基于科學(xué)思維的初中生物探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究 論文

基于科學(xué)思維的初中生物探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

—以“探究影響光合作用的因素”為例—摘要：科學(xué)思維是生物學(xué)科核心素養(yǎng)之一，結(jié)合初中生物教學(xué)實(shí)踐，通過(guò)提出質(zhì)疑、進(jìn)行論證，

培養(yǎng)科學(xué)思維的能力；運(yùn)用方案制定、科學(xué)實(shí)踐，培養(yǎng)科學(xué)思維的嚴(yán)謹(jǐn)性；建構(gòu)數(shù)學(xué)模型和概念模型，培養(yǎng)思維的深刻性；進(jìn)行思辨與推理，培養(yǎng)科學(xué)思維的靈活性等四個(gè)方面，舉例闡述在探究性實(shí)驗(yàn)教

學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。關(guān)鍵詞：初中生物學(xué)；探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)；科學(xué)思維

引言：生物學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，期待學(xué)生主動(dòng)的參與學(xué)習(xí)過(guò)程，在親歷提出問(wèn)題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過(guò)程中習(xí)得生物學(xué)

[1]

知識(shí)，養(yǎng)成理性思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，發(fā)展終身學(xué)習(xí)的能力?？茖W(xué)思維是生物學(xué)核心素養(yǎng)的組成部分，是學(xué)生在生物學(xué)課程中重要的終身受益的學(xué)習(xí)成果。本文結(jié)合教學(xué)實(shí)例，分析和討

論在初中生物探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，如何從不同角度培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。一、提出質(zhì)疑、進(jìn)行論證，培養(yǎng)科學(xué)思維的能力

“質(zhì)疑—論證”提供給學(xué)生一個(gè)運(yùn)用科學(xué)思維的開(kāi)放空間，學(xué)生需要深入閱讀和分析教材，體會(huì)

科學(xué)思維的過(guò)程，思維能力是在思考過(guò)程中發(fā)展和提高的，而思考過(guò)程是別人所代替不了的。因此，在科學(xué)教學(xué)中，教師必須強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，發(fā)揮學(xué)生的主體作用，讓學(xué)生主動(dòng)的思考獲取知識(shí)，

自覺(jué)的訓(xùn)練思維技能，從而達(dá)到培養(yǎng)科學(xué)思維能力的目的。綠色植物能利用光能把二氧化碳和水合成為貯存能量的有機(jī)物，同時(shí)釋放氧氣，是課標(biāo)要求學(xué)生

建立的50個(gè)重要概念之一，教材中分別介紹了光合作用的原料和產(chǎn)物，學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)后，學(xué)會(huì)了檢驗(yàn)產(chǎn)物的方法，但對(duì)影響光合作用的光照、溫度以及二氧化碳濃度等因素產(chǎn)生了困惑和疑問(wèn)，因

此進(jìn)行了探究影響光合作用因素的研究。1.提出質(zhì)疑

本節(jié)課以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維作為主線，通過(guò)如下4個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)達(dá)成，首先同學(xué)們聚焦了三個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題：1.如何控制影響光合作用的因素？（光照強(qiáng)度、溫度、二氧化碳濃度）2.如何檢測(cè)光作用的強(qiáng)

度？（淀粉、氧氣）3.選擇哪種植物作為光合作用實(shí)驗(yàn)材料？（阜陽(yáng)市區(qū)常見(jiàn)植物）.進(jìn)行論證

經(jīng)過(guò)討論思辨確定了如下方案：（1）光照強(qiáng)度的控制，可以在暗箱內(nèi)設(shè)置不同亮度的光源，用

定制的木制暗箱，其內(nèi)設(shè)有不同的亮度的LED光源，同時(shí)利用照度計(jì)對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。圖

1

控制光照強(qiáng)度

（2）溫度的控制，這是同學(xué)們爭(zhēng)議最大的，最終他們確定了水浴控溫的方法，低溫通過(guò)加入冰

水控溫，高溫利用具有加熱功能的“恒溫寶”進(jìn)行控溫。圖

2

控制溫度

（3）二氧化碳濃度的控制，同學(xué)們想到了通入二氧化碳?xì)怏w的方法，但七年級(jí)學(xué)生尚未學(xué)習(xí)化

學(xué)制備方法，有同學(xué)提出碳酸飲料中有大量的二氧化碳?xì)怏w，可以通過(guò)晃動(dòng)的方式促使其排出，然后用針管進(jìn)行收集，同時(shí)同學(xué)們進(jìn)行了氣體的檢驗(yàn)，如何檢測(cè)光合作用的強(qiáng)弱呢？根據(jù)已有的知識(shí)，同

學(xué)們想到利用光合作用的兩種產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)，第一種方法在單位時(shí)間內(nèi)葉片中產(chǎn)生淀粉的多少？可將葉片脫色后滴加碘液，根據(jù)藍(lán)色深淺，確定光合作用的強(qiáng)弱；第二種方法，檢測(cè)單位時(shí)間內(nèi)一定數(shù)量

葉片所產(chǎn)生氧氣多少？他們想到了排水集氣法，可根據(jù)排出水的多少來(lái)確定光合作用的強(qiáng)弱，但這種方法需要的葉片數(shù)量較多，對(duì)裝置的氣密性要求較高，是否有更好的檢測(cè)方法呢？此時(shí)我向?qū)W生展示

了氧氣傳感器和定量檢測(cè)氧氣濃度，同學(xué)們對(duì)此非常感興趣，同學(xué)們認(rèn)為這種方法更直接更直觀。

圖

3

光合作用強(qiáng)度的檢測(cè)選用哪種植物作為光合作用的實(shí)驗(yàn)材料呢？教材中以天竺葵作為實(shí)驗(yàn)材料，但阜陽(yáng)地區(qū)天竺葵種

植較少，我引導(dǎo)學(xué)生選擇身邊的植物作為實(shí)驗(yàn)材料，他們決定選用常見(jiàn)的綠蘿，此時(shí)有學(xué)生提出為方便水浴控溫，最好選擇水生植物作為實(shí)驗(yàn)材料，他們找來(lái)了莫絲、水綿、青葉草三種水生植物進(jìn)行預(yù)

實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，莫斯托瑟后滴加碘液無(wú)明顯必然現(xiàn)象，水綿的暗處理時(shí)間較長(zhǎng)，而青葉草具備了易于脫色顯色明顯的優(yōu)點(diǎn)，因此決定選用青葉草，至此，同學(xué)們選擇了綠蘿、青葉草兩種實(shí)驗(yàn)材料。

在這個(gè)聚焦問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生以教材內(nèi)容作為學(xué)習(xí)資源，提出質(zhì)疑，進(jìn)行論證，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)思維的能力。

二、運(yùn)用方案制定、科學(xué)實(shí)踐，培養(yǎng)科學(xué)思維的嚴(yán)謹(jǐn)性核心問(wèn)題解決后，全班分為了綠蘿組和青年少走兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組，每一組又分三個(gè)小組，分別探究光

照溫度，二氧化碳濃度對(duì)光合作用的影響，各組制定實(shí)驗(yàn)方案，小組實(shí)驗(yàn)方案匯總，青葉草組將青葉草暗處理15小時(shí)，每組控制實(shí)驗(yàn)條件3-4小時(shí)后將葉片脫色滴加碘液，分辨藍(lán)色深淺。綠蘿用氧氣

傳感器定量檢測(cè)氧氣濃度，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，探究二氧化碳濃度對(duì)光合作用影響的青葉草組同學(xué)，考慮到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氣體變化，設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn)裝置，首先錐形瓶注滿注沸水，排出水中溶解的氣體，

待水冷卻后，放入葉片，打開(kāi)

1

號(hào)止水閥，通入二氧化碳?xì)怏w，之后關(guān)閉

1

號(hào)止水閥打開(kāi)

2

號(hào)止水閥，排出產(chǎn)生的氧氣。而探究二氧化碳濃度對(duì)光合作用影響的綠蘿組同學(xué)，為配合氧氣傳感器使用，選用

500毫升集氣瓶作為實(shí)驗(yàn)裝置，裝置內(nèi)放入幾片綠蘿葉片合適呢？同學(xué)們經(jīng)過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，放入一片葉片數(shù)據(jù)變化緩慢，差值小，放入三片及以上葉片，葉片會(huì)互相遮擋影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此決定放入兩

片葉綠蘿葉片，方案制定好后，同學(xué)們開(kāi)始了動(dòng)手操作，觀察氧氣濃度的變化，收集和整理數(shù)據(jù)。組別影響因素

不同條件青葉草組

光照強(qiáng)度（Lux）0661

193030

387040

溫度（℃）10

205加入二氧化碳（ml）

010

15綠蘿組

光照強(qiáng)度（Lux）0661

2051930

303870

40表1

溫度（℃）10

加入二氧化碳（ml）010

15圖

4

收集氧氣裝置

這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生運(yùn)用歸納與概括的方法進(jìn)行方案制定、科學(xué)實(shí)踐、培養(yǎng)了思維的嚴(yán)謹(jǐn)性。三、建構(gòu)數(shù)學(xué)模型和概念模型，培養(yǎng)思維的深刻性

模型是人們對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象進(jìn)行的簡(jiǎn)化描述，為了幫助學(xué)生理解一些核心概念，教師可以增設(shè)課[2]

堂教學(xué)活動(dòng)，利用身邊的材料用具等引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)模型，從而訓(xùn)練學(xué)生的模型與建模思維能力。各組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如何呢？青葉草組同學(xué)探究光照強(qiáng)度影響的實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)隨光照強(qiáng)度增加，葉

片藍(lán)色加深，但最后兩個(gè)葉片藍(lán)色程度接近，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)查閱資料得出在一定范圍內(nèi)光合作用隨光照強(qiáng)度增加而增強(qiáng)的結(jié)論，綠蘿組分析數(shù)據(jù)繪制曲線圖得出了同樣的結(jié)論。青葉草組同學(xué)探究溫度影

響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)30℃實(shí)驗(yàn)條件下葉片藍(lán)色最深，因此得出光合作用需要適宜溫度，綠蘿組分析數(shù)據(jù)，繪制曲線圖，得出了同樣的結(jié)論。青葉草組同學(xué)探究二氧化碳濃度影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最后

兩個(gè)葉片同樣藍(lán)色程度接近，經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)查閱資料得出一定范圍內(nèi)光合作用隨二氧化碳濃度增加而增強(qiáng)的結(jié)論，但是綠蘿組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了與預(yù)期不一樣的結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)只有空氣的1

號(hào)裝置內(nèi)氧氣濃度上升最快，一段時(shí)間之后，1號(hào)裝置內(nèi)氧氣濃度不再上升，2號(hào)裝置內(nèi)氧氣濃度開(kāi)始依次上升，這是什么原因呢？經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)、分析求解，同學(xué)們終于解開(kāi)了迷霧，原來(lái)二氧化碳濃

度過(guò)高會(huì)抑制光合作用進(jìn)行，因此得出了與青葉草組同學(xué)同樣的結(jié)論，概括三個(gè)組的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，同學(xué)們建立了一定范圍內(nèi)光合作用，隨光照強(qiáng)度、溫度、二氧化碳濃度增加而增強(qiáng)的概念模型。

在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)建構(gòu)數(shù)學(xué)模型和概念模型，培養(yǎng)思維的深刻性。四、進(jìn)行思辨與推理，培養(yǎng)科學(xué)思維的靈活性

在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，學(xué)生進(jìn)一步思辨，認(rèn)識(shí)到：不同植物光合作用的適宜溫度有所不同；綠化環(huán)境、園林設(shè)計(jì)中應(yīng)合理利用影響光合作用的因素，這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生以具體的實(shí)驗(yàn)事實(shí)作為依據(jù)，進(jìn)行思

辨與推理，培養(yǎng)了科學(xué)思維的靈活性。綜上所述，在探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)提出質(zhì)疑、論證、制定方案、科