科學(xué)思維觀念下對(duì)植物蒸騰作用實(shí)驗(yàn)的一點(diǎn)思考

蔣紅

摘要 在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)對(duì)植物蒸騰作用的實(shí)驗(yàn)類型、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)裝置等方面進(jìn)行改進(jìn)、優(yōu)化和創(chuàng)新，使生物學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)思維緊密結(jié)合在一起，有效地發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力。

關(guān)鍵詞 科學(xué)思維 初中生物實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào) G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

科學(xué)思維是生物核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，是指為了正確認(rèn)識(shí)客觀世界所具有的思辨模式和認(rèn)識(shí)方法，它是連接實(shí)踐與理論的橋梁，是符合認(rèn)知規(guī)律、遵循一定邏輯規(guī)則，并能夠達(dá)到正確認(rèn)識(shí)結(jié)果的思維。它是科學(xué)探究的重要組成部分，也是形成生命觀念的重要途徑。一些概念的形成需要運(yùn)用科學(xué)思維方法。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不僅要使學(xué)生獲得生物學(xué)知識(shí)和具備實(shí)驗(yàn)技能，還要注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的習(xí)慣。就目前初中生物的部分教材中有些實(shí)驗(yàn)可能因?yàn)楦鞣N因素的影響，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及教學(xué)效果并不理想。所以，教師在教學(xué)過(guò)程中要深入研究，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維，真正落實(shí)生物核心素養(yǎng)。

江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社義務(wù)教育教科書(shū)生物學(xué)八年級(jí)上冊(cè)第十八章“生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定”第一節(jié)“綠色植物與生物圈的水循環(huán)”中介紹植物通過(guò)根從土壤中吸收的水分，除供生命活動(dòng)需要以外，大部分通過(guò)蒸騰作用散失到大氣中，接著設(shè)置了演示實(shí)驗(yàn)測(cè)定“植物的蒸騰作用”。

1 蘇科版教材中關(guān)于植物蒸騰作用實(shí)驗(yàn)的具體描述

選取兩支粗細(xì)相近的紙條，一枝保留葉片，一枝將葉片去掉，分別插入兩個(gè)錐形瓶?jī)?nèi)，盡量接近瓶底。枝條漏出瓶外的部分用塑料袋罩住，袋口扎緊。兩個(gè)瓶?jī)?nèi)水的液面高度一樣，液面上加適量食用油，防止水分的蒸發(fā)，然后在瓶壁上做標(biāo)記。將它們放到有陽(yáng)光的地方，約3h后，觀察發(fā)生的變化。

教師提出問(wèn)題：比較兩個(gè)瓶?jī)?nèi)水的液面高度有沒(méi)有變化，你能說(shuō)明其中的原因嗎？分析上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，你得出什么結(jié)論？

2 對(duì)該實(shí)驗(yàn)的思考

從實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中，不難看出實(shí)驗(yàn)的目的為了證明植物存在蒸騰作用的現(xiàn)象，而且葉是植物蒸騰作用的主要器官。但運(yùn)用學(xué)科核心素養(yǎng)中科學(xué)思維的觀念，仔細(xì)斟酌這個(gè)實(shí)驗(yàn)，就有許多需要值得商榷的地方。

2.1 改變實(shí)驗(yàn)類型，培養(yǎng)科學(xué)思維

教材上設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)是測(cè)定植物蒸騰作用的演示實(shí)驗(yàn)。教師演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，思考教師提出的問(wèn)題，得出結(jié)論：植物具有蒸騰作用的，并且與植物的葉有關(guān)。

演示實(shí)驗(yàn)是一種教學(xué)方法，是教師通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示，引導(dǎo)學(xué)生觀察、比較分析，從而認(rèn)識(shí)事物的性質(zhì)和變化規(guī)律。教師應(yīng)充分發(fā)揮演示實(shí)驗(yàn)的作用，使學(xué)生全面觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，促使學(xué)生將形象思維轉(zhuǎn)化為抽象思維，形成準(zhǔn)確的概念和理論。

但在實(shí)際的課堂教學(xué)中，有很多因素會(huì)影響演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，如教室里的學(xué)生很多，全班所有的學(xué)生不可能都看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;有些實(shí)驗(yàn)像蒸騰作用實(shí)驗(yàn)需要提前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作準(zhǔn)備，才能在課堂上觀察現(xiàn)象。這樣就變成了教師講操作，學(xué)生聽(tīng)和被動(dòng)地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。學(xué)生沒(méi)有參與，思考得少，既不利于學(xué)生對(duì)生物實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的本質(zhì)進(jìn)行探索，也不利于學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)。因此，教師要多將一些演示實(shí)驗(yàn)變?yōu)閷W(xué)生可操作的探究性實(shí)驗(yàn)。

探究性實(shí)驗(yàn)是一種認(rèn)知活動(dòng)，通過(guò)對(duì)日常生活中一些現(xiàn)象進(jìn)行觀察，提出探究問(wèn)題、假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)探索、分析得出結(jié)論，以形成科學(xué)概念。它不僅關(guān)注“正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果”。更重要的是使學(xué)生經(jīng)歷探究過(guò)程，獲取知識(shí)和技能，加強(qiáng)科學(xué)思維及科學(xué)探究的能力。探究性實(shí)驗(yàn)也可以培養(yǎng)學(xué)生的非智力因素，如興趣、意志等的重要方式，完全符合現(xiàn)階段生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)所提倡的重視學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程及科學(xué)思維方式的培養(yǎng)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力及解決問(wèn)題的能力。當(dāng)然探究性實(shí)驗(yàn)也有一定的局限性，時(shí)間可能會(huì)持續(xù)的比較長(zhǎng)，這可能也是大部分教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不愿開(kāi)展的一個(gè)重要原因。

2.2 精選實(shí)驗(yàn)材料、注重思維態(tài)度的嚴(yán)謹(jǐn)性

教材上選取了兩支粗細(xì)相近的紙條作為實(shí)驗(yàn)材料，一枝葉片保留，一枝剪掉葉片。這樣的選擇和處理實(shí)際上是有問(wèn)題的，這種狀態(tài)和自然條件相差較遠(yuǎn)。首先，正常情況下植物不可能直接生活在自來(lái)水中;另外，植物吸收水分的主要器官是根，用枝條直接插在水中，不能正確地反映植物吸收水分的器官，會(huì)與學(xué)生先前已經(jīng)建立起來(lái)的概念形成一定的偏差。教師只有從實(shí)際出發(fā)，才能反映事物的本質(zhì)和規(guī)律。保證科學(xué)思維的嚴(yán)謹(jǐn)性。

所以在材料選擇上，教師盡量要貼近自然，才能使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加具有說(shuō)服力，使學(xué)生獲得的概念也更加科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)。針對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，不妨可以選取三棵長(zhǎng)勢(shì)、大小差不多的盆栽植物，一棵不做處理，第二棵去掉一半葉片，第三棵去掉全部葉片?；蛘呖梢赃x取三棵長(zhǎng)勢(shì)、大小差不多的水培植物，一棵將葉片全部去掉，第二棵去掉一半，第三棵葉片全部保留。然后，讓它們生長(zhǎng)在干凈的玻璃容器中（如試管、錐形瓶等），玻璃容器中裝入等量的無(wú)土栽培培養(yǎng)液。第二種方案用到了玻璃容器，更有利于學(xué)生進(jìn)行液面變化的觀察，歸納總結(jié)植物蒸騰作用的相關(guān)知識(shí)。

2.3 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置，發(fā)展學(xué)生思維的發(fā)散性

優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置是為了方便實(shí)驗(yàn)操作、縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間、增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果。學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)化有助于豐富學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)并提升探究能力。明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有助于學(xué)生歸納和概括出一般概念和原理，發(fā)展科學(xué)思維能力。

教材上針對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)提出了一個(gè)問(wèn)題：比較兩個(gè)瓶?jī)?nèi)水的液面高度是否發(fā)生變化？但教材上用來(lái)放枝條的實(shí)驗(yàn)裝置是錐形瓶，錐形瓶橫截面比較大，3h內(nèi)的變化不是特別明顯，需要足夠長(zhǎng)的時(shí)間才能看到明顯的變化。另外即使變化了也沒(méi)有具體的數(shù)據(jù)來(lái)定量的表示。所以在實(shí)驗(yàn)裝置的準(zhǔn)備中，教師可以選擇橫截面相對(duì)較小的試管作為容器，同時(shí)可以在試管壁上貼上刻度標(biāo)尺。這樣學(xué)生不僅能清楚地看到液面發(fā)生的變化，并且還能通過(guò)具體的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，從而有助于得出科學(xué)的結(jié)論。

教師在引導(dǎo)學(xué)生優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置的過(guò)程中，始終要堅(jiān)持不急于指思路、拋答案，而是給出相關(guān)的信息，調(diào)動(dòng)他們的想象力和發(fā)散性思維，逐步培養(yǎng)他們的科學(xué)思維能力和科學(xué)思維方法。

2.4 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)材料，發(fā)展學(xué)生思維的創(chuàng)造性

創(chuàng)造性思維是指產(chǎn)生新的思維成果，具有獨(dú)創(chuàng)性的思維。它不是與生具有的，而是后天認(rèn)真思考，培養(yǎng)鍛煉出來(lái)的。教師在教學(xué)過(guò)程中需創(chuàng)設(shè)有利的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲。

教材上將體內(nèi)的水分釋放出來(lái)是通過(guò)觀察套在有葉子枝條的塑料袋上有無(wú)小水珠，測(cè)得植物蒸騰作用。比較有葉的塑料袋上有小水珠、無(wú)葉的塑料袋上沒(méi)有小水珠，從而歸納出植物的蒸騰作用與植物的葉有關(guān)。但是現(xiàn)象是否明顯還與塑料袋的質(zhì)量有關(guān)系，不是很透明的塑料袋現(xiàn)象觀察不怎么明顯。所以，教師在實(shí)驗(yàn)中為學(xué)生準(zhǔn)備了浙教版科學(xué)八年級(jí)下冊(cè)書(shū)上提到的氯化鈷試紙。該試紙干燥的時(shí)候呈現(xiàn)藍(lán)色，遇到水分會(huì)呈現(xiàn)粉色。面對(duì)新材料，如何使用？為什么要這樣做？還有沒(méi)有其他方法？這些問(wèn)題的提出和解決更能體現(xiàn)學(xué)生在自主探究實(shí)驗(yàn)中的創(chuàng)造力和科學(xué)思維能力。

有的小組提出用回形針直接將氯化鈷試紙夾在葉片上。有的小組則提出直接用手將氯化鈷試紙按在葉片上。但通過(guò)嘗試學(xué)生發(fā)現(xiàn)手上的汗水及空氣里的水分也會(huì)使試紙顏色發(fā)生變化。這些因素會(huì)干擾到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。此時(shí)學(xué)生就需要科學(xué)思維，大膽嘗試。經(jīng)過(guò)反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，學(xué)生覺(jué)得把回形針固定的葉片放在塑料袋中，塑料袋排除空氣，或者用保鮮膜將氯化鈷試紙和葉片緊緊的包裹起來(lái)。這兩種方法不僅可以排除外界因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，也能獲得實(shí)驗(yàn)效果。通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)方案，學(xué)生觸類旁通探究了植物的蒸騰作用是否與莖有關(guān)。意外的是有些小組將葉片的上下表面都貼了氯化鈷試紙，發(fā)現(xiàn)上下表皮散失的水分不一樣多。這樣的創(chuàng)新舉動(dòng)使學(xué)生有了新的發(fā)現(xiàn)，新的發(fā)現(xiàn)又刺激學(xué)生進(jìn)行新一輪的探究即上下表皮散發(fā)的水分不一樣的原因是什么？

正如我國(guó)著名數(shù)學(xué)家華羅庚所說(shuō)：“‘人之可貴在于能創(chuàng)造性地思維”。學(xué)生和教師共同利用創(chuàng)新材料，形成最優(yōu)方案，這種通過(guò)實(shí)驗(yàn)與思維緊密結(jié)合的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，激發(fā)了學(xué)生探究熱情和創(chuàng)造力，使課堂更加精彩。

教材具有一定的引領(lǐng)作用，但可能由于編制的時(shí)間有點(diǎn)長(zhǎng)，一些實(shí)驗(yàn)可能受材料和其他干擾因素的限制，使實(shí)驗(yàn)效果不理想。教師在教學(xué)中要不斷更新教育理念，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)思考。只有教師對(duì)實(shí)驗(yàn)不斷地思考、探究，才會(huì)有學(xué)生的探究，才能使學(xué)生在探究中理解科學(xué)概念，在解決問(wèn)題中養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣。

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