在初中生物学实验教学及实践作业中培养学生的核心素养

摘要：初中生物学实验教学应突出育人功能，要在保证学生掌握课堂重点知识的基础上，促进科学素养的有效提升。光合作用是绿色植物的重要生理作用，在教学这个知识点时教师要引导学生通过观察、演示实验、探究实验等多种途径探究和认识植物的光合作用这一生命过程。关键词：实验教学；实践作业；核心素养初中生物学实验教学应突出育人功能，教师要在保证学生掌握本节课重点知识的基础上，使其科学素养得到提升。光合作用是绿色植物的重要生理作用。本实验的操作步骤多，实验用具多，完成本实验的设计对学生来说是非常有挑战性的。但正因如此，对学生科学思维的培养也是十分有效的。笔者尝试引导学生实现从被动接受到主动探究的转变，使学生在完善实验方案的过程中提升核心素养。一、首次执教【环节一】放眼自然，导入新课师：“新叶伸向和煦的阳光，蚱蜢觊觎绿叶的芬芳。它们为生存而获取能量，能量在细胞里流转激荡！”蚱蜢是怎样从外界环境中获得能量的？生：取食绿色植物。师：那绿色植物是怎样从外界环境中获得能量的？生：光合作用。师：这些能量贮存在光合作用的哪个产物中呢？生：有机物。师：光合作用制造的主要有机物是淀粉，让我们来验证一下。【环节二】制订计划，实验探究1.设置对照实验师：通过前面的学习我们已经知道了“光”是光合作用的条件，可以通过控制光的有无来控制光合作用。如何围绕“光”这一变量进行实验设置？生：选取两片叶子，一片遮光，一片不遮光。师：这样是否能保证变量的唯一呢？生：可以选择同一片叶子部分遮光，部分不遮光。这样就可以避免不同叶子之间因长势不同造成的差异。师：将一片叶片从上、下两面用黑纸片遮盖起来的方案更好。正确遮光后，我们就可以将植株放到阳光下照光。2.实验原理，淀粉遇碘变蓝师：如何检测叶片是否产生了淀粉？生：可以用碘液来检验淀粉，因为碘液遇淀粉变蓝。师：在滴加碘液后需要用清水进行漂洗，否则多余的碘液也会影响我们对实验结果的观察。3.实验原理，叶绿素溶解于酒精师：叶片是绿色的，影响了我们对实验现象的观察。怎么脱去叶片中的叶绿素呢？加热酒精能加快叶绿素的溶解。由于酒精易燃、易挥发，所以不可直接在酒精灯上加热，需要进行隔水加热。最终，叶片将变成黄白色。我们从酒精中拿出的叶片能直接滴加碘液吗？生：不能。需要漂洗掉酒精。酒精也会对实验结果造成干扰。4.进行暗处理，总结实验现象师：实验前要对植物进行暗处理。经过暗处理，叶片中原有的淀粉，一部分运输到植物体其他器官，另一部分则直接在叶片中消耗掉。师：实验现象是什么？生：未遮光部分滴加碘液后会呈现蓝色，遮光部分不变蓝。【环节三】归纳总结，实验演示师：下面选择天竺葵作为实验材料，请你按照实验步骤依次演示并讲解实验操作注意事项。【教后反思】通过学生课堂反馈，笔者发现首次执教存在以下问题需要改进。一是课堂导入环节应贴近学生生活、面向全体学生。教师通过图片与诗句，让学生感受生命之美的同时分析能量是如何流动的；再从物质与能量关系入手，引出探究光合作用的产物是淀粉。鉴于不同学生的生物与文学底蕴存在差异，导入环节不能有效地激发全体同学的思考。因此，更贴近学生日常生活的情境导入，将主角“蚱蜢”替换成“我们”，就可以让每个学生都有话可谈。二是对照实验设计环节应为学生的思维发展留足空间。在教师的主持下，首次执教中实验设计的进展非常顺利，学生能在教师的点拨下逐步优化实验设计。不足之处在于阻碍了学生去主动发现问题，这样对学生科学思维的培养将大打折扣。因此，教师要大胆放手，让学生去想一想和评一评。形成从“需要我改进”到“我要改进”的思想转变。三是实验原理是学生学习过程中的一大难点，可通过模拟实验或联想生活中的现象等方式突破难点。在首次执教中笔者发现，学生对叶片中淀粉的检验这一环节引发了一些争论，主要原因是缺乏经验和理论支持。直接叙述实验原理让学生“听明白”远不如让学生“看明白”，在“看明白”的基础上才能让学生“用明白”。因此，有必要通过模拟实验来辅助这一难点的讲解。基于以上认识，笔者对教学设计进行了调整并再次执教。二、再次执教【环节一】来源生活，导入新课师：食物给我们提供了物质和能量，你经常吃的主食有哪些？生：玉米、大米饭、馒头。师：这些食物中可以提供能量的营养物质主要是什么？生：淀粉。师：这些食物来自哪些绿色植物？生：玉米、水稻和小麦。师：这些植物通过哪种生理作用制造淀粉呢？生：光合作用。师：我们能设计一个实验来验证淀粉是绿色植物进行光合作用时制造的吗？【说明】从学生每天都能接触到的食物入手，问题由浅入深，引导学生透过问题的现象看到本质，再引入到光合作用这一抽象的生理过程的探究。【环节二】制订计划，实验探究1.设置对照实验师：组内讨论，如何验证淀粉是植物通过光合作用制造的呢？生：可以通过控制光这个因素来控制光合作用。师：如何围绕光这一变量进行对照实验设置？生：方案一，选取两片叶子，要大小相似、生命力旺盛。一片遮光，一片不遮光。生：方案二，多选几片叶子，将半数叶片全部遮光，半数叶子全不遮光。除了光不同之外，水和温度等环境条件要适宜并基本相同。生：方案三，可以选择同一片叶子，用不透光的纸片将其一部分遮光，一部分不遮光。师：请其他小组的同学为以上3组设计进行点评，分别说一说优点和不足。生：方案一的优点是考虑到了叶片的选材对实验结果的影响。但是没有两片完全相同的叶子，按照方案三选择一片叶子进行对照实验是最好的。生：方案二的优点是考虑到了重复实验，提高了实验结果的可靠性。还考虑到了实验变量之外的环境因素对实验结果的影响。不足之处是对照试验还是在一片叶子的左右对应部位进行比较好。生：方案三的优点是选取了一片叶子的左右对应部位进行对照实验，排除了叶片长势，大小，新叶与老叶之间的差异等问题。如果能考虑到方案一和方案二关于叶片选取和其他环境因素的设置就好了。师：你们的点评有理有据，我同意你们的观点。一个严谨的实验设计都需要经历这样不断完善的过程。请对图片中展示的三位同学进行的部分遮光操作（见图1）进行指正。生：1号叶片应正反两面对应的部分都遮光；2号叶片不应从植物体上摘下来，这样就切断叶片的营养供给。3号叶片没有确保边缘也不透光。师：正确遮光后，我们就可以将植株放到阳光下照光了。【说明】教师将科学实验设计和主导者地位放手交给学生，先想一想自己的方案，再评一评他人的设计，培养学生严谨的科学态度和科学思维。2.实验原理，淀粉遇碘变蓝师：如何检测叶片是否产生了淀粉？生：可以用碘液。在讲玉米种子结构时用碘液验证了胚乳中贮藏了淀粉这种物质。师：请看模拟实验。你能否分辨老师在无纺布口罩上的A处和B处，哪一处涂抹的是清水，哪一处涂抹的是淀粉溶液？滴加碘液后，稍有变化。放入清水中漂洗掉多余碘液后，A处可见明显的蓝色（见图2中的左图），这一侧涂抹的就是淀粉溶液。师：滴加碘液后可以直接观察吗？生：不能。多余的碘液会让我们难以分辨颜色变化，需要漂洗掉多余的碘液。师：总结本环节需要的器材。生：碘液、培养皿、烧杯、清水等。3.实验原理，叶绿素溶解于酒精师：叶片是绿色的，显色后在绿色的遮盖下能看清吗？我们用绿色薄膜模拟叶片的颜色。可见在模拟“叶片”上盖上绿色薄膜后，观察显色情况受到了影响（见图2中的右图）。绿色影响观察效果怎么办？生：那就要先脱去叶绿素。师：如何操作呢？在草地上玩耍的孩子，衣服沾染了青草的绿色汁液，妈妈用酒精去除了绿色的污渍。你是否得到了启发？生：用酒精溶解叶绿素。师：这是一个好方法。提醒同学们，加热酒精能加快叶绿素的溶解。因为酒精易燃、易挥发，所以不可直接在酒精灯上加热，需要进行隔水加热。师：叶片中的叶绿素溶于酒精后，叶片会呈现什么颜色呢？想一想秋天的树叶中叶绿素合成减少，叶片变成什么颜色？生：黄白色。师：我们从酒精中取出的叶片能直接滴加碘液吗？生：不能。需要漂洗，要排除酒精对实验结果的干扰。4.进行暗处理，排除淀粉对实验的影响师：实验现象是什么？生：叶片未遮光部分滴加碘液后会呈现蓝色，遮光部分不变蓝。师：你同意他的观点吗？生：遮光部分也有可能变蓝。这个部位的淀粉是在遮光之前就产生的。师：怎么排除叶片中原有淀粉的干扰呢？生：可在实验前对植物进行暗处理。经过暗处理，叶片中原有的淀粉，一部分运输到植物体其他器官，另一部分则直接在叶片中消耗掉。此时，叶片中原有的淀粉全部被运走或耗尽。师：这样就可以保证检测的淀粉是实验过程中新产生的，排除原有淀粉对实验结果的影响了。【说明】教师通过“无纺布口罩”的模拟实验，用直观的方式向学生讲解了淀粉遇碘液变蓝的实验原理。该实验也使学生认同叶片的绿色确实会影响对实验结果的观察。从而激发了学生继续探究的兴趣。【环节三】归纳总结，教师演示师：选择天竺葵为实验材料，按照实验步骤依次演示并讲解实验操作注意事项。师：同学们，这是老师的实验结果（见图3），你能解释其中的原理吗？生：由于淀粉遇碘液变蓝，说明见光部分有淀粉产生。因为暗处理后叶片中已经不含有原有淀粉了，可以确定淀粉是见光之后产生的。遮光部分没有呈现蓝色，依然是酒精脱色后的黄白色，说明在无光的条件下没有淀粉产生。师：你的回答体现着严谨的科学思维。本实验的结论是？生：绿叶在光下产生淀粉，光是光合作用的必需条件。【说明】通过教师的现场操作演示实验过程，加强了学生的理解。真实可见的实验现象展示，使学生感受到了生物实验