陳施

（福州第四中學(xué)，福建 福州 350009）

《普通高中生物學(xué)課程標準（2017 年版2020 年修訂）》明確指出“科學(xué)探究”是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一?！翱茖W(xué)探究”是指發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實世界中的生物學(xué)問題，針對特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進行觀察、設(shè)計實驗方案、動手操作、得出實驗結(jié)論及其交流與討論的能力。［1］研究表明，探究性實驗是發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的重要載體。［2］筆者嘗試以新課程人教版高中教科書《生物學(xué)·必修1·分子與細胞》第6 章第3 節(jié)“細胞的衰老”探究性實驗教學(xué)為例，探索發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的途徑。

一、“細胞的衰老”探究性實驗教學(xué)設(shè)計與實施

“細胞的衰老”這一節(jié)內(nèi)容是總結(jié)細胞生命歷程，促進學(xué)生全面認識細胞生長發(fā)育規(guī)律。微觀的細胞衰老狀態(tài)與特征卻是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點。引導(dǎo)學(xué)生探究細胞衰老機制，旨在激發(fā)學(xué)生的探究欲望，突破這一學(xué)習(xí)難點。［3］鑒于學(xué)生不熟悉如何開展探究性實驗，加之課堂教學(xué)時間有限，筆者嘗試利用課外時間指導(dǎo)學(xué)生通過小組合作形式開展探究性實驗。

（一）提出問題，作出假設(shè)

首先，帶領(lǐng)學(xué)生觀察校園內(nèi)植物，通過如何判斷植物是否衰老、借助植物的哪些特征可以佐證你的判斷等系列問題，引導(dǎo)學(xué)生觀察衰老的植物在形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能上的變化。進一步引導(dǎo)學(xué)生提出衰老植物在葉片形態(tài)、葉綠體數(shù)量、細胞代謝速率等方面發(fā)生了怎樣的變化等問題。接著，作出細胞衰老特征的假設(shè)，如細胞衰老則葉片水分減少、葉綠體數(shù)量減少，光合作用和呼吸作用減弱等。根據(jù)學(xué)生提出的四種假設(shè)將其分成四個探究性實驗小組。

該教學(xué)環(huán)節(jié)注重引導(dǎo)學(xué)生運用已有的生物學(xué)知識，對現(xiàn)實生活中有關(guān)細胞衰老現(xiàn)象進行觀察與思考，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、作出假設(shè)的能力。

（二）設(shè)計探究性實驗方案

應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動方式，引導(dǎo)各小組根據(jù)所提出的假設(shè)，利用周末確定探究主題，選擇探究方法，設(shè)計實驗方案。由于學(xué)生是初次獨立進行探究性實驗方案設(shè)計，應(yīng)重視引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)知識、查閱相關(guān)資料以獲取實驗方案設(shè)計靈感，并指導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)性、可行性等方面修正實驗方案。最終確定“探究衰老植物細胞水分含量變化”“探究衰老植物細胞通透性變化”“探究衰老植物細胞光合色素和葉綠體含量變化”及“探究衰老植物細胞呼吸作用變化”四個方案。

該教學(xué)環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的知識，設(shè)計探究性實驗方案，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力與創(chuàng)新精神。

（三）實施探究性實驗方案

全天開放生物實驗室，提供充足的實驗設(shè)備器材供學(xué)生使用。學(xué)生以校園植物作為實驗材料，利用一星期左右的課余時間完成各自的探究性實驗，初步認識植物細胞的衰老特征。

第一組學(xué)生以八角金盤為實驗材料，應(yīng)用酒精燈灼燒法，開展“探究衰老植物細胞水分含量變化”實驗。通過觀察水蒸氣的產(chǎn)生量，得出衰老植物細胞水分含量減少這一實驗結(jié)果。第二組學(xué)生實施“探究衰老植物細胞通透性變化”實驗。以新鮮的玉米粒和干玉米粒為實驗材料，將兩者切開后放入紅墨水中染色漂洗，通過觀察玉米粒著色情況，得出衰老植物細胞通透性增大這一實驗結(jié)果。第三組學(xué)生開展“探究衰老植物細胞光合色素和葉綠體含量變化”實驗。利用高倍顯微鏡觀察八角金盤葉綠體，以及提取和分離八角金盤綠葉中色素，探究發(fā)現(xiàn)與新鮮植物相比，衰老植物細胞的葉綠素和葉綠體含量減少。第四組學(xué)生進行“探究衰老植物細胞呼吸作用變化”實驗。采用相關(guān)探究實驗設(shè)備，將同一植株上形狀大小相近的銀杏、八角金盤的新鮮葉片、衰老葉片與枯萎葉片置于暗處處理24h，放入密閉遮光的容器中，檢查氣密性和遮光性后，通過測量單位時間內(nèi)密閉容器中CO2變化量，發(fā)現(xiàn)呼吸作用強度：新鮮葉片>衰老葉片>枯萎葉片，發(fā)現(xiàn)衰老植物細胞呼吸作用減弱（圖1?2）。

該教學(xué)環(huán)節(jié)旨在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)探究的基本思路與方法，提高規(guī)范使用實驗器具、實事求是地記錄與分析實驗數(shù)據(jù)、得出正確結(jié)論的科學(xué)探究能力及團隊合作能力。

（四）實驗結(jié)果的展示與交流

建立、表達實驗結(jié)果及實驗結(jié)論能力是科學(xué)探究素養(yǎng)的重要組成部分，但在日常教學(xué)中卻易于被忽略。為了激發(fā)學(xué)生勇于表達與交流，可以展示各小組探究性實驗過程，請小組代表進行分析與講解，并引導(dǎo)學(xué)生針對四個小組實驗過程、方法及結(jié)果展開討論與交流，促進學(xué)生提出實驗修改方案，體驗科學(xué)探究的艱辛，明白科學(xué)是在不斷修正中發(fā)展的。

實驗結(jié)果的展示與交流有助于學(xué)生相互評價、自我反思，從不同角度審視自己及他人觀點，正確認識有關(guān)細胞衰老的知識，提高學(xué)習(xí)成就感及表達交流能力，形成自主學(xué)習(xí)的良性循環(huán)。

二、“細胞的衰老”探究性實驗教學(xué)方式

探究性實驗是科學(xué)探究的主要形式，是高中生物學(xué)課程倡導(dǎo)的教學(xué)手段。探究性實驗的方式是多元的，既可以是引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗方案、動手操作實驗，也可以應(yīng)用探究性實驗視頻及相關(guān)圖文資料，引導(dǎo)學(xué)生觀察與分析，領(lǐng)略科學(xué)探究過程。

（一）資料呈現(xiàn)，演繹推理

展示有關(guān)染色體端?？茖W(xué)實驗資料，引導(dǎo)學(xué)生提出假設(shè)1：細胞衰老是由其在分裂過程中因端?？s短產(chǎn)生DNA 損傷而造成的。并讓學(xué)生嘗試運用假設(shè)1進行演繹推理，解釋多莉羊早衰原因，以開放思維與辯證思維去感悟生命活動的復(fù)雜性。接著，引導(dǎo)學(xué)生觀察抗疫英雄鐘南山院士的照片、抽煙20 年與不抽煙的雙胞胎面容對比圖片、持續(xù)28 年送貨的貨車司機的兩邊臉對比圖片，結(jié)合有關(guān)自由基研究資料，幫助學(xué)生提出細胞衰老的假設(shè)2：細胞衰老是由其正常代謝過程中產(chǎn)生的自由基的有害作用造成的。最后，教師補充說明，上述兩個假設(shè)與目前較為主流的端粒學(xué)說及自由基學(xué)說一致，這兩種學(xué)說仍處于假說階段，有待科學(xué)驗證，細胞衰老的其他原因有待進一步發(fā)現(xiàn)。

（二）視頻展示，深化認知

探究細胞衰老的目的是正視衰老并正確預(yù)防衰老?？梢詰?yīng)用央視相關(guān)新聞視頻，宣傳“養(yǎng)成良好的生活習(xí)慣，平衡膳食、規(guī)律作息”是預(yù)防衰老的正確方法，促進學(xué)生學(xué)以致用，嘗試應(yīng)用所學(xué)的生物學(xué)知識解決日常生活中的問題及社會問題，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考與批判性精神。應(yīng)用頂尖學(xué)術(shù)期刊《nature》發(fā)表的抗衰老研究相關(guān)視頻，展示清除大腦中衰老細胞可改善神經(jīng)退行性疾病、緩解認知衰退，并展示《cell》雜志發(fā)表的細胞重編程使得小鼠壽命延長30%的相關(guān)研究視頻，引導(dǎo)學(xué)生了解世界前沿的科學(xué)研究成果及趨勢，進一步深化對有關(guān)細胞衰老知識的正確認識。

三、“細胞的衰老”探究性實驗教學(xué)反思

在“細胞的衰老”這節(jié)課中，學(xué)生實地觀察校園植物，通過一系列探究性實驗，體驗實驗設(shè)計的科學(xué)性、可行性，學(xué)習(xí)運用實驗中單一變量的控制等科學(xué)方法，認識生命活動的復(fù)雜，與科學(xué)家的鉆研精神共情，增強實驗操作技能，發(fā)展科學(xué)探究核心素養(yǎng)。當然，學(xué)生設(shè)計的探究性實驗方案存在的不能完全控制單一量、沒有進行平行重復(fù)實驗等問題均有待改進。