潘維玲 虞 馳

（寧波市第四中學(xué) 浙江寧波 315016）

2008年，Sampson等人將論證整合到學(xué)生探究過程中，提出論證探究式教學(xué)模型。該模型在美國廣泛被運用，幫助學(xué)生提高科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)讀寫技能。近年來，國內(nèi)研究者對該模型的關(guān)注度增加，但鮮于在教學(xué)設(shè)計和實踐中運用。其基本過程為：教師創(chuàng)設(shè)情境，布置任務(wù)，學(xué)生通過觀察提出假設(shè)，設(shè)計并實施探究實驗，在分析、討論實驗結(jié)果的過程中，提出主張并構(gòu)建論證過程，再通過分析教師提供的事實性資料，評價論證過程并加以修正，從而完善主張，進一步得出相關(guān)生物學(xué)概念和規(guī)律。將論證探究式教學(xué)模型融入到高中生物教學(xué)中，打破了傳統(tǒng)的探究實驗教學(xué)模式，符合高中生的認知發(fā)展模式，有利于學(xué)生提升科學(xué)探究和科學(xué)思維核心素養(yǎng)?，F(xiàn)以“水分子出入細胞的方式”為例，分析如何將該模型應(yīng)用于生物學(xué)教學(xué)。

1 教學(xué)準備

學(xué)生5人一組，選定組長并進行組內(nèi)分工；探究實驗設(shè)計表的準備。

教師準備：豬的新鮮紅細胞液、蒸餾水、顯微鏡（可投屏）、載玻片、蓋玻片、吸水紙、滴管；新鮮黃瓜、刀片、蔗糖顆粒、培養(yǎng)皿；玻璃紙（作為半透膜使用，每組至少3張）、漏斗、燒杯、塑料繩；紫色的洋蔥鱗片葉、刀片、鑷子、滴管、載玻片、蓋玻片、吸水紙，顯微鏡；質(zhì)量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液、蒸餾水。

2 教學(xué)環(huán)節(jié)

2.1 學(xué)習水進出動物細胞的原理

教師演示實驗，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境：將新鮮黃瓜切片放置于培養(yǎng)皿中，在黃瓜片上撒上適量蔗糖顆粒，放置一段時間，同時設(shè)置空白對照組。制作豬的新鮮紅細胞臨時裝片，置于顯微鏡下觀察，并投屏展示正常紅細胞形態(tài)；一側(cè)滴加蒸餾水，引流使細胞浸潤在蒸餾水中，同時介紹引流操作。請描述兩組演示實驗的實驗結(jié)果，并嘗試說出出現(xiàn)此實驗現(xiàn)象的原因。

學(xué)生描述實驗結(jié)果，并猜測：兩種現(xiàn)象的產(chǎn)生可能和水分子出入細胞有關(guān)。

教師提出問題：請根據(jù)兩組實驗結(jié)果分析，水分子出入細胞的方向如何？并說出理由。

學(xué)生分小組討論，以演示實驗現(xiàn)象作為證據(jù)，進行推論，提出水分子出入細胞方式的實驗假設(shè)，如圖1所示。

圖1 學(xué)生根據(jù)演示實驗現(xiàn)象提出假設(shè)

教師介紹實驗材料：水分子可以自由透過玻璃紙，而蔗糖分子則不能。像這種只允許離子和小分子物質(zhì)通過，而生物大分子物質(zhì)不能自由通過的膜，稱之為半透膜，細胞膜也是一種半透膜。所以，可以利用玻璃紙來模擬細胞膜。并布置任務(wù)：請根據(jù)所給材料，小組討論，自主設(shè)計探究實驗，填寫探究實驗設(shè)計表（表1），討論實驗的科學(xué)性及可行性，并進行實施，對結(jié)果進行交流和討論，以驗證假設(shè)是否正確。

表1 探究實驗設(shè)計表

學(xué)習小組利用所給的實驗材料，設(shè)計并實施模擬探究實驗，模擬水分子出入細胞，并對結(jié)果進行交流和討論，以探究實驗的結(jié)果（漏斗中的液面變化）作為證據(jù)，進行推論，形成主張。然后，在教師的質(zhì)疑下（等滲狀態(tài)下，水分子依舊在進行運動，方向如何；漏斗中液面上升到一定高度時，不再上升），進行補充實驗，獲取新的證據(jù)和推論，最終完善主張。圖2所示為某一小組構(gòu)建的論證過程。通過探究和論證，學(xué)生明確了不同溶液環(huán)境中，水分子進出細胞的方向。

圖2 某學(xué)生小組關(guān)于探究水分子進出動物細胞方式的論證構(gòu)建過程

教師小結(jié)：物質(zhì)從高濃度處向低濃度處運動的現(xiàn)象稱為擴散，不少物質(zhì)就是通過簡單的擴散作用進出細胞的。水分子透過膜的擴散，稱為滲透作用。如果半透膜兩側(cè)存在濃度差，滲透的方向就是水分子從水的相對含量高的一側(cè)向相對含量低的一側(cè)滲透。真實狀態(tài)下，細胞發(fā)生吸水、失水時，其形態(tài)會發(fā)生什么變化呢？請閱讀書本插圖4-1，觀察動物細胞在不同溶液環(huán)境中的形態(tài)變化。

學(xué)生閱讀書本，加深對水進出動物細胞的現(xiàn)象和原理的理解，明確動物細胞吸水、失水和等滲狀態(tài)下的形態(tài)。

2.2 學(xué)習水進出植物細胞的原理

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：植物細胞發(fā)生吸水、失水時，細胞形態(tài)又有怎樣變化？請對比動物細胞在不同溶液環(huán)境中的形態(tài)變化，提出假設(shè)。

學(xué)習小組討論，以動物細胞吸水、失水和等滲狀態(tài)下的形態(tài)為證據(jù)，進行類比、推論，提出水分子出入植物細胞原理的實驗假設(shè)，如圖3所示。

圖3 學(xué)生提出水分子出入植物細胞原理的假設(shè)

教師介紹實驗材料：洋蔥外表皮細胞中有紫色的大液泡，有利于在顯微鏡下觀察其細胞形態(tài)及變化。并布置任務(wù)：請根據(jù)所給材料，小組討論，自主設(shè)計探究實驗，填寫探究實驗設(shè)計表（表1），討論實驗的科學(xué)性及可行性，并進行實施，對結(jié)果進行交流和討論，以驗證假設(shè)是否正確。

學(xué)習小組設(shè)計并實施探究實驗，對結(jié)果進行交流和討論，以探究實驗結(jié)果（洋蔥外表皮細胞的形態(tài)、顏色變化）為證據(jù)，進行推論，形成主張，根據(jù)實驗證據(jù)（向內(nèi)收縮且顏色加深的紫色部分是什么；細胞浸潤在清水中沒有像動物細胞一樣脹破），進一步對主張進行質(zhì)疑，根據(jù)已學(xué)習的理論知識（植物細胞膜具有一定的流動性，而細胞壁是全透性的，伸縮性較小，且有支持作用）獲取新證據(jù)，最終修正并完善主張。圖4所示為某一小組構(gòu)建的論證過程。通過探究和論證，學(xué)生明確了植物細胞吸水和失水時的形態(tài)變化。

圖4 某學(xué)生小組關(guān)于探究植物細胞吸水和失水的論證構(gòu)建過程

教師小結(jié)，并提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考：成熟的植物細胞內(nèi)的液體環(huán)境主要是指液泡中的細胞液。細胞膜、液泡膜以及兩層膜之間的細胞質(zhì)稱為原生質(zhì)層。可否將原生質(zhì)層看作一層半透膜？為什么？水分子是否也通過滲透作用進出植物細胞？原生質(zhì)層的收縮性與細胞壁的相比，有什么區(qū)別？

學(xué)習小組討論后，回答：原生質(zhì)層可以看作一層半透膜。因為細胞膜和液泡膜均具有選擇透性。水分子出入植物細胞穿過有選擇透性的原生質(zhì)層，所以這種方式也是滲透作用。由于細胞膜和液泡膜都具有流動性，所以原生質(zhì)層的伸縮性比細胞壁大。

教師小結(jié)：當洋蔥細胞浸潤在蔗糖溶液中時，植物細胞失水，原生質(zhì)層與細胞壁逐漸分離開來的現(xiàn)象，稱為質(zhì)壁分離。當細胞再次置于清水中，整個原生質(zhì)層就會慢慢地恢復(fù)成原來的狀態(tài)，稱為質(zhì)壁分離的復(fù)原。

2.3 學(xué)習水通道蛋白

教師提出問題，：水分子作為極性分子，進出細胞是否只是靠濃度差推動的滲透呢？請?zhí)岢鲋鲝?，并閱讀書本生物科學(xué)史話——人類對通道蛋白的探索歷程，從中尋找證據(jù)，支持、完善主張。

學(xué)習小組提出主張，閱讀書本生物科學(xué)史話，完善主張。圖5所示是某一小組構(gòu)建的論證過程。通過搜證和論證，學(xué)生明確了水分子出入細胞的方式。

圖5 某學(xué)生小組關(guān)于水分子出入細胞方式的論證過程

教師小結(jié)：鑲嵌在膜上的一些特殊蛋白質(zhì)能夠協(xié)助有些離子和小分子有機物順濃度梯度進出細胞，這些蛋白質(zhì)稱為轉(zhuǎn)運蛋白。水通道蛋白就是一種轉(zhuǎn)運蛋白。這種借助膜上的轉(zhuǎn)運蛋白進出細胞的物質(zhì)擴散方式，叫作協(xié)助擴散，也叫易化擴散。在本節(jié)課中，通過探究實驗和材料分析可知，水不僅可以通過滲透作用進出細胞，還可以通過協(xié)助擴散進出細胞。

3 教學(xué)反思

教師通過兩組演示實驗，創(chuàng)設(shè)情境，促使學(xué)生圍繞“探究動、植物細胞失水、吸水現(xiàn)象”的主題，進入“觀察、提問、實驗設(shè)計、方案實施以及對結(jié)果的交流和討論”的科學(xué)探究模式。學(xué)生在“提出假設(shè)”和“對結(jié)果的交流和討論”的環(huán)節(jié)中，完成“提出主張、搜證、質(zhì)疑、搜證、完善主張”的論證過程，實現(xiàn)論證探究式教學(xué)模型的應(yīng)用，通過小組合作交流，認識滲透作用，形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念，掌握科學(xué)探究的基本思路和方法，綜合提升了科學(xué)思維和科學(xué)探究核心素養(yǎng)。學(xué)生分析生物科學(xué)史，補充學(xué)習水通道蛋白的知識，自主構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)。