廣東省中山市桂山中學(xué)(528463) 蔣素梅

廣東省人教版普通高中生物學(xué)教科書(2019版)(以下簡稱新教材)的使用標(biāo)志著新課程改革進(jìn)入了具體實(shí)施階段，新課標(biāo)新高考背景下，如何具體實(shí)施高中生物新教材實(shí)驗(yàn)?zāi)K？改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，探討有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略，是每個高中生物教師需要面對的問題。項(xiàng)目式教學(xué)主要是指教師作為引導(dǎo)者，輔助學(xué)生實(shí)施一個完整項(xiàng)目而進(jìn)行的一種教學(xué)活動。在項(xiàng)目探究過程中，學(xué)生通過小組合作的方式對某一學(xué)科的具體科研問題進(jìn)行探究。在探究過程中會涉及學(xué)科交叉、領(lǐng)域融合的綜合性研究模式。

“探究環(huán)境因素對光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)，是“光合作用”一節(jié)中要求開展的一個重要實(shí)驗(yàn)。本節(jié)課內(nèi)容在培養(yǎng)學(xué)生的動手操作、數(shù)據(jù)分析和聯(lián)系生活實(shí)際等綜合能力方面具有較高價值。新教材有關(guān)此實(shí)驗(yàn)的編寫與老教材(2017版)相比作出了一些改進(jìn)(見表1)。按照傳統(tǒng)的教學(xué)方式和課本內(nèi)容進(jìn)行操作，會存在以下問題：內(nèi)容單一、耗時較長、實(shí)驗(yàn)材料效果不明顯、實(shí)驗(yàn)裝置難以控制變量等。而本實(shí)驗(yàn)具有實(shí)踐性和開放性的特點(diǎn)，自變量(環(huán)境因素)可以是光照強(qiáng)度、光質(zhì)、溫度、CO2濃度等，因變量(光合作用強(qiáng)度)可以通過O2、CO2、有機(jī)物積累量等來反映；可以自選實(shí)驗(yàn)材料、自行設(shè)計實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法來開展探究，是實(shí)踐新課程理念、轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式——提倡“自主、探究和合作”、促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的理想實(shí)例。筆者嘗試帶領(lǐng)學(xué)生采用項(xiàng)目式教學(xué)方式，對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了優(yōu)化、整合和開發(fā)，以期提升學(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)，進(jìn)而由以知識積累為主的簡單學(xué)習(xí)過渡到思維品質(zhì)培養(yǎng)的深度學(xué)習(xí)。

表1 人教版新教材與老教材內(nèi)容比較

1 采用項(xiàng)目式教學(xué)策略，優(yōu)化教學(xué)過程

本文以“影響光合作用強(qiáng)度的因素”為總項(xiàng)目，由學(xué)生討論拆除為各個子項(xiàng)目——探究某單一因素(光照強(qiáng)度、光質(zhì)、溫度、CO2濃度等)對光合作用強(qiáng)度的影響。通過小組分工合作學(xué)習(xí)的方式分別開展融合各學(xué)科知識的項(xiàng)目探究，再進(jìn)行組間合作交流。具體教學(xué)流程、教學(xué)過程如圖1所示。

圖1 教學(xué)過程

2 通過項(xiàng)目探究，自主優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法

學(xué)生在項(xiàng)目探究的過程中會出現(xiàn)生成性問題，從而引起新的探究項(xiàng)目，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

2.1 關(guān)于植物材料的選擇

由于不同植物的光合作用強(qiáng)度很大程度由遺傳因素決定，同種植物甚至同一植株的不同葉片由于發(fā)育等原因，光合作用強(qiáng)度也會有很大差異，因而在實(shí)驗(yàn)過程中需對實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)處理，用打孔器獲得大小一致的小葉圓片。學(xué)生在實(shí)踐操作中發(fā)現(xiàn)，不同植物葉圓片的制取和處理難易程度不同，新教材中建議采用菠菜葉和吊蘭葉，學(xué)生實(shí)踐操作發(fā)現(xiàn):菠菜葉片較薄較軟，打孔易卷邊或破損，很難保證葉圓片大小一致，抽氣后下沉率不高；而吊蘭葉片又太硬，也不易大量獲得。教師帶領(lǐng)學(xué)生比較校園內(nèi)幾種常見的植物葉片：大紅花葉、綠蘿葉、菠菜葉、紅雀珊瑚葉、魚腥草葉、落葵葉(又名木耳菜)等，發(fā)現(xiàn)在制取和處理葉圓片過程中，大紅花葉、南非葉等抽氣后葉圓片很難下沉；紅雀珊瑚葉、木耳菜葉、魚腥草葉等抽氣后葉圓片易下沉于注射器底部，且受光照后上浮現(xiàn)象明顯，為較理想的實(shí)驗(yàn)材料。比較發(fā)現(xiàn)這些葉片的共同特征是：葉片大、肥厚、葉脈細(xì)少、軟硬適宜且葉綠體含量豐富。

還有學(xué)生提出：葉圓片的制取與處理耗時太長，可以采用單細(xì)胞植物(小球藻)或小型水草(如黑藻、金魚藻)直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。用“氧氣傳感器法”或者“液滴移動法”直接檢測裝置中氧氣的變化情況(見圖2)，可省去制取葉圓片的繁瑣步驟。

圖2 小球藻的光合作用

2.2 關(guān)于對實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新

新教材建議采用LED冷光源燈作為光源，可避免傳統(tǒng)的白熾燈產(chǎn)熱對實(shí)驗(yàn)造成的影響，但在“光照強(qiáng)度”的控制上，還是利用小燒杯與光源的距離來調(diào)節(jié)，學(xué)生在實(shí)踐操作時發(fā)現(xiàn)：各組之間光線會相互干擾、葉圓片受光不均勻、自變量的控制不夠精準(zhǔn)、光強(qiáng)下降明顯而導(dǎo)致耗時長等問題。學(xué)生通過搜集資料發(fā)現(xiàn)，近年來有很多同行自制了專門的實(shí)驗(yàn)裝置，各類實(shí)驗(yàn)裝置各有特點(diǎn)，但是在實(shí)踐操作過程中發(fā)現(xiàn)，幾乎都會遇到同一困難：制作過程復(fù)雜、成本高，很難在高中大班教學(xué)中普遍開展。針對這一問題，教師帶領(lǐng)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)室廢棄的顯微鏡箱重新自制裝置(見圖3)，用于學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)探究活動。此裝置具有以下優(yōu)勢：①實(shí)現(xiàn)廢物利用，成本低且制作簡單，只需在廢棄顯微鏡箱子上端安裝1根導(dǎo)線(導(dǎo)線兩端分別裝上燈頭和插頭)；可應(yīng)用于大班教學(xué)，完成小組合作探究實(shí)驗(yàn)；②此裝置聚光效果好，可通過調(diào)節(jié)導(dǎo)線的長度控制光照距離，可使實(shí)驗(yàn)在預(yù)設(shè)的條件下進(jìn)行，有效地排除其他因素(光線、溫度等)的干擾；③可一箱多用，調(diào)換不同的LED燈泡，可用于探究其他環(huán)境因素(如光照強(qiáng)度、光質(zhì)等)的影響。

圖3 燈箱裝置

2.3 關(guān)于對水溶液中CO2的控制

葉圓片進(jìn)行光合作用需要充足的CO2的水溶液。老教材通過用嘴吹氣的方法補(bǔ)充CO2，該方法的弊端是無法將其量化；新教材增加了可以用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～2%NaHCO3溶液為植物光合作用提供所需的CO2。多數(shù)學(xué)生對此不能理解，提出一系列問題：①NaHCO3為植物光合作用提供所需的CO2的原理是什么；②1%～2%NaHCO3溶液pH約為8.4，堿性環(huán)境會不會影響葉圓片光合作用的發(fā)生；③不同濃度NaHCO3溶液能否代表環(huán)境中不同的CO2濃度；④葉圓片上浮是因?yàn)楣夂献饔梅懦鯫2的增加還是因?yàn)槿芤褐蠧O2的濃度增加引起的？

針對這一系列問題，學(xué)生進(jìn)一步深入探究。例如：NaHCO3溶液能否為植物光合作用提供所需的CO2？學(xué)生以小球藻為材料，分別將其置于裝有適量清水、1%NaHCO3、2%NaHCO3、3%NaHCO3的密閉容器在中室溫(26 ℃)條件下培養(yǎng)，3天后發(fā)現(xiàn)，在1%NaHCO3溶液中小球藻生長最旺盛，2%NaHCO3溶液中小球藻生長較旺盛，而在清水和3%NaHCO3溶液中小球藻幾乎不生長。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明濃度為1%～2%的NaHCO3溶液能為植物光合作用提供所需的CO2，有利于小球藻的生長和繁殖,而CO2濃度過低或者NaHCO3濃度過高會抑制植物進(jìn)行光合作用，從而影響植物的生長和繁殖。

2.4 關(guān)于實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計和分析方法的創(chuàng)新

充分利用信息技術(shù)完成對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計分析。由小組派代表匯報本小組實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在課堂上利用事先設(shè)計好的Excel表格，各組將實(shí)驗(yàn)結(jié)果輸入，然后匯總分析各小組、全班、全年級的數(shù)據(jù)曲線圖，對實(shí)驗(yàn)大數(shù)據(jù)當(dāng)堂進(jìn)行綜合分析處理。通過組間合作，深入探究，得出結(jié)論。

3 教學(xué)反思

新高考新課標(biāo)背景下高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念、調(diào)整教學(xué)策略、加強(qiáng)綜合教學(xué)。筆者帶領(lǐng)學(xué)生用更加生動、靈活的項(xiàng)目式教學(xué)方式開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)：以“精準(zhǔn)扶貧”“如何提高農(nóng)作物的光合作用強(qiáng)度”為問題情境，以“影響光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素”為總項(xiàng)目，將STEM教育理念融入高中實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中。小組合作開展融合各學(xué)科知識的項(xiàng)目探究活動，而項(xiàng)目探究過程中會出現(xiàn)生成性問題，引起新探究項(xiàng)目，使得探究內(nèi)容在教材的基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)卣归_延伸，變得更加豐富和完善。利用簡單易得的用品和材料獨(dú)立設(shè)計實(shí)驗(yàn)裝置來完成課堂實(shí)驗(yàn)，充分利用學(xué)?，F(xiàn)有的條件給學(xué)生實(shí)踐的機(jī)會。利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)資源、實(shí)驗(yàn)過程、數(shù)據(jù)共享，大大提高了數(shù)據(jù)的處理效率。課后教師結(jié)合整個實(shí)驗(yàn)過程設(shè)計了實(shí)驗(yàn)評價表，對學(xué)習(xí)情況進(jìn)行了及時反饋。項(xiàng)目式教學(xué)，讓學(xué)生經(jīng)歷一次深度的實(shí)驗(yàn)探究過程，在自主解決問題的過程中引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮了實(shí)驗(yàn)教學(xué)在提升學(xué)生核心素養(yǎng)方面的作用。