基于项目式教学策略的高中生物实验

叶鹏海 黄江芸 许晓婷

摘要：以改进渗透实验装置为例，探讨项目式教学在高中生物实验教学的应用。本项目以真实问题为实验情境，小组合作探究改进渗透实验装置，以期达成科学探究的培养，同时提升学生综合运用知识的能力。

關键词：渗透作用;项目式教学;探究活动

中图分类号：G633.91 文献标志码：B

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》指出教学过程重实践，即通过探究活动加深学生对生物学概念的理解，提升学生综合运用能力。项目式学习是一种以学生为中心的教学方法，强调学生在真实的情境中，通过问题驱动组织开展探究活动，学生通过交流合作的学习方式解决问题，最终展示分享研究成果。下面以人教版高中生物必修1中“渗透实验装置”为例，借助项目式教学法，以实验真实问题为情境，指引学生小组合作开展探究活动，以期提高学生科学思维、科学探究和社会责任的学科核心素养。

1亲历实验，发现问题

实施渗透作用实验的过程中，学生发现了现有实验装置的漏斗口直径太大，与半透膜连接后密封性差（图1），进而产生改进装置的想法。

2悟透原理，制定目标

2.1理解原理

①渗透作用指两种不同浓度的溶液隔以半透膜，水分子或其他溶剂分子从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的现象。

②葡萄糖中含有醛基，能与银氨溶液和新制的氢氧化铜反应产生银镜和砖红色沉淀;蔗糖中不含醛基，含的是酮基，不能使银氨溶液或新制的氢氧化铜产生银镜或砖红色沉淀，可以鉴定配制的蔗糖溶液中是否含有葡萄糖。

③溶质不允许透过半透膜，以维持半透膜两侧的浓度差。因此，溶质必须加以选择。

2.2制定目标

从缩短实验时间、简便实验操作、使实验结果更明显出发，改进渗透实验装置。各小组可以从不同角度（半透膜种类、漏斗替代材料、溶液种类）对该实验进行改进，并以提供实物成果（实验装置）为最终的目标。

通过“信息收集→小组内讨论→小组间交流→师生交流”的环节，各小组初步确定了研究方向：①鉴定透过半透膜的溶质是二糖（蔗糖），还是单糖（葡萄糖、果糖）？②寻找蔗糖的替代材料。③寻找半透膜的替代材料。④研究漏斗的使用方法并寻找漏斗的替代材料。根据这四个研究项目，学生分成了与项目对应的4个学习共同体（甲组、乙组、丙组、丁组）。

3谨慎分析，协同设计

项目教学法通常是在一个短时期内、较有限的空间范围内进行的，并且教学效果可测评性好。教师可以根据学习者确定的创新目标提供可行的创新方向和思路的指导，发挥引导作用。针对不同方案，教师可设置不同的问题，通过向型追问引导学生对实验的可行性进行分析：如何区分蔗糖、葡萄糖和果糖？蔗糖的替代材料需要具备哪些条件？半透膜的替换材料有哪些？如何获得？漏斗的替代材料应该具备哪些特征？

3.1实施可行性

学生对自己设计的方案表现出极大的热情，提出了很多好的建议和要求。通过不断优化方案，为顺利获取预期结果充分准备。

例如，乙组根据初次实验观察到蔗糖溶液中的物质会透过半透膜，推测是蔗糖分子比半透膜的直径小导致的，需要用更大的分子代替。学习小组最后从实验材料获取、成本和安全性综合考虑，选择了淀粉溶液代替蔗糖溶液。

3.2技术可行性

学生具备简单的物质鉴定、玻璃仪器使用和实验结果记录的能力。但是由于学生的实践经验较少，技术可行性的预估不一定准确，因此只能在实践经历中慢慢积累这种能力。

例如，丙组希望找到半透膜的替代材料，通过论文检索，发现用鸡蛋膜、海带膜、猪膀胱膜作为半透膜进行实验的案例。从材料获得和成本综合考虑，小组决定采购鸡蛋，剥取鸡蛋膜。事实上，在实际操作过程中，由于鸡蛋膜薄且脆弱，很难获得面积足够大的完整鸡蛋膜，最终影响了该小组实验的开展。

3.3经济可行性

所需的仪器都是实验室基本配备的，材料采购成本也不高。因此，“改进渗透作用装置实验”这项活动能作为校本活动长期开展。

4分工合作、制造模型

学生设计了详细的方案后，开始进行实际制造过程。考虑到设计和制造之间的差异性，一旦在制造过程中出现无法解决的问题，必须进行设计的修改。项目教学法由学生与教师共同参与，学生的活动由教师全程指导，有利于学生集中精力练习技能。

实验准备时，一部分学生从实验室挑选实验仪器，另一部分学生准备实验材料。实验进行过程中，一部分学生操作、一部分学生记录实验结果。最后，学生共同分析实验结果得出结论。

乙组将淀粉直接溶于水，发现淀粉溶解度较低，实验现象不明显。因此，提出问题：如何提高淀粉的溶解度？小组通过各种途径查阅资料，得知淀粉在加热的状态下溶解度高。因此使用磁力搅拌器，配置了质量分数为3%的淀粉溶液。实验现象显示，水柱液面上升快，实验结果明显。但是配制3%的淀粉溶液比配制蔗糖溶液复杂，延长了实验准备时间。

由于鸡蛋膜非常薄，丙组在剥取鸡蛋膜时均以失败告终。接着，小组比较海带和猪膀胱的价格后，放弃了价格比较昂贵、保存较难的猪膀胱，选择海带进行尝试。市场上的海带种类较多，通过调查、咨询，选择完整的（未经切割的）盐腌渍的海带。但是剥取海带最尖端的一小片膜也有较高的难度。于是，该小组成员出现了分歧。有的学生认为应该多多练习，坚持从鸡蛋或海带中获得半透膜;有的学生认为应该寻找新的方法。此时，教师应适当地鼓励和引导学生。在这个过程中，学生通过亲历、体验科学家的发现历程，可以深切地领悟科学家锲而不舍的科学精神和科学研究过程的艰辛。

丁组在研究漏斗的使用方法和寻找漏斗的替换材料时，发现原有装置最大的弊端是漏斗口直径太大，与半透膜连接后密封性差。因为医用点滴管的直径小，可能液面上升更快，所以选择用医用点滴管代替漏斗。但实验后发现点滴管太轻，整个装置浮在清水上、漂浮不定，不利于渗透作用进行和结果观察。最后认为，玻璃漏斗最适合。在确定目标后，丁组创新地将漏斗正放，在漏斗出口处用橡皮筋紧扎半透膜（图2）。这样既可以方便注入蔗糖溶液，又能控制蔗糖溶液的液面，使之与烧杯中的液面持平。

5分享结果、深度思考

当完成了自己认可的创新作品以后，教师需要鼓励学生分享作品。通过分享，学生喜欢上创新，同时通过分享中的观众交互，反思作品的进一步改进。

5.1分享结果、综合运用

四个小组分别介绍阶段研究成果。接着，教师追问：“针对x小组的介绍提出你的想法和建议。你能设计一个更优化的方案吗？”小组之间互相质疑、提问、解答。这样有利于学生提高表达与交流能力，培养学生的批判性思维，帮助各小组对现有方案进行修改、完善。

各组展示模型后，从装置材料获取、组装时间、反应时间、创新性等方面进行综合评价，选出较优装置。甲组和乙组实验结论：使用蔗糖溶液比使用淀粉溶液方便。丙组实验结论：采购玻璃纸作为半透膜。丁组实验结论：玻璃漏斗正放，并将玻璃纸扎成囊状，以增加蔗糖溶液与玻璃纸的接触面积。最后，综合各小组的研究成果，形成本次活动的最终成果（图3）。

5.2深度思考、综合运用

项目教学法注重理论与实践相结合。要完成一个项目，必然涉及如何做的问题。这就要求学生从原理开始入手，结合原理分析项目、订制工艺。而实践所得的结果又会引发学生思考：是否是这样？是否与书上讲的一样？

在深度思考后，学生提出了更多相关的研究项目，如探究改变淀粉溶液浓度对液面上升速度的影响、探究半透膜两侧浓度差对渗透作用速度的影响、探究利用透析袋改进渗透作用装置的效果、探究改变溶液颜色利于观察的方法、探究利用u型管观察渗透作用的装置改进。同时，学生也关注到医疗上使用的透析装置，并希望制作模拟血液透析装置。

6项目式试验教学的重要性

本项目设计真实问题情境，将抽象的渗透作用与生活情境关联。学生在项目活动过程中体验知识的获得过程，彻底改变以往被动接受知识的局面，激发了学习的动力。学生通过查阅资料获取事实性知识，并利用实验装置进行科学探究与论证，学生的思维不断从低阶思维向高阶思维发展。