結(jié)

認真分析原因并從中挖掘出生成性資源，這既可以培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和科學精神，還可以提高教師的教育機智和實驗素養(yǎng).高中生物學實驗課教學，應貼近學生生活、因地制宜、靈活多樣.教師應在了解學生基礎(chǔ)的前提下，倡導探究性學習，制定好教學計劃，促使學生主動地獲取知識，體驗科學過程，形成一定的操作技能和科學態(tài)度，培養(yǎng)創(chuàng)新精神.

4課后反思

本實驗引導學生自主選擇創(chuàng)新材料，開拓學生的創(chuàng)新思維；方案展示與點評質(zhì)疑相結(jié)合，讓學生在競爭中體會學習的快樂；讓學生做實驗，培養(yǎng)其動手操作能力；學生通過實驗過程中小組成員之間的分工合作，能夠體會到與他人合作的快樂及集體力量的偉大.

參考文獻：

［1］ 郎啟雄.《普通高中生物課程標準（實驗）》評析[D].西安：陜西師范大學，2011.

[2] 中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標準（2017 年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：3.

［責任編輯：季春陽］