李興銳 徐國艷

（1 北京市燕山前進中學 北京 102500 2 北京市燕山教研中心 北京 102500）

北京版生物學7 年級下冊“綠色植物的呼吸”一節(jié)中的演示實驗，利用二氧化碳能使澄清石灰水渾濁的性質(zhì)，驗證了萌發(fā)的種子在呼吸過程中產(chǎn)生二氧化碳[1]。濟南版教材在該節(jié)中，還利用氧氣的助燃性驗證了萌發(fā)種子在呼吸過程中消耗氧氣[2]。筆者根據(jù)教學經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，由于“證據(jù)鏈”不足，學生不容易理解植物的每個器官的功能，尤其是葉片在任何時候都產(chǎn)生二氧化碳。這些學習瓶頸使學生對“植物時時刻刻都需要進行呼吸作用”的認識產(chǎn)生障礙，進而影響對“植物光合作用與呼吸作用”的整體理解。《義務(wù)教育生物學課程標準（2011 版）》指出，生物學課程要幫助學生領(lǐng)悟科學的本質(zhì)，引導學生主動參與、勤于動手、積極思考，逐步培養(yǎng)學生收集和處理科學信息的能力、獲得新知識的能力、分析和解決問題的能力，以及交流與合作的能力等，突出創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)[3]。

因此，為有效落實課程標準，幫助學生突破學習瓶頸，筆者進行了一些實驗教學改進。既讓學生主動地認知生命世界、解釋生命現(xiàn)象，又讓學生在實證性任務(wù)中與實驗開展深入對話，突破學習瓶頸，鍛煉和提升科學思維能力。

1 創(chuàng)設(shè)挑戰(zhàn)性情境，激發(fā)內(nèi)在學習動機

生物學課程期待學生主動學習，然而主動學習并非指學生自學，而是在教師的引領(lǐng)和幫助下，學生將學習動機由外在壓力轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)在需要。因此，創(chuàng)設(shè)具有挑戰(zhàn)性的學習情境，可促進學生形成積極的內(nèi)在學習動機。在“探究萌發(fā)種子的呼吸產(chǎn)生二氧化碳”的環(huán)節(jié)中，如果僅通過實驗演示讓學生描述種子呼吸產(chǎn)生二氧化碳，屬于淺層學習中的識記、領(lǐng)會層次，學生對實驗探究的興趣不高。教材中采用排水集氣法（圖1），產(chǎn)生的二氧化碳氣體容易逸散，且反復操作易使二氧化碳溶于水，從而對實驗效果產(chǎn)生影響。筆者通過文獻調(diào)研，發(fā)現(xiàn)可利用多種裝置收集植物產(chǎn)生的二氧化碳[4]。為了讓學生充分發(fā)揮自己的智慧，筆者創(chuàng)設(shè)了如下學習情境。

圖1 種子的呼吸實驗裝置［1］

通過前面的學習，學生知道人呼出的氣體能使澄清石灰水變渾濁，人有呼吸運動，但植物沒有，如何將植物產(chǎn)生的二氧化碳通入澄清的石灰水？為了讓學生獨立解決該問題，筆者給學生提供如下的實驗材料和器具（圖2A），讓學生自己組裝實驗裝置。學生想出了多種收集二氧化碳的方法，例如，排水集氣法、擠壓法、抽取法等（圖2B）。筆者將參與設(shè)計的36 個小組所組裝的裝置進行了歸納整理。36 個小組中有16 個小組按照教材中的裝置進行了組裝，說明學生通過自主學習，能理解實驗方法并解決該問題；其他20個小組沒有按照教材中的裝置進行組裝，說明學生能解決該問題。這種具有挑戰(zhàn)性的學習情境，激發(fā)了學生挑戰(zhàn)自我的學習動機。

圖2 實驗材料（A）及學生設(shè)計的裝置（B）

2 拓展實驗材料，促進學生科學思維

科學思維是生物學核心素養(yǎng)的重要組成部分，擁有科學思維能提高學生分析和解決問題的能力，增強學生的創(chuàng)新意識，促進終身學習能力的發(fā)展?？茖W思維的培養(yǎng)需要教師創(chuàng)設(shè)實證性的學習任務(wù)。實證性的學習任務(wù)可以是解決真實問題，讓學生提出解決方案；也可以是尋找證據(jù)，還可以是得到科學的結(jié)論，讓學生分析真實的探究實驗結(jié)果。教材中“探究萌發(fā)種子的呼吸”的實驗只探究了萌發(fā)種子呼吸產(chǎn)生二氧化碳，對植物的其他器官是否產(chǎn)生二氧化碳及植物在任何時候都能產(chǎn)生二氧化碳缺少實證。為此，筆者進行了如下的教學和實驗改進，以期突破學生學習瓶頸，發(fā)展學生的高階思維。

除提供教材中的黃豆種子外，筆者還給學生提供了5 種常見易得的植物器官：菊花、圣女果、胡蘿卜根、土豆塊莖和綠蘿葉。光照24 h，實驗結(jié)果如圖3 所示（見插頁2），與空白組相比，2～ 6 組的澄清石灰水變渾濁了，7 組的澄清石灰水沒變渾濁。這種豐富實驗材料的活動，不僅為學生提供了實證的機會，還營造真實的對比情境，容易引發(fā)學生批判性思維。

通過觀察和思考，發(fā)現(xiàn)問題：“與對照相比，葉組澄清石灰水沒有渾濁”并提出問題：“植物的葉能否產(chǎn)生二氧化碳？”此時筆者適時給學生布置實證性任務(wù)——討論并分享解決方案。學生提出的解決方案匯總于表1。如表1 所示，提出在黑暗條件下進行實驗的小組最多，說明學生可聯(lián)系到“綠葉的光合作用”；有2 個小組還能提出將六大器官分別在光照和黑暗條件下同時進行3 次重復實驗，說明學生開始領(lǐng)悟解決問題的方法。通過討論及分享解決方案的活動，啟發(fā)學生聯(lián)系舊知識，能促進學生整合信息。

表1 學生提出的解決方案匯總表

此外，該任務(wù)還增強學生自信，激發(fā)觀察與分析實驗結(jié)果的積極性。在學生討論的基礎(chǔ)上，增加了黑暗條件下的實驗。實驗結(jié)果如圖4 所示（見插頁2），與空白組相比，黑暗條件下所有組的澄清石灰水均變渾濁。通過對實驗材料和實驗條件的拓展，學生觀察到并證實了植物根、莖、花、果實和種子在任何時候（白天和夜晚）都能產(chǎn)生二氧化碳，葉片在黑暗條件下也能產(chǎn)生二氧化碳。

3 與物理學科概念整合，突破學習瓶頸

上述實證性任務(wù)之后，學生批判性思維開始活躍，能提出新的問題：“綠葉能否在光照條件下產(chǎn)生二氧化碳？”但從學生回答情況中不難發(fā)現(xiàn)，學生對植物什么條件下產(chǎn)生二氧化碳存在很深的誤解。隨機抽到12 名學生中，5 名學生認為光照條件下植物葉片只進行光合作用，不能產(chǎn)生二氧化碳；7 名認為綠葉能在光照條件下產(chǎn)生二氧化碳，但暫時想不出如何證明。該結(jié)果一方面說明補充“證據(jù)鏈”，尋找證據(jù)迫在眉睫，另一方面說明學生思維從定性向定量的發(fā)展需要反復經(jīng)歷。此時，增加了探究葉片在光照條件下是否產(chǎn)生二氧化碳的實驗。

筆者基于學科交叉，將初中物理學中的并聯(lián)電路巧妙地與生物學探究相結(jié)合。如圖5 所示，1 組為黑暗組，未接入電池，2～4 組通過改變電池數(shù)量，光照強度逐漸增強。為防止其他光線的干擾，將裝置置于貼有錫紙的紙箱子內(nèi)。

圖5 探究植物葉片是否在光照條件下產(chǎn)生二氧化碳的裝置

學生對此探究實驗非常感興趣，對實驗結(jié)果能否證明光照條件下植物葉片產(chǎn)生二氧化碳展開激烈的討論。實驗結(jié)果如圖6（見插頁2）所示，與空白對照組相比，黑暗組（1 組）澄清石灰水變渾濁，2 組澄清石灰水也變渾濁，但較黑暗組渾濁程度降低，隨著光照強度增加，澄清石灰水渾濁程度逐漸降低。為了評價學習任務(wù)的效果，再一次請上述12 名學生回答：黑暗組澄清石灰水變渾濁的原因；隨著光照強度增強，石灰水渾濁程度降低的原因。從這次回答情況分析，學生開始學會信息整合，可將原有光合作用知識與新的呼吸的知識相聯(lián)系，并得出植物每個器官在任何時候都產(chǎn)生二氧化碳的結(jié)論。

生物學是基于事實研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的一門科學。生物學實驗是讓學生體驗生物科學研究過程的重要教學活動。增加學生的思考時間和空間，能讓學生體會解決問題的喜悅，容易激發(fā)內(nèi)在的學習動機；補充和豐富“證據(jù)鏈”對于生物學教學非常重要。實證性學習任務(wù)的完成能讓學生親歷發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，尋找證據(jù)、解決問題的過程。將初中物理學的并聯(lián)電路，巧妙地與生物學裝置相結(jié)合，引導學生整合信息，能幫助學生突破學習瓶頸，體會知識相互滲透和相互融合的魅力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。