淺談設問在探究實驗教學中的作用

解耀國

[摘 要]

倡導探究性學習是《義務教育普通高中生物課程標準》確定的四個課程理念之一?？茖W探究作為發現科學事實、揭示科學規律的過程和方法，在科學教育中有重要的意義。設問是搞好探究式教學的關鍵，好的問題能激發學生強烈的好奇心，活躍學生的思維，為整堂課的學習打下良好的情感和認知基礎。

[關鍵詞]

高中生物；教學實錄；設問；實驗教學；探究

一、教學思路

“物質跨膜運輸的實例”包括課程標準中“通過模擬實驗探究膜的透性”和“觀察植物細胞的質壁分離和復原”兩個探究。對前者，用三組模擬實驗兩兩對比的方法，探究出現“滲透現象”必需的兩個條件。對后者，用類比推理的方法：滲透作用裝置有半透膜和濃度差即出現滲透現象；動物細胞內外有濃度差即出現膨脹或皺縮現象，推出動物細胞膜相當于半透膜；若植物細胞內外有濃度差即出現質壁分離現象，則可推出原生質層相當于半透膜。

在討論“植物細胞發生滲透作用會出現什么現象”時，教師引導學生提出“細胞壁和原生質層的伸縮性一樣嗎”這一探究性問題，和“原生質層是否相當于半透膜”一起，設計實驗解決。

二、課前準備

（1）準備滲透作用實驗器材，指導3名學生各完成一組實驗。（設計3組，第一組有半透膜和濃度差，第二組有紗布和濃度差，第三組有半透膜但兩側濃度相同）

（2）在小黑板上畫好植物細胞模式圖，課前5分鐘在黑板上板書3個實驗裝置示意圖。

（其他略）

三、教學過程

（一）引入

師：我們知道，細胞膜可控制物質進出，而水在細胞的含量最多。我們就先從水開始，討論物質進出細胞的問題。

師：課前有3名同學和老師完成了3組實驗，下面請他們來匯報實驗的操作步驟和實驗結果。

（3位同學依次上講臺展示）

師：1號裝置出現的現象我們稱之為滲透現象。

師：那么，1、2、3號裝置的結果為何不同？出現滲透現象需要什么條件？

（小組討論，學生發言、總結。用兩兩對比的方法學生很容易得出半透膜、濃度差這兩個條件）

設問分析：

此設問并沒有進一步點出1、2裝置的結果為什么不同，是為了給學生留有思維的空間，激發學生的探究欲望。

（二）動物細胞的吸水和失水

師：我們學過用紅細胞吸水脹破制備細胞膜，接下來就以紅細胞為例，先來探討水進出動物細胞的問題。

師：請同學們閱讀課本60頁的圖4-1。

師：哪幅圖最類似第一套裝置？

生：第一幅圖。

師：只有第一幅圖出現滲透現象嗎？

生：還有第二幅圖。

師：這告訴我們，對于動物細胞，有內外濃度差就有滲透現象，而我們知道出現滲透現象除了要有濃度差還必須有半透膜，這說明了什么？

生：它一定有半透膜。

師：哪個結構相當于半透膜？

生：細胞膜。

師：很好！動物細胞有濃內外濃度差就有滲透現象，植物細胞也是這樣嗎？

設問分析：

此處從課本給出的實驗結果出發，連續設問，可以進一步濃厚課堂的探究氛圍。而其中“對于動物細胞，有內外濃度差就有滲透現象，我們知道出現滲透現象除了要有濃度差還必須有半透膜，這說明了什么”是核心問題，因為滲透作用及其現象是統領整個課題內容的核心，動物細胞的吸水和失水以及接下來植物細胞的吸水和失水都應緊扣滲透作用的條件來分析。提問的時機也恰當、自然，因為前面已經做了充分的鋪墊。

（三）植物細胞的吸水和失水

1.提出第一個問題并作出假設

師：這個問題顯然要考慮植物細胞與動物細胞結構上的區別。

（出示小黑板上的植物細胞模式圖，學生觀察）

師：濃度差指外界溶液與細胞本身溶液的濃度差，動物細胞的溶液指細胞質溶液，植物細胞的溶液主要指液泡中的細胞液。

師：外界溶液和細胞液所隔的結構包括細胞壁、細胞膜、細胞質和液泡膜，但細胞壁是全透的，水分子和其他分子都能過，因此，兩者實際是被細胞膜、細胞質和液泡膜三者隔開，它們在顯微鏡下看起來就像一層，取名為原生質層。

師：剛才我們已經分析了，動物細胞的細胞膜相當于半透膜。

（留白一小段時間）

生：那植物的原生質層也應該相當于半透膜吧？

師：嗯，很好的問題，同學們覺得相當于嗎？動物細胞的細胞膜相當于半透膜的分析過程是否能給我們啟發？

（學生思考）

生：在有濃度差的情況下，若植物細胞出現滲透現象，說明原生質層相當于半透膜，如果不出現，說明不相當于。

師：同學們更認可哪種可能？依據是什么？

生：前一種可能。生活中有一些植物吸水和失水的現象，而植物是由細胞組成的。另外植物細胞膜和動物細胞膜都是細胞膜，應該也相當于半透膜。

師：很好的一個假設。

師：液泡膜和細胞膜一樣，都屬于生物膜，應該也相當于半透膜。相當于半透膜的細胞膜和液泡膜所夾的整體結構——原生質層也應該相當于半透膜。

設問分析：

“原生質層相當于半透膜嗎”這樣的問題，如果沒有鋪墊的話，學生是很難提出來的，要給學生“原生質層”的概念（至少是描述），更需要老師營造提問題的氛圍，創設提問題的情境。學生的問題提出來后，老師的設問質量直接決定學生能否作出合理的假設甚至想到初步的實驗思路。

2.提出第二個問題并作出假設

師：那在顯微鏡下依據什么判斷植物細胞出現滲透現象呢？

（學生思考）

師：動物細胞以膨脹或皺縮來判斷，因為細胞膜有伸縮性。植物細胞能否出現膨脹或皺縮呢？關鍵看哪個結構？

生：細胞壁！

師：細胞壁也有伸縮性。

生：那就要看細胞壁和原生質層的伸縮性大小了。

師：很好。那兩者伸縮性大小的比較可能有哪些情況？分別出現什么實驗現象呢？

學生討論、教師引導，預測三種可能的現象：

①相同：吸水膨脹，失水皺縮。

②細胞壁更大：吸水膨脹，失水皺縮。

③細胞壁更?。何蛎?，失水皺縮（但原生質層和細胞壁分離）。

師：你更認為有哪種可能？理由是什么？

生：第三種。細胞壁的主要成分是纖維素，它的伸縮性應該比生物膜小。

師：嗯，很有道理。

設問分析：

抓住如何看到滲透現象這一關鍵設問，輔之以必要的知識講述，學生還是比較容易提出“細胞壁和原生質層的伸縮性哪個更大”這一問題的。而設問“兩者伸縮性大小的比較可能有哪些情況、分別出現什么實驗現象”不僅為作出假設做了鋪墊，還為接下來的實驗方案設計和實驗觀察做了伏筆。

3.設計實驗方案

師：植物細胞有內外濃度差的情況下，在顯微鏡下應該看到第三種實驗現象，那么，是提供高濃度的還是低濃度的溶液好？為什么？

（學生思考）

生：高濃度好。低濃度時細胞吸水膨脹，現象不易與另兩種情況區分。

師：已經失水的細胞再讓它吸水，是不是更有說服力？

生：是的。這相當于又觀察了一次滲透現象。

師：我們分析了各種情況，預測了實驗結果，那實驗大體步驟應該怎樣？

（小組討論、代表發言、教師點評）

設問分析：

探究過程中，似乎“設計實驗方案”是最難組織教學的。但其實如果設問恰當，并且設計實驗方案之前的教學扎實有效的話，實驗方案反而會是水到渠成的。

4.進行實驗（略）

5.討論實驗中的問題

各小組匯報遇到的問題及處理方法，參與討論其他小組的問題，教師對正確的予以肯定，不足的引導大家討論，需進一步探討的用課外時間完成。

討論的問題比較多，下面是其中一個問題的課堂研討的實錄：

某小組匯報：加蔗糖后觀察發生質壁分離，但準備滴加清水前觀察發現已經復原了，為什么？

師：你們小組選用的蔗糖溶液濃度是什么？

生：0.1g/mL。

師：其他同學能解釋一下嗎？

（學生思考、討論）

生1：是不是用的洋蔥細胞是死的？

生2：如果是死的，不會出現質壁分離。

生3：如果是質壁分離后死亡，這導致失水死亡的濃度也太低了吧？

生4：就算質壁分離后死亡，也不會在加清水之前復原。

生5：如果死了，加了清水也不會復原的。

師：其他小組都用的是0.3g/mL嗎？

生：我們小組選用了0.5g/mL的蔗糖溶液，結果質壁分離后滴加清水沒觀察到復原。

師：沒關系，有問題大家一起解決。根據這兩組的結果和幾位同學的發言，我們一起來梳理一下：用0.5g/mL的小組，似乎可以考慮此較高濃度下的細胞已死亡，所以滴加清水也不復原，用0.1g/mL的小組呢，為什么自動復原了？

生：……

師：蔗糖對植物細胞來說，應該是一種需要的營養物質吧！

師：按照老師的提示，大家再討論一下。

……

設問分析：

“其他同學能解釋一下嗎？”這一設問似乎會導致學生思維過于發散，但這是學生實驗過程中遇到的問題，不宜給學生提示或限制。另外，老師不能總想著趕在下課前完成上課任務，要給同學充裕的時間討論、交流——其實學生討論和交流本身就是重要的上課任務之一。最后，課后針對這一假設還要和該小組同學進行實驗證明，雖然費精力，但學生有收獲，內心就有成就感。

6.實驗結果匯報（略）

7.得出結論（略）

（四）物質跨膜運輸的其他實例和本節課堂練習（略）

四、教學反思

如果在實驗之前給同學們更充足的時間進行交流討論的話，更有利于他們探究能力的提升。實驗的探究性更體現在實施前思考的創造性上，實驗的實施不過是對思考的驗證過程。同樣，如果在實驗之后能給同學們更充足的時間進行交流討論，而不是急于進入“物質跨膜運輸的其他實例”的話，也更有利于學生探究能力的提升。所以，如果課時允許的話，建議這一內容用3個課時完成，第一課時完成實驗之前的內容，第二課時進行實驗并進行相應的討論、匯報和進一步探究，第三課時進行“物質跨膜運輸的其他實例”的教學和課堂練習。

[參 考 文 獻]

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標準[S].北京：人民教育出版社，2003.

[2]畢詩秀.蔗糖能進入植物細胞的論證[J].生物學通報，2008（1）.

[3]劉本舉.“植物細胞的吸水和失水”實驗的分析與教學建議[J].生物學通報，2013（2）.

（責任編輯：符 潔）