柴媛媛

摘要 以“探究外源脫落酸對甜高粱抗鹽能力的影響”為例，探討基于科學(xué)探究能力培養(yǎng)的深度實(shí)驗(yàn)教學(xué)。通過創(chuàng)設(shè)問題情境、確定課題研究方向、小組討論實(shí)驗(yàn)方案、開展實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深度思考、聯(lián)系實(shí)際解決問題等多角度提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。

關(guān)鍵詞 科學(xué)探究 深度學(xué)習(xí) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號 Q-331

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

深度學(xué)習(xí)理論認(rèn)為深度學(xué)習(xí)有助于學(xué)生自主理解知識、構(gòu)建知識體系，并強(qiáng)調(diào)學(xué)生全身心主動(dòng)投入學(xué)習(xí)，進(jìn)行沉浸式的深度體驗(yàn)。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中將“科學(xué)探究”納入普通高中生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的范疇，是指學(xué)生能夠從生物學(xué)的現(xiàn)實(shí)問題出發(fā)，依據(jù)生物學(xué)的基本現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施并對結(jié)果進(jìn)行分析和探討的能力。筆者圍繞生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提升，通過教材的延伸實(shí)驗(yàn)，帶領(lǐng)學(xué)生展開相關(guān)實(shí)驗(yàn)課題研究，旨在使學(xué)生通過閱讀、體驗(yàn)、討論、分析和總結(jié)培養(yǎng)科學(xué)探究能力。下面通過生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的案例分析，探討培養(yǎng)科學(xué)探究能力的深度實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

1創(chuàng)設(shè)問題情境，確定課題研究方向

通過人教版《選擇性必修1·穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》第五章第三節(jié)“探究·實(shí)踐”中“探索植物生長調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用”的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)基本掌握了用預(yù)實(shí)驗(yàn)的方法開展探究實(shí)驗(yàn)的能力。教師創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步的探究，并提供材料，驅(qū)動(dòng)學(xué)生提升獲取信息、加工信息的能力。教師提供3則資料：

1甜高粱屬于C4植物，具有較高的光合作用能力，含糖量較高。每公頃甜高粱每天合成的碳水化合物可以產(chǎn)約48L酒精，而玉米為15L，粒用高粱為9L，小麥只有3L。因此甜高粱對我國可再生能源的研究起著重要的作用。

2甜高粱能在pH為5.0-9.0的土壤上良好地生長，并且對鹽堿的忍耐能力較強(qiáng)，適宜在鹽堿地上大面積種植。大多數(shù)植物在發(fā)芽和生長初期對外界脅迫的環(huán)境更為敏感。

3外源脫落酸（ABA）是一種在植物細(xì)胞中廣泛存在的植物激素，可參與調(diào)控植物生長發(fā)育、種子的休眠與萌發(fā)，也可以參與植物對干旱、高鹽等逆境脅迫的應(yīng)答，主要通過控制氣孔的閉合、誘導(dǎo)相關(guān)基因表達(dá)等方面來實(shí)現(xiàn)。

基于對資料的分析，師生共同決定將研究課題定為：以甜高粱種子“M81-E”為實(shí)驗(yàn)材料，探究外源脫落酸對甜高粱萌發(fā)期抗鹽能力的影響。

2討論實(shí)驗(yàn)方案，落實(shí)科學(xué)探究能力培養(yǎng)課堂上，教師通過構(gòu)建問題的方式，引導(dǎo)學(xué)生分組討論實(shí)驗(yàn)的具體實(shí)施方案。

1甜高粱種子如何處理？該實(shí)驗(yàn)的對照組和實(shí)驗(yàn)組如何設(shè)置？

2如何測定該實(shí)驗(yàn)的因變量？注意要反映出種子在萌發(fā)期的生理生化指標(biāo)。

3為減少誤差，實(shí)驗(yàn)過程中需要注意哪些無關(guān)變量的控制？

學(xué)生經(jīng)過查閱資料、小組討論后決定：甜高粱種子用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的次氯酸鈉溶液消毒表面10min，蒸餾水沖洗干凈后，陰干。接著，在潔凈的培養(yǎng)皿中放入兩層濾紙，設(shè)置4組實(shí)驗(yàn)：1經(jīng)蒸餾水處理;2經(jīng)質(zhì)量濃度為50mg/L脫落酸溶液處理;3經(jīng)質(zhì)量濃度為80mmol/L的NaCl溶液處理;4經(jīng)質(zhì)量濃度為180mmol/L的NaCl溶液與質(zhì)量濃度為50mg/L脫落酸混合液處理。每個(gè)處理分別加入3mL處理溶液，再將甜高粱種子“M81-E”放入培養(yǎng)皿中。將本班20名學(xué)生分為4個(gè)小組分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生討論后，認(rèn)定種子萌發(fā)率、根和芽的長度、鮮重、干重作為測定指標(biāo)。每天統(tǒng)計(jì)種子的發(fā)芽數(shù)，共計(jì)7d。培養(yǎng)7d后，分別測定高粱幼苗根和芽的生物量。同時(shí)為進(jìn)一步探究外源脫落酸對鹽脅迫下甜高粱幼苗緩解的機(jī)理，分別取7d后的根和芽各0.5g，利用紫外分光光度計(jì)測定組織中可溶性蛋白和脯氨酸含量的變化，以反映外源脫落酸對甜高粱在逆境條件下生理生化指標(biāo)的影響。

學(xué)生經(jīng)小組討論后決定在以下幾個(gè)方面注意對實(shí)驗(yàn)無關(guān)變量的控制，以減少誤差：

1在潔凈的培養(yǎng)皿中放入兩層濾紙后，注意每組要有3個(gè)平行重復(fù)，每個(gè)重復(fù)放置50粒大小、飽滿程度一致的甜高粱種子。然后，置于25°C恒溫培養(yǎng)箱中黑暗培養(yǎng)。

2每天同一時(shí)間觀察種子的發(fā)芽率，種子發(fā)芽以胚根露出種皮2mm為標(biāo)準(zhǔn)。

3每天采用稱重法補(bǔ)充蒸發(fā)的溶液，以保持處理期間處理液濃度相對穩(wěn)定。

4培養(yǎng)7d后，每個(gè)處理隨機(jī)測定15株幼苗的生物量、可溶性蛋白和脯氨酸含量的變化。

3開展實(shí)驗(yàn)并討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果，促進(jìn)深度思考甜高粱種子經(jīng)過7d的萌發(fā)后，教師引導(dǎo)學(xué)生將小組的數(shù)據(jù)（表1、圖1）進(jìn)行整理、分析，通過繪制圖表的方式構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論;同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生在分析中思考外源脫落酸對甜高粱在幼苗期耐鹽能力的影響，以促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

表1表明，鹽分脅迫下甜高粱的芽和根的生長均受到不同程度的抑制，當(dāng)加入外源ABA時(shí)，對鹽分脅迫下的發(fā)芽率無顯著影響（結(jié)果未顯示），可能與脫落酸有促進(jìn)種子休眠、抑制種子萌發(fā)的作用有關(guān)。但是，外源脫落酸對鹽脅迫下甜高粱幼苗的芽長和根長以及鮮重和干重都有顯著的提高，表明外施脫落酸能夠減緩鹽脅迫對植物生長的抑制但對種子的發(fā)芽率無顯著影響。

圖1表明，外源脫落酸對鹽分脅迫下幼苗中可溶性蛋白含量沒有顯著影響，可能與取材時(shí)間或者學(xué)生的操作有關(guān)。脯氨酸屬于植物典型的滲透保護(hù)物，在脅迫條件下，通常比其他氨基酸的積累多，從而幫助植物克服脅迫環(huán)境。在實(shí)驗(yàn)中，脯氨酸在物質(zhì)量濃度為180mmol/L的NaCl溶液脅迫下明顯升高，當(dāng)施加外源脫落酸后，脯氨酸在根中的含量顯著下降，表明外源脫落酸有助于緩解鹽分脅迫下脯氨酸含量的增加，有利于甜高粱在逆境條件下幼苗期的生長。

教師利用數(shù)學(xué)模型，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識圖表、學(xué)會(huì)基本的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。同時(shí)，學(xué)生通過查閱資料，討論分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以培養(yǎng)科學(xué)探究能力和邏輯推理能力。

4聯(lián)系實(shí)際解決真實(shí)問題，形成社會(huì)責(zé)任

通過以上實(shí)驗(yàn)以及分析，學(xué)生基本可以推測施用一定濃度的外源脫落酸能夠減緩甜高粱“M81-E”幼苗期鹽脅迫的程度，提高甜高粱的抗鹽能力，從而為甜高粱幼苗在鹽堿地上的種植提供一些思路，為我國生物質(zhì)能源的發(fā)展貢獻(xiàn)微薄的力量，進(jìn)而形成社會(huì)責(zé)任感。但對于甜高粱的耐鹽堿機(jī)制，此次也只是從生理生化角度進(jìn)行了簡單的分析，針對分子水平的機(jī)制，還需要進(jìn)一步對基因表達(dá)調(diào)控的方向進(jìn)行研究。

深度實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提升學(xué)生科學(xué)探究能力的重要途徑，可以增強(qiáng)學(xué)生在分析資料、提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)施方案以及對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)、分析和討論的能力。學(xué)生在探究的過程中，不僅滿足了自身的求知欲望，提高了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，同時(shí)也通過解決真實(shí)情境中的問題，提升了社會(huì)責(zé)任感。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱俊，丁奕然“.促進(jìn)深度學(xué)習(xí)發(fā)生的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略探討[J]，基礎(chǔ)教育課程，2021，（7）：70-74.

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