創(chuàng)設(shè)情境，注重合作，珍惜“意外”
—例談“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”實驗教學(xué)
《探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式》是人教版高中生物教材中的一個探究實驗，是發(fā)展學(xué)生的探究能力，培養(yǎng)學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)的良好素材。對探究性實驗來說，問題的提出是基礎(chǔ)，實驗設(shè)計是靈魂，進(jìn)行實驗是抓手，3個環(huán)節(jié)缺一不可。但是，由于受探究時間的限制，教師往往在教學(xué)過程中不能完整地實施這3個環(huán)節(jié)。因此，如何有效組織教學(xué)，就變得非常重要。
1 創(chuàng)設(shè)生活情境，提出探究問題并作出假設(shè)
1.1課外活動為課堂教學(xué)做鋪墊?
教育家杜威認(rèn)為，生活和經(jīng)驗是教育的生命線，離開了生活和經(jīng)驗就失掉了教育。因此，創(chuàng)設(shè)學(xué)生熟悉的生活情境，從學(xué)生的實際生活中引入生物學(xué)問題，將生物學(xué)理論知識與生活實際相結(jié)合，才能讓學(xué)生產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，主動投入到探究。
本節(jié)的核心是圍繞酵母菌展開的，教師可聯(lián)系實際，利用酵母菌在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用中導(dǎo)入新課，并為提出問題做鋪墊。讓甲小組課前自制葡萄酒，乙小組課前實地調(diào)查米酒釀制廠，并在課堂上派代表匯報結(jié)果。甲小組的同學(xué)匯報自制葡萄酒的過程：“將葡萄粗略地沖洗一下，但不要洗得太干凈（因為皮上有野生酵母菌），然后將葡萄塞出瓶中，蓋緊瓶蓋，放在溫暖的地方讓它發(fā)酵就可以了?！奔仔〗M匯報完畢后在課堂上展示葡萄酒，擰開瓶蓋后，學(xué)生們能感覺有氣體的沖出并聞到了濃郁的酒味，根據(jù)生活經(jīng)驗可以推測瓶中有CO2和酒精的產(chǎn)生。乙小組的學(xué)生匯報了實地考察釀造廠的感受：“在釀制米酒的過程中，要先在蒸好的米飯中挖一個洞，讓酵母菌與O2充分接觸，從而使其在有氧條件下更好地繁殖，過一段時間當(dāng)水沒過米飯后，酵母菌就開始發(fā)酵了?！?/p>
1.2從生活情境中提出問題并作出假設(shè)?
如何引導(dǎo)學(xué)生提出有價值、可探究的問題是探究教學(xué)中的難點。如果不重視這一環(huán)節(jié)，僅僅參考教材中的案例和參考資料，會使實驗的探究性大打折扣。因此，在創(chuàng)設(shè)的情境中，教師可引導(dǎo)學(xué)生討論并提出想探究的問題，然后仔細(xì)分析，一起篩選出具有探究價值并能以在課堂中探究的問題。例如，讓學(xué)生聯(lián)系酵母菌的兩個應(yīng)用，想一想關(guān)于酵母菌細(xì)胞呼吸的方式，有什么想探究的問題，并嘗試做出假設(shè)。各小組提出問題后進(jìn)行組間交流，如酵母菌在有氧和無氧條件下是否都能進(jìn)行呼吸作用？CO2是酵母菌在什么條件下產(chǎn)生的？酒精是酵母菌在什么條件下產(chǎn)生的？酵母菌在有氧和無氧條件下產(chǎn)生的CO2是否一樣多？學(xué)生根據(jù)已有的生物學(xué)知識和生活經(jīng)驗，嘗試做出各種假設(shè)。
2 在合作中設(shè)計實驗方案并在交流中完善
2.1明確實驗中的變量 ?
檢驗假設(shè)的正確與否，要通過實驗來證明，因此實驗設(shè)計是整個實驗最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。實驗方案是否可行，直接決定實驗?zāi)芊耥樌瓿梢约皩嶒灲Y(jié)果的可靠性。要科學(xué)設(shè)計實驗，首先要明確實驗設(shè)計的原則及如何確定實驗的變量控制。教師可引導(dǎo)學(xué)生先通過小組討論：實驗的變量以及控制變量的方法，小組內(nèi)達(dá)成共識后派代表交流。例如，自變量是有無O2，對照可設(shè)置為有氧組和無氧組；因變量是細(xì)胞呼吸的產(chǎn)物，可選用澄清石灰水來檢驗CO2的生成，根據(jù)渾濁程度可判斷CO2的多少，可選用酸性重鉻酸鉀溶液來檢驗是否有酒精的生成；無關(guān)變量有溫度、各試劑以及酵母菌的用量等，根據(jù)實驗設(shè)計的單因子變量原則，各組的無關(guān)變量應(yīng)保持一致。
2.2小組合作設(shè)計實驗方案，組裝實驗裝置 ??
給學(xué)生提供實驗中可能會用到的材料，然后讓學(xué)生以小組合作的形式自行設(shè)計實驗方案。本實驗中可能用到的材料及儀器如下：
材料及儀器：活化的酵母菌、5%的葡萄糖溶液、10%的NaOH溶液、澄清的石灰水、酸性重鉻酸鉀溶液、MnO2（催化劑）、5%的H2O2溶液、熱水、食用油、錐形瓶、燒杯、膠頭滴管、試管、洗耳球、注射器、玻璃棒等。（說明： CO2可使澄清的石灰水變渾濁，根據(jù)渾濁的程度可判斷CO2產(chǎn)生量的多少。橙色的重鉻酸鉀溶液，在酸性條件下與酒精發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，變成灰綠色。）
在討論過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生先在紙上簡要畫出實驗裝置的示意圖，當(dāng)小組內(nèi)達(dá)成共識后開始組裝實驗裝置。教師在巡視時，給學(xué)生及時的指導(dǎo)，并將學(xué)生的實驗（正確的或錯誤的）用攝像機(jī)拍攝下來，便于學(xué)生交流。
2.3展示交流，相互評價，完善實驗裝置及方案??
在展示環(huán)節(jié)，教師可將學(xué)生搭建的實驗裝置的照片用PPT進(jìn)行展示（圖1），并由該組成員實驗裝置及實驗方案進(jìn)行匯報。例如，一位學(xué)生匯報的主要內(nèi)容如下：（1）如何控制有氧無氧的條件；（2）分組的作用；（3）產(chǎn)物如何檢驗等。在一個小組匯報完畢后，其他各小組評價。例如，針對有氧呼吸的裝置，有學(xué)生提出：NaOH是否能徹底吸收掉空氣中的CO2呢？如何證明？如何能最大程度地通入O2？在氣溫較低的情況下，如何提高酵母菌的呼吸速率等問題，教師要及時捕捉學(xué)生思維的火花，保護(hù)并鼓勵他們這種質(zhì)疑精神。教師可組織學(xué)生充分討論，嘗試提出改進(jìn)的方案并給予一定的點評與指導(dǎo)，如可在盛放NaOH的錐形瓶后連接一個含有澄清石灰水的錐形瓶檢驗空氣中的CO2是否已被吸收干凈；可用MnO2催化H2O2分解來制備O2；可用水浴法給酵母菌提供合適的溫度，加快其呼吸速率，節(jié)省實驗的時間等。通過交流，學(xué)生不僅完善了設(shè)計方案，而且提高了探究的能力。
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圖1
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3小組合作共同實施方案??
3.1 小組合作，進(jìn)行實驗 ??
學(xué)生分組進(jìn)行實驗，在學(xué)生進(jìn)行實驗操作過程中，教師應(yīng)巡回察看，對學(xué)生的不規(guī)范操作給予一定的指導(dǎo)，并提醒學(xué)生將觀察到的實驗現(xiàn)象記錄下來（表1、表2）?？刂坪脤嶒灥臅r間，大約是20分鐘。
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呼吸作用 |
有氧呼吸 |
無氧呼吸 |
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條件 |
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產(chǎn)物 |
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表1?????????????????????????????????????????????????? 表 2
3.2 展示結(jié)果，交流、得出結(jié)論?? ?
對探究結(jié)果的分析是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度的必要手段。教師要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真如實地分析實驗結(jié)果，并得出實驗結(jié)論。最后，教師要引導(dǎo)學(xué)生用簡明科學(xué)的語言描述酵母菌的細(xì)胞呼吸的方式，有氧呼吸與無氧呼吸發(fā)生的條件、產(chǎn)物及區(qū)別（表2）。
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比? 較 |
有氧呼吸 |
無氧呼吸 |
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澄清石灰水的變化 |
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重鉻酸鉀的顏色變化 |
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4 珍惜實驗中的“意外”，動態(tài)生成教學(xué)
課堂是動態(tài)的課堂，學(xué)生在實驗過程中也可出現(xiàn)“意外”。例如，有的小組在檢測有氧組的產(chǎn)物時，發(fā)現(xiàn)橙色的重鉻酸鉀也變成了灰綠色，這時筆者充分利用課堂的動態(tài)生成，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考、探究。學(xué)生經(jīng)過思考交流認(rèn)為，有氧組通氣量不足, 部分酵母菌進(jìn)行了無氧呼吸，產(chǎn)生了酒精，所以導(dǎo)致上述的現(xiàn)象發(fā)生，因此要延長通氣的時間。教師也可為學(xué)生拓展知識，橙色的重鉻酸鉀變成灰綠色是由于酒精具有還原性，而培養(yǎng)液中的葡萄糖也具有還原性糖，同樣能將重鉻酸鉀還原，因此要讓酵母菌充分消耗掉培養(yǎng)液中的葡萄糖后再檢驗產(chǎn)物，實驗結(jié)果會更可信。筆者順勢引導(dǎo)學(xué)生思考實驗設(shè)計是否有可以完善之處。通過思考與討論，學(xué)生想到是否能在檢驗酒精之前，先用斐林試劑檢驗培養(yǎng)中的葡萄糖是否消耗完全。蘇霍姆林斯基說過， “教育的技巧并不在于能預(yù)見到課堂的所有細(xì)節(jié)，而是在于根據(jù)當(dāng)時的具體情況，巧妙地在學(xué)生不知不覺中做出相應(yīng)的變動?！睂W(xué)生在實驗中發(fā)生的“意外”
，也可成為進(jìn)一步思考和探究的新問題。
5 拓展應(yīng)用
教師可根據(jù)課堂實際情況，在探究實驗課的最后設(shè)置1~2個拓展應(yīng)用題，留給學(xué)生課后思考解決，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決問題的能力。例如，請設(shè)計實驗證明細(xì)胞呼吸過程中有能量的產(chǎn)生，并比較有氧呼吸和無氧呼吸過程中產(chǎn)能的多少。
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