孫志妍　石智慧

【摘要】文章以“滲透作用”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計為例，探索高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計策略和評價路徑，結(jié)合概念教學(xué)與探究式教學(xué)，旨在引導(dǎo)學(xué)生通過完成實(shí)驗(yàn)探究活動構(gòu)建生物學(xué)概念。教師通過對實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)試劑以及實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行改進(jìn)，將傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蛉w學(xué)生的探究實(shí)驗(yàn)，突出科學(xué)探究和思維訓(xùn)練，以宏觀現(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行微觀探究，巧用物理模型探究微觀現(xiàn)象發(fā)生的原理，使學(xué)生在系列探究活動中理解并掌握滲透作用的概念。

【關(guān)鍵詞】高中生物；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；滲透作用；概念構(gòu)建

作者簡介：孫志妍（1984—），女，江蘇省淮陰中學(xué)教育集團(tuán)淮安市新淮高級中學(xué)。

石智慧（1993—），女，江蘇省淮陰中學(xué)教育集團(tuán)淮安市新淮高級中學(xué)。

基于科學(xué)探究的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是指立足具體的現(xiàn)實(shí)生活情境，挖掘具有探究價值的生物問題，在兼具啟發(fā)性和引導(dǎo)性的課堂場景中，鼓勵學(xué)生依托自身知識儲備發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，依據(jù)生物問題的基本規(guī)律與屬性，應(yīng)用科學(xué)方法提出實(shí)驗(yàn)假設(shè)，并在論證中找到解決問題的正確策略與方法的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑?］。本文以“滲透作用”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計為例，由點(diǎn)及面地探究基于科學(xué)探究的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計策略。

一、高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計策略

（一）設(shè)計策略探究—實(shí)驗(yàn)教學(xué)思想的設(shè)計依據(jù)

科學(xué)探究是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容之一，貫穿了生物學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)、論證和拓展等環(huán)節(jié)，在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中尤為突出?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出，教師在設(shè)計和組織教學(xué)活動時，應(yīng)該圍繞大概念和重要概念開展教學(xué)活動，促進(jìn)學(xué)生對生物學(xué)概念的理解和應(yīng)用［2］。核心概念是位于學(xué)科中心的概念性知識，包括對概念、原理、理論等的基本解釋，這些內(nèi)容能夠展現(xiàn)當(dāng)代學(xué)科圖景，是學(xué)科結(jié)構(gòu)的主干部分［3］。由大概念和核心概念延伸出來的一系列生物實(shí)驗(yàn)探究活動，能夠引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和獲取新的知識，構(gòu)建對重要概念的認(rèn)知。

高中生物教材中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容占比較高，在科學(xué)探究的基礎(chǔ)上運(yùn)用概念構(gòu)建的方式開展實(shí)驗(yàn)探究活動是教學(xué)設(shè)計的重點(diǎn)策略之一，如：酵母菌種群數(shù)量變化的探究實(shí)驗(yàn)中關(guān)于種群的概念，既有定性的描述，也有定量的推理；植物細(xì)胞有絲分裂的觀察實(shí)驗(yàn)看似是顯微觀察類實(shí)驗(yàn)，實(shí)則是通過探究比較和歸納總結(jié)而進(jìn)行的以染色體的形態(tài)、位置、數(shù)目為核心的概念教學(xué)；綠色植物光合作用速率的測定實(shí)驗(yàn)以定量研究為方法引領(lǐng)，旨在讓學(xué)生在科學(xué)探究中理解凈光合作用的概念本質(zhì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度拓展。

（二）設(shè)計策略實(shí)施—實(shí)驗(yàn)教學(xué)思想的設(shè)計方法

設(shè)計高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)時，教師要基于科學(xué)發(fā)現(xiàn)史，融入辯證思維，再現(xiàn)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)情境，同時關(guān)注學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程，以學(xué)生的自我學(xué)習(xí)行為為主線，落實(shí)新課程標(biāo)準(zhǔn)中的大概念教學(xué)目標(biāo)。

“滲透作用”這一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在人教版高中生物必修一的第四章第一節(jié)，承接了第二章“組成細(xì)胞的分子”和第三章“細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)”的內(nèi)容，以水的跨膜運(yùn)輸為例，深入探究了細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出的功能。在大概念的視角下，它是連接多個重要概念的橋梁。該實(shí)驗(yàn)是高中生進(jìn)入高中生物學(xué)習(xí)后遇到的第一個探究性實(shí)驗(yàn)，是培養(yǎng)學(xué)生生命觀念和探究能力的良好素材?！皾B透作用”這個核心概念十分抽象，對于高一學(xué)生而言，理解滲透作用的原理并且能較好地運(yùn)用其規(guī)律解決問題并非一件易事。這就要求教師從實(shí)例入手，創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生展開自主探究。

在設(shè)計“滲透作用”實(shí)驗(yàn)時，筆者將概念構(gòu)建流程分為感知、初探、再探、構(gòu)建、內(nèi)化和應(yīng)用六個步驟，運(yùn)用問題驅(qū)動法、小組合作探究法、類比推理法等教學(xué)法串聯(lián)課程內(nèi)容，具體如下。

概念感知：以趣味小實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入本節(jié)內(nèi)容，激發(fā)興趣→概念初探：設(shè)計實(shí)驗(yàn)，從細(xì)胞層面觀察吸水、失水現(xiàn)象→概念再探：利用物理裝置模擬吸水、失水現(xiàn)象，探究其條件→概念構(gòu)建：根據(jù)系列探究實(shí)驗(yàn)，歸納和總結(jié)滲透作用的概念→概念內(nèi)化：類比推理，從動物細(xì)胞結(jié)構(gòu)角度分析能否發(fā)生滲透作用，尋找實(shí)例驗(yàn)證→概念應(yīng)用：以袁隆平研發(fā)“海水稻”減少土地鹽堿化為例展開探究。

二、高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的案例實(shí)施

“滲透作用”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)是：引導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)象探究到實(shí)驗(yàn)?zāi)M，了解生物膜的跨膜運(yùn)輸原理，使其形成結(jié)構(gòu)與功能觀，初步體會生物膜的選擇性對生命的意義；通過提出問題、獲取信息、設(shè)計實(shí)驗(yàn)、實(shí)施實(shí)驗(yàn)等過程發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維；使學(xué)生真正理解滲透作用的原理；讓學(xué)生通過體驗(yàn)探究活動，掌握科學(xué)探究的基本思路和方法，提高科學(xué)探究的實(shí)踐能力；使學(xué)生能夠運(yùn)用生物學(xué)知識解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題，并關(guān)注農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等社會問題。

筆者以生物學(xué)概念構(gòu)建為課程實(shí)施的核心策略，通過多維度的情境創(chuàng)設(shè)，設(shè)計“滲透作用”實(shí)驗(yàn)，具體如下。

（一）概念感知

情境一：將剪開的等量的蔥段分別放置在清水和蔗糖溶液中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（小蔥跳舞）。

問題：為什么將蔥段放置在不同溶液中會出現(xiàn)不同的形態(tài)？（補(bǔ)充：蔥段外側(cè)細(xì)胞有蠟質(zhì)物質(zhì)，限制了細(xì)胞的吸水功能）

設(shè)計意圖：激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生提出假設(shè)—在清水中，蔥葉內(nèi)表皮細(xì)胞吸水；在蔗糖中，蔥葉內(nèi)表皮細(xì)胞失水。

（二）概念初探

情境二：撕取蔥段內(nèi)的表皮細(xì)胞，利用顯微鏡進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞無色透明。

問題：如何在微觀層面觀察到植物細(xì)胞的吸水和失水現(xiàn)象？

設(shè)計意圖：通過引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究思維和自主探究能力。

（三）概念再探

情境三：由于細(xì)胞很小，學(xué)生無法直接觀察到其吸水和失水情況，因此，筆者讓學(xué)生利用物理裝置模擬和探究細(xì)胞的吸水和失水現(xiàn)象。

問題：（1）如何利用U型管裝置模擬細(xì)胞的吸水和失水現(xiàn)象？（2）根據(jù)什么現(xiàn)象可以判斷細(xì)胞吸水和失水現(xiàn)象的發(fā)生？

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)裝置的組裝，模擬細(xì)胞的吸水和失水現(xiàn)象，并解決裝置組裝過程中出現(xiàn)的問題，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，培養(yǎng)科學(xué)探究能力。

情境四：觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（用半透膜分隔U型管，一側(cè)放入清水，一側(cè)放入紅糖溶液）。

問題：（1）蔗糖分子和水分子可以通過半透膜嗎？（2）從濃度高低層面考慮，水分子總的移動方向是？（3）右側(cè)液面能否無限升高？（4）當(dāng)液面高度不再變化時，兩側(cè)溶液的濃度是否相等？

設(shè)計意圖：通過設(shè)計問題串一步一步引出滲透作用的概念，引導(dǎo)學(xué)生初步構(gòu)建“水分子的跨膜運(yùn)輸即滲透作用”的概念。

問題：（1）遵循實(shí)驗(yàn)探究的一般步驟，利用此裝置探究滲透作用發(fā)生的條件；（2）結(jié)合物質(zhì)鑒定實(shí)驗(yàn)，探究半透膜允許哪些分子通過，不允許哪些分子通過。

設(shè)計意圖：利用該物理模型讓學(xué)生親自體驗(yàn)滲透作用的實(shí)驗(yàn)探究過程，進(jìn)一步認(rèn)識“滲透作用”這一概念；通過實(shí)驗(yàn)探究膜的通透性，對半透膜的選擇透過性形成基本認(rèn)識。

（四）概念構(gòu)建

情境五：通過完成以上實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生自主構(gòu)建滲透作用的概念。

設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生的分析、歸納、總結(jié)能力，使學(xué)生加深對相關(guān)概念的認(rèn)知。

（五）概念內(nèi)化

問題：（1）植物細(xì)胞和動物細(xì)胞能夠發(fā)生滲透作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是？（2）列舉動物細(xì)胞發(fā)生滲透作用的實(shí)例。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用類比推理的方法，回顧細(xì)胞的微觀結(jié)構(gòu)；通過對半透膜的實(shí)驗(yàn)探究，引導(dǎo)學(xué)生理解“原生質(zhì)層和細(xì)胞膜相當(dāng)于半透膜”，在類比推理中實(shí)現(xiàn)概念的內(nèi)化。

（六）概念應(yīng)用

情境六：展示袁隆平研發(fā)“海水稻”的相關(guān)圖片。

設(shè)計意圖：補(bǔ)充“海水稻”的相關(guān)知識點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感。

三、高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的評價路徑

（一）評價路徑探究—實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價量表的設(shè)計與構(gòu)建

筆者運(yùn)用德爾菲法和層次分析法，構(gòu)建了指向核心素養(yǎng)的高中生物教學(xué)評價指標(biāo)體系，該體系包含一個教學(xué)設(shè)計評價總量表和四個評價分量表，分別是教學(xué)過程評價量表、思維構(gòu)建評價量表、探究能力評價量表和目標(biāo)達(dá)成評價量表。

通過分析上述高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略可知，教學(xué)設(shè)計評價總量表和探究能力評價分量表與實(shí)驗(yàn)課型的評價契合度更高。教學(xué)設(shè)計評價總量表包含五個指標(biāo)，探究能力評價分量表包含四個指標(biāo)，具體內(nèi)容和指標(biāo)權(quán)重如下。教學(xué)設(shè)計評價總量表從教學(xué)目標(biāo)預(yù)設(shè)、教學(xué)內(nèi)容整合、課堂結(jié)構(gòu)規(guī)劃、教學(xué)方法選擇、教學(xué)效果評價五個方面考量，指標(biāo)權(quán)重對應(yīng)分值分別為（括號內(nèi)分值范圍對應(yīng)優(yōu)秀、良好和合格三個等級）：25（18-25，9-17，0-8）、20（14-20、7-13、0-6）、26（18-26、9-17、0-8）、13（10-13、5-9、0-4）、16（12-16、6-11、0-5）。探究能力評價分量表主要從探究問題適切性、實(shí)驗(yàn)設(shè)計與實(shí)施、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集、實(shí)驗(yàn)推理與創(chuàng)新四個方面考量，指標(biāo)權(quán)重對應(yīng)分值分別為（括號內(nèi)分值范圍對應(yīng)優(yōu)秀、良好和合格三個等級）：29（20-29，10-19，0-9）、32（21-32、11-21、0-10）、17（12-17、6-11、0-5）、22（16-22、8-15、0-7）。

基于科學(xué)探究的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價量表是課堂教學(xué)的重要評價載體之一，具有科學(xué)的指導(dǎo)意義，能夠讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)有改進(jìn)的依據(jù)，使生物教學(xué)更有方向性，以評促教，從定性到定量，為教師的教學(xué)行為把脈，使教學(xué)與育人相統(tǒng)一。

（二）評價路徑實(shí)踐—實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價量表的應(yīng)用與分析

以“滲透作用”實(shí)驗(yàn)教學(xué)為評價課例，依據(jù)上述評價量表，進(jìn)行課堂教學(xué)實(shí)踐現(xiàn)場評分，共有七位教師評分，教學(xué)設(shè)計評價總量表平均分為90分，探究能力評價分量表平均分為92分。由此可見，基于科學(xué)探究和概念構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)設(shè)計獲得了聽課教師的認(rèn)可。

另外，通過對評價量表的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析以及意見收集，筆者得出以下評價結(jié)論。

1.“滲透作用”實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計中的創(chuàng)新

創(chuàng)新點(diǎn)主要集中在簡化實(shí)驗(yàn)裝置、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)試劑三個方面，具體如下。

（1）簡化實(shí)驗(yàn)裝置。簡潔的裝置能夠使實(shí)驗(yàn)操作簡便、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。實(shí)驗(yàn)對該裝置的改進(jìn)更多集中在半透膜的選材上，采用了“廢物利用”的材料自主組裝設(shè)計，將實(shí)驗(yàn)裝置改造為U型管。

（2）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案?；谘b置可操作性強(qiáng)的特點(diǎn)，對教材中的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了改進(jìn)，將演示實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄啃詫?shí)驗(yàn)，旨在讓學(xué)生在問題驅(qū)動和合作交流中提升核心素養(yǎng)。

（3）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)試劑。用紅糖代替蔗糖，色差的存在使得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，并且可說明蔗糖分子無法通過半透膜。

2.“滲透作用”實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施中的優(yōu)點(diǎn)

在課堂教學(xué)實(shí)施過程中，U型管的合理使用是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵，與倒置的長頸漏斗相比，其優(yōu)點(diǎn)明顯，具體如下。

（1）裝置簡單，實(shí)用性強(qiáng)，可重復(fù)使用，方便教師進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，且方便全體學(xué)生使用。

（2）兩邊均為敞口的試管，實(shí)驗(yàn)操作過程中方便加液和倒液。

（3）裝置中的半透膜可重復(fù)使用，替換方便。

（4）U型管兩側(cè)帶有精確刻度，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為直觀，利于將實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)定性為定量，更具科學(xué)性。

結(jié)語

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高中生物教學(xué)的重要組成部分。高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計應(yīng)具有普適性，遵循教學(xué)設(shè)計的一般原則，突出重難點(diǎn)，策略應(yīng)用得當(dāng)；具有探究性，以自主探究和小組合作探究相結(jié)合的方式，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)品質(zhì)和合作精神；具有科學(xué)性，設(shè)計關(guān)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特定評價量表，突出學(xué)生探究能力的培養(yǎng)。教師要以概念構(gòu)建為經(jīng)，科學(xué)探究為緯，教學(xué)評價為軸，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，以大概念和核心概念引導(dǎo)教學(xué)，以評價反饋教學(xué)，以不斷促進(jìn)高中生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

【參考文獻(xiàn)】

［1］周麗云.核心素養(yǎng)視域下高中生物探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計策略研究［J］.教學(xué)管理與教育研究，2022（21）：92-94.

［2］中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［3］張穎之，劉恩山.核心概念在理科教學(xué)中的地位和作用：從記憶事實(shí)向理解概念的轉(zhuǎn)變［J］.教育學(xué)報，2010，6（1）：57-61.