劉曉文

摘 要 截取不同教師對“酵母細(xì)胞的固定化”的課堂教學(xué)片段，思考高中實驗教學(xué)中，如何確定核心概念、有效組織教學(xué)、優(yōu)化實驗條件、分析實驗結(jié)果，從而達(dá)到規(guī)范學(xué)生實驗操作、培養(yǎng)學(xué)生探究能力和科學(xué)素養(yǎng)等的目的。

關(guān)鍵詞 核心概念 實驗條件 有效組織

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

作為蘇州市高中優(yōu)質(zhì)課評比的課題之一，“酵母細(xì)胞的固定化”是人教版選修1課題4“酶的研究與應(yīng)用”中的內(nèi)容，是一節(jié)實驗課。當(dāng)前，實驗教學(xué)仍然是高中生物教學(xué)的“短板”，“做實驗不如講實驗，講實驗不如背實驗”的現(xiàn)象依然存在。其原因是多方面的，有客觀原因，如實驗室條件有限、生物課時有限、實驗結(jié)果的不確定等；也有教師主觀原因，如不愿花費大量的時間準(zhǔn)備材料藥品試劑，不重視學(xué)生的實驗體驗，不重視學(xué)生探究能力和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)等。然而，近兩年的江蘇高考對實驗的考查不再局限于課本知識的記憶和理解，而是側(cè)重于對實驗器具的使用問題、對實驗操作的規(guī)范性問題、對實驗現(xiàn)象的細(xì)節(jié)問題、對學(xué)生探究能力和實驗設(shè)計能力等的考核。這就要求實驗課堂必須從教室走向?qū)嶒炇?；學(xué)生必須進(jìn)入實驗室親自動手做做教材中的實驗；探究活動不再只局限于課本要求的探究實驗，而是要走向常態(tài)化。帶著對高中生物實驗教學(xué)的思索，筆者有幸聽取了不同教師對“酵母細(xì)胞的固定化”這節(jié)實驗課的不同設(shè)計和展示。下面以此課題為例，談?wù)劰P者對本課題的設(shè)計和實驗教學(xué)的幾點思考。

1 確定核心概念

片斷：教師自帶一瓶水精靈，簡單介紹水精靈及制作方法。教師設(shè)問：能否采用水精靈的制作方法來固定化酵母呢？以此引入課題。接下來以“細(xì)胞的固定化技術(shù)”為核心概念，構(gòu)建概念圖，具體內(nèi)容包括細(xì)胞固定化技術(shù)的原理、方法、應(yīng)用、實例、優(yōu)勢、不足以及發(fā)展前景，重點是以酵母細(xì)胞固定化為例，介紹其制作流程。

當(dāng)然，本課題的重點內(nèi)容是制備固定化酵母細(xì)胞，那“固定化細(xì)胞”是否就是核心概念呢？對課題背景進(jìn)行分析，背景簡單介紹了從酶到固定化酶、再到固定化細(xì)胞的發(fā)展過程。結(jié)合專題4“酶的研究與應(yīng)用”的內(nèi)容安排，不難發(fā)現(xiàn)教材是在引導(dǎo)學(xué)生比較酶制劑（加酶洗衣粉）、固定化酶、固定化細(xì)胞的優(yōu)缺點，從而理解要使用固定化技術(shù)的原因。因此，筆者認(rèn)為這節(jié)課的核心概念應(yīng)該是“固定化”，而不是“固定化細(xì)胞”。教學(xué)主線應(yīng)該圍繞核心詞匯“固定化”展開。什么是固定化技術(shù)？為什么采用固定化技術(shù)？如何制備固定化酵母細(xì)胞？實質(zhì)上就是回答“是什么（what）”“為什么（why）”以及“怎么樣（how）”的問題。該節(jié)課的教學(xué)主線如圖1所示。

教師的教學(xué)主線反映到課堂教學(xué)，幫助學(xué)生建構(gòu)的概念圖（圖2）。

教師根據(jù)圖1的教學(xué)思路，采用概念圖的形式，在教學(xué)過程中逐步在黑板上展示從酶到固定化酶、到固定化細(xì)胞的發(fā)展過程。概念圖可以直觀地表達(dá)知識結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)知識的聯(lián)系，幫助學(xué)生逐步理解和內(nèi)化教材內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生體驗科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是不斷地提出問題和解決問題的動態(tài)過程。

2 有效組織教學(xué)

片段：教師為了節(jié)約時間，沒有詳細(xì)講解實驗步驟和注意事項，而是制作學(xué)案，提煉教材中“實驗操作”的關(guān)鍵詞，安排學(xué)生通過完成學(xué)案和自學(xué)教材熟悉實驗流程。接下來，學(xué)生直接進(jìn)行實驗操作。由于學(xué)生自學(xué)能力有限，部分學(xué)生進(jìn)入實驗室十分好奇，根本不愿認(rèn)真自學(xué)教材內(nèi)容，故學(xué)生操作時出現(xiàn)各種錯誤，如活化好的酵母細(xì)胞直接加入到配置好的CaCl2溶液中；水浴鍋加熱海藻酸鈉溶液時不用玻璃棒攪拌等。

實驗教學(xué)中一個不可避免的問題就是時間的安排。以本節(jié)課為例，在1課時的時間內(nèi)，完成多重任務(wù)。任務(wù)一：依照教學(xué)主線，幫助學(xué)生建構(gòu)完整的概念圖，完成教學(xué)內(nèi)容。任務(wù)二：講述實驗器具、實驗步驟等實驗理論知識和實驗中的注意事項等。任務(wù)三：學(xué)生要有足夠的時間動手操作。任務(wù)四：實驗結(jié)束后的結(jié)果展示、原因分析、表達(dá)交流、提出進(jìn)一步探究的課題。因此，實驗課教學(xué)中常常出現(xiàn)教學(xué)主線不完整、實驗理論知識少講或只看不講、學(xué)生實驗操作時間過短、來不及分析實驗結(jié)果等現(xiàn)象。這就需要教師在教學(xué)設(shè)計時下功夫，一方面要做好預(yù)實驗和準(zhǔn)備工作，記錄實驗所需要的時間、有可能遇到的問題等，對實驗流程和實驗中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象做到心中有數(shù)。實驗所需的一些溶液可在課前配置好并貼上標(biāo)簽，如本實驗中酵母細(xì)胞可提前活化、0.05 mol/L的CaCl2溶液課前配好、0.7 g海藻酸鈉課前稱取、水浴鍋提前加熱等。另一方面合理安排時間，有效組織教學(xué)。如利用課間3 min，完成學(xué)生分組、實驗安全教育或?qū)W案、教材知識的簡單預(yù)習(xí)；教學(xué)內(nèi)容講解做到詳略得當(dāng)，如有關(guān)酶制劑和固定化酶略講，固定化細(xì)胞詳講；實驗理論知識要著重講，要讓學(xué)生知道每一步驟應(yīng)該做什么，怎樣規(guī)范操作，注意事項有哪些。課堂時間有限，教師與其發(fā)現(xiàn)學(xué)生在實驗操作中的問題不斷糾正，不如詳細(xì)講解實驗步驟，嚴(yán)格要求學(xué)生按照正確步驟規(guī)范操作。這樣既提高學(xué)生的動手操作能力，又提高實驗的成功率，使學(xué)生體驗到做實驗的成就感和樂趣。教師在實驗教學(xué)中，要注重時間的分配，一般學(xué)生動手操作的時間在15～20 min，實驗結(jié)束后要有5～10 min的時間進(jìn)行實驗的結(jié)果展示、原因分析、表達(dá)交流、提出進(jìn)一步探究的課題。

3 優(yōu)化實驗條件

片段：教師甲把全班學(xué)生分為兩大組，第一大組稱取0.7 g海藻酸鈉，放入50 mL小燒杯中，加入10 mL水；第二大組稱取0.4 g海藻酸鈉，放入50 mL小燒杯中，加入10 mL水。結(jié)果發(fā)現(xiàn)第二大組制作的凝膠珠效果較好。教師乙把全班學(xué)生分為兩大組，一大組使用酒精燈加熱，一大組使用恒溫水浴鍋90℃水浴加熱，結(jié)果表明兩者幾乎無差。教師丙設(shè)置一系列不同濃度的海藻酸鈉，小組合作探究本實驗中海藻酸鈉的適宜濃度。

實驗中關(guān)鍵的一步是配置海藻酸鈉溶液。針對教材提供的海藻酸鈉溶液濃度，有人提出質(zhì)疑，認(rèn)為0.7 g海藻酸鈉中加入25～30 mL水最適宜。也有人探究發(fā)現(xiàn)，不同廠家生產(chǎn)的海藻酸鈉試劑加水的量不一樣?！氨M信書不如無書”。在實驗教學(xué)中，由于各地的溫度、濕度等氣候條件不一樣，購買的藥品試劑生產(chǎn)廠家不一樣，各個實驗室的具體情況不同，就有可能導(dǎo)致按照教材提供的方法得出的實驗結(jié)果有差異。因此，教師在教學(xué)中不能僅僅局限于教材提供的條件，更要在依據(jù)教科書基本實驗原理的基礎(chǔ)上，從實驗材料、方法、試劑等方面進(jìn)行更多的嘗試，讓課堂的探究活動更加多元。如可以通過全班合作的形式來探究不同的加熱溫度、不同的海藻酸鈉濃度對實驗結(jié)果的影響。除此之外，還可以引導(dǎo)學(xué)生探究不同CaCl2溶液濃度、不同注射高度等對酵母細(xì)胞固定化的影響。

4 分析實驗結(jié)果

片段：學(xué)生動手操作，得到的固定化酵母有圓形、小蝌蚪形、面條形等。有的教師只展示學(xué)生的實驗結(jié)果，而沒有進(jìn)行結(jié)果分析；有的教師在引導(dǎo)學(xué)生分析原因時，基本上就是從海藻酸鈉濃度、注射的速度、注射的高度三個方面考慮；有的教師分析了原因，但沒有給出具體的解決措施或者引領(lǐng)學(xué)生探尋進(jìn)一步可探究的課題。

觀摩實驗課教學(xué)，發(fā)現(xiàn)部分教師只重視學(xué)生的實驗結(jié)果，不重視實驗結(jié)果的分析；只注重學(xué)生實驗成功的興奮體驗，不重視如何引導(dǎo)學(xué)生從實驗失敗中分析原因；實驗分析流于形式，局限于教材、教參等所總結(jié)的可能的原因，而沒有從學(xué)生實際操作、學(xué)生的思維角度等尋找原因。如學(xué)生能夠理解注射的速度會影響實驗效果，但是最合適的速度是多少？速度快，凝膠珠會變成面條形，速度稍慢，又會拖出尾巴，實際操作中難以把握。找到了原因，但沒有參照和標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生重復(fù)做實驗，也難以成功。教師如果在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生思考：是否能制作勻速滴加裝置，通過控制速度來制備理想的凝膠珠？教師展示裝置圖或引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考探究，則更利于促進(jìn)學(xué)生思維的深層發(fā)展和發(fā)散。

再如實驗結(jié)束之后，是讓學(xué)生把自己制備好的凝膠珠丟棄廢物桶，還是收集到裝有葡萄糖的飲料瓶里，課下觀察比較固定化酵母和干酵母酒精發(fā)酵的區(qū)別？顯然，后者更具有探究意義。

目前，生物實驗教學(xué)依然任重而道遠(yuǎn)。教師應(yīng)重視學(xué)生的實驗體驗，以培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和科學(xué)素養(yǎng)為己任，充分準(zhǔn)備實驗，精心做好教學(xué)設(shè)計，有效組織教學(xué)，從而扎實推進(jìn)實驗教學(xué)的開展。

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