呂 濤

(重慶市教育科學(xué)研究院 400015)

“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化”是人教版高中生物學(xué)教材必修3《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第4章“種群和群落”第2節(jié)的內(nèi)容，是基于課程標準中“嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群的數(shù)量變化”活動建議而設(shè)置的一個探究性實驗。該實驗由于所需時間跨度大、實驗操作難度較高、實驗條件有限等原因，開出率極低(我市2014年初進行的高中生物學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果顯示：該實驗的開出率不到1%)。為提高該實驗的開出率，提升實驗教學(xué)質(zhì)量，筆者組織部分教師就該實驗的教學(xué)組織、重難點的確定、實驗材料和方法的優(yōu)化等方面展開探討，進行了如下的嘗試。

1 教學(xué)策略

1.1 明確目標，突出重點 開展該實驗的主要目的是進一步培養(yǎng)學(xué)生收集、整理、分析數(shù)據(jù)的能力，讓學(xué)生親身經(jīng)歷建立數(shù)學(xué)模型的過程，通過親自研究一個真實的種群，加深其對種群數(shù)量變化相關(guān)知識的理解。實驗中所涉及到的微生物培養(yǎng)法、抽樣檢測法和顯微觀察法都是為達到這一目的所必須采用的一些技術(shù)手段。在有限的教學(xué)時間里，只需要讓學(xué)生了解相關(guān)操作技能即可，不必過分糾纏于實驗操作的細節(jié)和技巧，應(yīng)將更多的精力用于引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗、形成思路，著力培養(yǎng)學(xué)生的探究思維。確定了這一認識后，對教學(xué)時間的分配、教學(xué)內(nèi)容的取舍、教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)的順序等做了新的規(guī)劃。

1.2 將信息技術(shù)與課程資源融合 為了實現(xiàn)教學(xué)目標，構(gòu)建了“數(shù)字化環(huán)境與技術(shù)支持下的實驗大課堂”(圖1)。

圖1 基于數(shù)字化環(huán)境與技術(shù)支持的實驗探究框架

在課前創(chuàng)設(shè)QQ數(shù)字化環(huán)境下基于資源平臺的自主個性化學(xué)習(xí)。課前所得的學(xué)習(xí)資源和成果為課堂探究開展提供支持，同時在課堂上運用各種信息技術(shù)手段突破實驗教學(xué)的瓶頸。課堂教學(xué)中的一些生成性問題為課后總結(jié)提升和進一步探究提供新的學(xué)習(xí)資源，實現(xiàn)QQ數(shù)字化環(huán)境下實驗探究的可持續(xù)發(fā)展。

2 教學(xué)過程

2.1 “課前發(fā)現(xiàn)”環(huán)節(jié) 組建興趣小組，指導(dǎo)學(xué)生提前一周進行個性化學(xué)習(xí)，并到實驗室完成酵母菌培養(yǎng)的相關(guān)實驗；錄制實驗操作視頻。教師利用QQ群發(fā)布課程資源和學(xué)習(xí)任務(wù)，如提供“血球計數(shù)板滴加培養(yǎng)液的操作”微視頻等。

在此平臺上，學(xué)生可以與其他學(xué)生、教師以及大學(xué)微生物學(xué)教授進行討論。自主學(xué)習(xí)讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)了大量問題，為之后的實驗探究做準備。

2.2 “課堂探究”環(huán)節(jié) 出示酵母菌培養(yǎng)液示意圖并提問:培養(yǎng)液中的酵母菌在適合的條件下，會不斷增殖，其種群數(shù)量處于動態(tài)變化中，那么，哪些因素會影響酵母菌種群數(shù)量的變化？

學(xué)生思考、討論并總結(jié)歸納出相關(guān)因素(如時間、溫度、pH值、營養(yǎng)、氧氣等)。在此基礎(chǔ)上，師生共同選擇其中一個影響因素(如時間)展開探究：培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量隨時間如何變化？探究過程包括以下環(huán)節(jié)：①作出假設(shè)。根據(jù)之前所學(xué)，教師引導(dǎo)學(xué)生預(yù)測培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量隨時間變化的情況，并用曲線圖表示變化的結(jié)果。②設(shè)計實驗。師生共同討論、確定實驗步驟：配制液體培養(yǎng)液 → 接種少量酵母菌 → 適宜條件下培養(yǎng) → 定期取樣 → 觀察、測定酵母菌種群數(shù)量 → 記錄、處理數(shù)據(jù)。③進行實驗。興趣小組學(xué)生代表通過視頻展示酵母菌的培養(yǎng)實驗流程和感悟，實現(xiàn)生生之間的互助共享。實驗中需要利用血球計數(shù)板檢測酵母菌的種群數(shù)量，通過課前發(fā)現(xiàn)環(huán)節(jié)的視頻觀摩和課堂上興趣小組同學(xué)的介紹，學(xué)生基本了解了血球計數(shù)板的使用方法。由于血球計數(shù)板操作難度較大，短時間內(nèi)學(xué)生不可能熟練掌握，可指導(dǎo)學(xué)生對興趣小組提供的樣品進行計數(shù)(每兩個小組測定同一個樣品)，通過顯微攝像投影等技術(shù)，師生共同討論解決實驗操作中遇到的生成性課程資源問題，如“線上酵母菌的計數(shù)”“酵母菌上有芽體時如何計數(shù)”“視野中出現(xiàn)一團菌體”等。④結(jié)果處理。教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計表格記錄統(tǒng)計的結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生思考：怎么直觀地表示酵母菌的種群數(shù)量變化？啟發(fā)學(xué)生將表格中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成直觀形象的曲線圖。教師指導(dǎo)并協(xié)助學(xué)生完成曲線的繪制。在這個環(huán)節(jié)中，教師引導(dǎo)學(xué)生將數(shù)據(jù)變成曲線，這其實是引導(dǎo)學(xué)生進行數(shù)學(xué)模型構(gòu)建的一種嘗試和實踐。對實驗數(shù)據(jù)的處理與分析是建立數(shù)學(xué)模型的重要依據(jù)?？紤]到學(xué)生是初次使用血球計數(shù)板進行顯微計數(shù)，所得數(shù)據(jù)誤差較大，因此，在全班學(xué)生根據(jù)課堂測定的數(shù)據(jù)繪制了曲線之后，教師利用Excel軟件將課前興趣小組學(xué)生獲得的數(shù)據(jù)自動生成酵母菌種群數(shù)量變化曲線，供學(xué)生在接下來的環(huán)節(jié)中交流討論。⑤交流分享。教師引導(dǎo)學(xué)生展示本小組所繪制的曲線圖，相互交流、評價，對照Excel自動生成的曲線進一步修正完善曲線圖。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗的結(jié)果，修正之前的實驗預(yù)測，最終得出了在一周之內(nèi)種群數(shù)量呈S型增長的結(jié)論。

2.3 “課后提升”環(huán)節(jié) 課后再次借助QQ數(shù)字化平臺促進反思和提升，實現(xiàn)學(xué)生的普通需求和個性化需求(長遠發(fā)展)的有機統(tǒng)一。一方面學(xué)生可利用平臺完善實驗設(shè)計等資源，例如，利用word完善實驗數(shù)據(jù)記錄表的設(shè)計；利用Excel處理實驗數(shù)據(jù)建構(gòu)數(shù)學(xué)模型等，上傳QQ群分享交流；對感興趣的其他問題進行進一步探究，簡述設(shè)計的基本思路，例如，有學(xué)生就提出了氧氣濃度、pH值、營養(yǎng)供應(yīng)等因素對培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量動態(tài)變化的影響等新的研究課題。另一方面教師在平臺上提供多元評價方案，如“紙筆測驗”“小組內(nèi)合作學(xué)習(xí)能力”“實驗操作檢核”以及“探究實驗設(shè)計能力”等方面的評價依據(jù)。

3 教學(xué)反思

3.1 整體規(guī)劃實驗教學(xué)，逐步培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰?課標所要求的實驗?zāi)芰Φ倪_成，是通過整個高中階段的實驗教學(xué)來實現(xiàn)的，應(yīng)該整體規(guī)劃高中階段的實驗教學(xué)，在各冊教材中分解實驗與探究的各個環(huán)節(jié)，逐步滲透落實，深化學(xué)生對生物學(xué)研究方法的認識和應(yīng)用。例如，“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化”是必修三的一個探究性實驗，在此就不應(yīng)該再花過多的時間和精力去向?qū)W生強調(diào)探究的每一個環(huán)節(jié)、實驗設(shè)計的基本原則，應(yīng)該根據(jù)課標的要求，落實必修三重點強調(diào)的數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)；本實驗涉及到的微生物培養(yǎng)法是選修一部分實驗教學(xué)要培養(yǎng)的相關(guān)實驗技能，在此也不必花費太多時間；至于血球計數(shù)板的使用專業(yè)性很強，通過該實驗的開展，學(xué)生知道有顯微計數(shù)法這一研究手段，了解血球計數(shù)板的基本使用方法即可。總之，在開展某一實驗時，一定要目標明確、重點突出，切忌面面俱到。

3.2 開展基于數(shù)字化環(huán)境與技術(shù)支持的實驗探究 在本例中，利用信息技術(shù)的優(yōu)勢，構(gòu)建了以QQ為載體的數(shù)字化教學(xué)環(huán)境，并根據(jù)教學(xué)的實際，融合了其他信息技術(shù)手段，建設(shè)了數(shù)字環(huán)境下的實驗教學(xué)大課堂。在這個大課堂中，發(fā)揮了信息技術(shù)開放性、共享性、交互性、研究性和及時反饋性的優(yōu)勢，將學(xué)生的個性化自主學(xué)習(xí)、小組合作學(xué)習(xí)、專家和教師的指導(dǎo)學(xué)習(xí)緊密結(jié)合起來，有利于形成學(xué)習(xí)共同體和深度學(xué)習(xí)。在互動中，關(guān)注學(xué)習(xí)者的“傾聽”“理解”“思考”“反饋”“情感陶冶”的過程，提升學(xué)生的思維，提高了學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。