例谈生物学科教室的实验探究功能

王景花

摘 要 通过在生物学科教室中的课堂案例展示学科教室的独特功能，以三个变量的控制为线索对比学科教室和普通生物实验室的区别。

关键词 生物学科教室 实验探究变量控制 课例

1 生物学科教室

学科教室是根据学科的特性和学生认知的规律，将传统的教师办公室、教室、实验室、实验准备室、图书馆等场馆的功能进行融合，集学科文化、学科教学（理论教学与实验教学）、学科研究、成果展示交流等功能为一体的综合性教室。学科教室改变了原来学生在一个教室里固定不动，教师到各个班级的教室授课的历史，它不是简单的功能整合，而是一种全新的教学改革与尝试，颠覆了人们对传统教室的认识与感知，引导教师展开全新的教学模式，开启学生全新的学习体验，具有更丰富的功能。学生将不再是传统教室中被动学习的个体，而成为走进学科教室主动学习的个体;教师的教学也将由传统教学的讲授者，转变成为充分开发学科教室功能、最大限度启发学生兴趣、引导学生学习的指引者。在学科教室中，教师和学生都将直接感受到由各学科带来的感官冲击，真实地享受学科乐趣，教师与学生也将从简单的“教”与“学”的关系转变为共同探索学科奥秘的同行者，亦师亦友。

2 生物学科教室的实验探究功能

生物学是一门以实验为主的研究生命现象和生命活动规律的科学，《普通高中生物学课程标准（2017年版））》在教学建议中指出：组织以探究为特点的主动学习是落实生物学学科核心素养的关键。而基于生物学科教室的探究教学，可以为学生提供充足的探究内容，为教师提供更丰富的组织探究课堂活动的载体。例如实验器材、模型、图书就在师生触手可及的地方，墙壁、桌椅、窗帘、窗台、橱柜都具有展示和交流的功能，从而营造浓厚的学科探究氛围。学生自走进生物學科教室的一刻，就进入生物学习情境，自觉主动地参与学习过程，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假说、发现规律等过程中习得知识，掌握技能，养成科学的思维习惯，形成积极的情感态度价值观，发展终身学习的能力，这是在普通实验室无法做到的。

3 以“探究光合作用需要二氧化碳”一课为例谈生物学科教室的实验探究功能

3.1 选择控制自变量

该实验的自变量是有无二氧化碳，用什么方法来控制？很多教师一般直接交代并要求学生按步骤操作控制。但是在生物学科教室中，学生在分小组讨论后，到课桌下边的壁橱里寻找所需实验材料并配制成一定浓度去进行探究。在学生寻找材料设计实验的交流中，有小组同学之间的思维碰撞、有小组同学之间的分工协作、有小组同学之间的争论雄辩、有小组间不断推翻重建方案的反复和坚定。

利用学科教室提供的资源，大多小组将对照实验设计成：用二个等体积的大塑料烧杯或容器底朝上平放作为培养植物的密闭空间，在其中一个烧杯中放一个小烧杯里面加入5 mL一定浓度的氢氧化钠溶液，在另一个烧杯中放也放一个小烧杯里面加入等量的水，以控制好自变量二氧化碳。因该实验只是定性实验，所以自变量无需量化控制一定的梯度。若少数小组用碳酸氢钠作为控制变量的物质时，教师应作出解释和分析。

在生物学科教室里完成实验自变量控制的过程中有更多让学生体验错误、寻找正确的机会，让学生理解科学真理的获得不是一蹴而就而是一个漫漫探索不断推翻重建的过程。这样有利于培养学生的科学态度和社会责任。

3.2 合法检测因变量

该实验的因变量是氧气的释放或淀粉的积累量。怎样以可行的方法来检测该变量？教师一般会直接告诉学生检测方法并准备好材料和方法，或者仅课堂演示而已。在生物学科教室，教师则要求小组部分学生从学科教室墙壁的书柜中寻找关于光合作用的探究历程的科学史进行阅读，部分学生从教室的电脑中查阅相关资料，寻找科学家们是怎样将看不到的光合作用过程用肉眼可见的方法检测出来的。

利用学科教室提供的资源，小组成员有目的地阅读查找科学探究史，有的学生与科学家的看法一致，也有的不同。各小组在争辩并实际操作新的方法后，会发现有的方法可行，有的方法不合理。利用学科教室资源，有小组创新地将实验设计成：用一根吸管一端连着注射器另一端插入塑料杯内，插口处用胶水密封。根据注射器内刻度的变化求出光合作用氧气的释放量;个别小组通过设计对植物叶片的脱色和用碘蒸气处理来观察叶片中有无淀粉的产生，还有的小组将传感器应用到检测变量上，这些方法从理论上来讲都是可行的。

在生物学科教室完成实验因变量的检测可以帮助学生主动查找，存同求异，另辟蹊径。这样可以让学生在真理的寻找过程中学会借鉴但不随从不盲目认同，有利于培养学生的求异思维品质。

3.3 平衡消除无关变量

该实验中所涉及的除二氧化碳之外的可能影响到光合作用的所有因素都是无关变量，需控制在最适宜的条件下以平衡消除其对实验的干扰。普通的生物实验室是无法做到的，只能尽量控制定性实验，而在生物学科教室中因为有更多的选择和条件可以让学生不断重复对比而消除。如实验中通过对吸管插口处的气密性、光合作用密封环境的大塑料杯的气密性和稳定性、光合作用的绿色植物种类、生理状况的研究等无关变量控制等。各小组自由畅想如何将实验设计得更为理想，都能游刃有余地重组实验装置，得心应手地将设计和组装合二为一。

利用学科教室提供的资源，经过争论思辨推翻重建，各小组统一将倒置的大塑料杯放入更大的托盘中，并在托盘中加入一定量的水，以隔绝空气，防止空气的干扰，为了防止大塑料杯在水中浮起，在上面的杯底放置几块鹅卵石固定以保证其稳定;大塑料杯一侧开一个小口用AB胶粘住开口处插入的吸管和针筒，并通过气泡法进行了气密性检测以确保光合作用产生的氧气来源的可靠性。

在生物学科教室完成实验无关变量的控制可以设计更多的方案，通过更精密的仪器，进行更完美的实验操作，让学生在反复设计和实验中获得科学探究思维等核心素养。

3.4 选择材料是关键

光合作用的材料用什么好呢？教科书中说天竺葵是好材料，也有人说薄荷苗也是实验的好材料。就在学生一筹莫展时，在教师的指引下，学生欣喜地发现在学科教室旁边的绿植培养坊中有大片的天竺葵和薄荷正在向他们招手呢！学生在将材料进行了一段时间的暗处理后，按照自己的设计成功地将它们转移到大塑料杯中进行一段时间的适宜光照处理。为了防止实验组因为光合作用旺盛导致二氧化碳的不足，进而影响到实验结果也是和实验组自身前后实验的对照，教师演示了实验组在针筒活塞不发生移动之后，又同时向两组大塑料杯内通入二氧化碳之后的情形。这样进一步验证了光合作用需要二氧化碳的真实性。

利用学科教室资源对1773年英国科学家普利斯特利的著名实验进行再探究能使学生了解实验设计的基本方法和步骤;对其进行改进能培养学生的实验设计自信和科学思维;对其进行延伸和操作以培养学生科学实验的行为品质。同时，对学生利用多媒体搜索、鉴别、选择运用和分享信息，完善实验操作技能等学科素养的发展也有强大的推动作用。

参考文献：

李能国，戴舒王月.基于学科教室的生物学课程设计.生物学教学，2016，（9）：13-14.