人教版初中生物八上第四章第五节：论证探究式教学模型在初中生物学实验教学中的应用——以探究“酵母菌发酵原理”为例

人教版初中生物八上第四章第五节：论证探究式教学模型在初中生物学实验教学中的应用——以探究“酵母菌发酵原理”为例 1、 实验基本信息 （1） 教材分析 本实验选自人教版初中生物学八年级上册第五单元 第四章 第五节人类对细菌和真菌的利用，在本节中主要是通过一个观察酵母菌发酵现象的演示实验，以及通过制作米酒的过程，让学生直观感受酵母菌使食品发生的变化。 （2） 课标分析 《义务教育生物学课程标准（2022年版）》中，学习主题（七）生物学与社会·跨学科实践是生物学课程内容体系不可缺少的一部分，属于学科课程内的必修内容，与前6个主题相互融合，利用不同学科的知识对前6个主题内容进行拓展，又反过来强化学生对这些主题的理解。这一学习主题的【学业要求】提出，学生应系统地模拟或构建生命现象，迭代优化材料和条件，最终得到最佳的实践方案。 （3） 学情分析 在学完这节内容后，学生针对本节课的实验，提出了疑问：1.如何证明气球中的气体一定就是二氧化碳呢？2.课堂中隔夜的酵母菌培养液发出的特殊气味好像是醪糟味，与生活中用到的消毒酒精味道不同，如何证明这个气味是酒精发出的呢？我认为学生既是问题的发现者和提出者，也可以是问题的解决者。 2、 实验教学目标 学生问题的解决过程是关联课堂与真实世界的切入点，为了让教材中的知识“落地”，基于课标中的学习要求，提出了本次跨学科实验的实验目标： 第一，根据资料，设计可行的实验方案并实践； 第二，将实践过程中的实验设计、原理、现象、结论等用PPT直观地呈现和讲解； 第三，通过自评和他评，反思实验中的不足，再通过不断改进，形成最佳实验方案。并且在达成实验目标的过程中，发展学生的生物学核心素养。 3、 实验设计思路 为了达到实验目标，从学生的兴趣点出发，将用论证探究式教学模式开展本实验，实验的阶段做了部分改进，如图1所示： 图1 基于论证探究式教学模式实验思路框架图 阶段1，教师引导学生明确实验任务；因为初二学生查阅资料和信息检索能力有限，在阶段2中，教师提供提示资料；阶段3，学生根据教师提供的资料，结合自己的思考，小组设计实验并进行探究；阶段4，学生将探究的实验在班上展示，提出相应的结论；阶段5，其他同学和教师对其进行评价，展示的小组可进行反驳，如果反驳不合理，将反思改进方向，回到阶段2，如果反驳合理，则到阶段6，论证构建。在本实验中，学生经历了2次实验改进，一共进行了3次探究实验。 4、 实验教学过程 具体实验教学过程如下： 阶段1，教师引入发面现象以及酿酒过程，在这些发酵食品的制作过程中，都会用到酵母菌这种真菌，接着引导学生思考酵母菌的发酵原理，确定探究任务。 阶段2，根据学生提出的两个问题，教师提供的资料1和资料2是七年级上册和本册已学过的二氧化碳检测方法，也是化学知识：利用二氧化碳具有使澄清石灰水变浑浊的特性。资料3衔接到高中知识：利用酸性重铬酸钾检测酒精。学生在设计实验的过程中利用了澄清石灰水，却没有用到酸性重铬酸钾，原来他们根据生活中观察到的交警查酒驾时，用了酒精检测仪检测酒精的现象，认为直接用酒精检测仪检测，数据更为直观，所以这里用了家用的酒精检测仪。 第1次探究实验器材和实验原理如图2所示，具体实验过程由学生展示。实验展示后，同学和老师认为该实验的优点是：可以对二氧化碳、酒精定性，并且酒精可以初步定量，并且实验易操作，实验现象明显。为了实验更加严谨，教师提出引导问题：酿酒需要密封，而发面不需要， 两者发酵环境的区别是什么？学生很快反映出有氧和无氧的环境，所以该实验的不足也是不能区分有氧和无氧条件下酵母菌发酵的区别。学生反思后，提出改进方案：设置有氧和无氧的对照实验。 图2 第1次探究实验器材和实验原理 实验回到阶段2，教师提供的资料1中，是七年级上册学习的呼吸作用的有关概念，初中阶段主要掌握的是有氧呼吸，但也通过“小资料”简单介绍了无氧呼吸，由此将酵母菌的发酵原理与酵母菌的呼吸作用建立了联系。在此基础之上，教师提供资料2，也就是高中生物学必修一《分子与细胞》中，有关“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验，从中学习该实验中实验材料的选择、实验原理的运用，以及实验装置的设置。但是初二学生还未系统学习化学，氧气的制备，实验装置原理的理解的对于学生来说难度较大，并且高中教材中的实验时间大约需要8—10小时，因此教师提供资料3，利用过氧化氢酶促进过氧化氢分解产生氧气，以及资料4，实验装置的素材，学生在此基础上，进行实验改进后，简化了实验装置及缩短了实验时间。 第2次探究实验器材和实验原理如图3所示，具体实验过程由学生展示。展示完毕后，有学生评价：通过设置有氧和无氧条件进行实验，可以区分出酵母菌在不同条件下发酵产物的区别。但也有同学提出：酒精的产生可能与有氧条件和无氧条件无关，因为无氧发酵时间比有氧发酵更久， 所以无氧组检测出来的酒精可能与时间长短有关，实验不遵循对照实验单一变量原则。展示学生反思，能否在相同时间内，直观测定出有氧组和无氧组中气体变化。 图3 第2次探究实验器材和实验原理 再次回到阶段2，教师提供传感器的使用、电脑软件的使用、数字化实验的相关资料，因为学生是第1次接触，也没有相关实验的经验，因此，教师还提供了相关实验的论文资料。实际上，第3次的探究实验，我对学生的预期是能还原论文实验就已经是非常成功了，但没想到，学生在实验设计中同样提出了他们的想法：比如三口烧瓶改为四口烧瓶，留出倒液口、装置的气密性、实验材料的配比、实验数据的比较等等，并且经过多次尝试后，成功完成了探究实验。 第3次探究实验器材和实验原理如图4所示，具体实验过程由学生展示。在前面实验优点的基础之上，形成最佳的实验方案：1.引入传感器记录气体浓度变化，增加了实验的可信度；2.避免时间因素对实验的影响，保证了对照实验的单一变量原则。得到初中阶段来说，较为准确的实验结论。 图4 第3次探究实验器材和实验原理 到达阶段6，实验后依据得到的实验结论，分别让学生用酵母菌的发酵原理解释生活中的发面原理以及酿酒原理。并且利用我们学校门口的就有的酿酒工坊的优势，让学生去进行了调研，将实验中的酵母菌发酵原理与生产生活进行了联系，学生的反映都非常热烈。 5、 实验创新点与效果评价 （1） 教学模式改进 运用改进后的论证探究式教学模式开展本实验，具有注重科学思维、培养探究能力、评价驱动发展等优点。 （2） 实验装置的优化 实验装置的优化有助于缩短实验时间，操作简单，更重要的是在这个过程中实验对发酵产物二氧化碳和酒精 可以从定性到定量。运用现代化技术得到实验数据，从而更直观、简洁地呈现实验结果，这也有助于学生适应于信息化、数字化的社会。学生在实验过程中，迭代形成方案，装置的设计与成功，帮助学生建立严谨的科学思维、提升探究能力的同时，也提高了自信，愿意尝试挑战下一个跨学科难题。 （3） 跨学科融合 跨学科融合打破了学科之间的界限，将科学视为一个整体，将生物、化学、信息技术的知识、技能与思维方式在具体情景下有机结合，更有利于学生探索与解决问题。 通过以上三点实验创新，能够促进生物学核心素养的达成，实现综合育人价值。 以上就是我本次说课的全部内容，谢谢。 学科网（北京）股份有限公司 $$