1 构建背景

注重探究性学习是新一轮中学生物课改的重点,是中学生物教学的重要环节。在高中生物教学中,探究性学习包括资料探究、科学史探究、实验探究和调查性探究等类型。通过实验探究,让学生按照教材所提供的生物实验主题,根据多种思路和方案自行设计、组织和展开实验,这样既可以了解科学家的工作方法和思维方式,学会科学研究所需要的各种技能,获得知识,又培养了学生的创新意识和实践能力,学会了在实验过程中与他人的合作和交流能力。要使学生的学习方式改变,教师的教学方法和教学模式必先变化。实验探究教学就是在这种新课程背景下应运而生的一种教学模式。

2 构建程序

实验探究教学模式的课堂组织形式一般包括以下六个步骤:

①创设情境,引入教学:教师可利用多种形式引出要探究的课题,激发学生的探究兴趣。

②提供相关资料,组织设计方案:教师将教材中提到的或实验需要的具有启发性的资料提供给学生,促其思考,同时让学生以小组为单位讨论、设计实验方案。

③分析实验方案,全班交流完善:选派1-2个小组为代表在全班展示其所设计的实验方案,小组间进行互评。由于学生在小组讨论中获得了相当的知识和能力,这时都能提出一些自己的看法。在学生充分讨论交流的基础上,教师进行适当点评和引导,各小组完善自己的实验设计方案。

④实施实验方案,预测实验的现象:按照设计的方案,各小组进行实验装置的组装并开始实验。在等待反应结果的时候,可以让学生预测实验现象。

⑤观察记录实验现象,分析现象得出结论:各小组观察实验现象,并把结果填写在记录表格中。联系实验假设,讨论后得出实验结论。

⑥总结提升,学以致用:教师对学生得出的结论进行整理、归纳,去伪存真、去粗取精,帮助学生构建知识结构,并引导学生运用所学的知识分析解决问题。

3 应用举例

以高一生物“探究酵母菌的呼吸方式”为例说明实验探究教学模式的具体应用。

根据新课标,“细胞呼吸”是“分子与细胞”模块的教学重点和难点。在“细胞呼吸”这节,有一个很重要的探究实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式,课标的要求很高,实验原理B级,实验设计B级,实验结果的分析C级。

3.1创设情景,引入教学

放映一段某酒厂的发酵车间的生产情况资料片,了解了发酵罐里的发酵原理就是利用酵母菌的无氧呼吸产生酒精,学生对此表现出极大的兴趣,教师顺势利导,提出问题:酵母菌除了能进行无氧呼吸外,还能不能进行其他类型的呼吸?稍做讨论后,可以引导学生做出假设:酵母菌既可进行有氧呼吸又可进行无氧呼吸,在有氧条件下可以进行有氧呼吸,产生二氧化碳和水;在无氧条件下可进行无氧呼吸,产生酒精和二氧化碳等。教师可以告诉学生怎么假设都没有关系,关键要设计和实施实验来验证。如何设计实验来验证酵母菌的呼吸类型呢?这样很自然引入下一过程。

3.2提供相关资料,组织设计方案

面对所提出的相对复杂的探究课题,要学生直接实计实验方案,学生往往感到束手无策,此时教师可以充分发挥引导的作用,提出一些细化的问题,引导学生思考的方向,通过小组内讨论交流的方式使实验设计方案逐步完善:

(1)设计实验要遵循哪些原则?

(2)实验中如何控制有氧和无氧的条件?能不能试着画出装置图?

(3)如何检测两种条件下酵母菌的呼吸产物?如何比较产物量的多少?

(4)实验过程中要注意哪些问题?

教师可积极参加一个小组的讨论活动。在小组讨论与合作的过程中学生的探究能力和协作能力都得到提高。

3.3分析实验方案,全班交流完善

小组讨论完后请一个小组汇报讨论结果,教师在全班总结,重点解决第二和第三个问题。第二问:经同学们讨论后,总结出的一般方法是通过接橡皮球(或气泵)使酵母菌处于有氧环境,不通气实现无氧环境。

教师可进一步抛出以下两个问题,引导学生继续思考:

(1)图1中使澄清石灰水变浑浊的二氧化碳能否肯定是酵母菌有氧呼吸释放出的?如何排除空气中二氧化碳对实验结果的干扰?

(2)如何确保图2中使澄清石灰水变浑浊的二氧化碳一定是酵母菌无氧呼吸释放的?

学生们积极思维,踊跃发言,很快得出了改进方法:在装置1中,让充入的空气先通过装有质量分数为10%NaOH溶液的锥形瓶,把空气中的二氧化碳吸收掉。在图2中,可以向酵母菌培养液中加一层油膜或石蜡膜,起到密封作用,能确保进入石灰水中的二氧化碳是无氧条件下酵母菌无氧呼吸产生的。修改后的装置图如图3。

第三问:①关于二氧化碳的检测:二氧化碳可使澄清的石灰水变混浊;也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄,根据澄清石灰水变浑浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短,可以鉴定产生二氧化碳的多少。②关于酒精的检测:橙色的重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液,在酸性条件下与酒精发生化学反应,变成灰绿色。

教师启发引导到这里,学生就可以进一步完善自己小组的实验设计方案了。

3.4实施实验方案,预测实验的现象

小组进行实验装置的组装,实施实验。

在等待实验现象的过程中,教师可以让学生预测每组的实验现象,设计记录实验现象的表格。

(1)测有无二氧化碳的产生,把观察现象记录在表1中。

(2)鉴定有无酒精的产生,把观察现象记录在表2中。

3.5观察记录实验现象,分析现象得出结论

各小组观察实验现象,并把结果记录在上面的表格中。根据实验现象:有氧呼吸装置中澄清的石灰水先变混浊,无氧呼吸装置中澄清的石灰水后变混浊且混浊程度较有氧条件下的低;1号试管还是橙色,2号试管由橙色变灰绿色,判断出假设成立,从而得出实验结论:酵母菌既可进行有氧呼吸,又可进行无氧呼吸,在有氧条件下可以进行有氧呼吸,产生二氧化碳和水;在无氧条件下可进行无氧呼吸,产生酒精和二氧化碳。

3.6总结提升,学以致用

通过本节课的探究,学生知道了酵母菌既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸。教师进一步告诉学生进行有氧呼吸时放出的能量多,酵母菌进行旺盛的繁殖;进行无氧呼吸时可以发酵产生二氧化碳和酒精,因此酵母菌被广泛应用于食品加工和酿酒业。学以致用,让学生解决一个实际问题:为什么做酒酿时要在饭的中间挖个大洞?此外,还可以让学生思考:重铬酸钾可以监测有无酒精的存在,想一想这一原理在交通管理中可以有什么用处?

实施实验探究教学模式,有利于发挥学生的主体作用,较好地体现了学生的自主学习、探究学习、合作学习的新课程理念。但在教学中教师的主导作用至关重要,教师要了解学生设计实验和实施实验的困难所在,精心设计讨论交流题,引导思考,解决问题;课前还要准备好实验的材料及用具,配制好相关的溶液。课堂上教师要

有序地组织好探究活动,包括明确探究任务、合理安排时间,这些都对教师提出了较高要求。