创设情境，注重合作，珍惜“意外”
—例谈“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验教学
《探究酵母菌细胞呼吸的方式》是人教版高中生物教材中的一个探究实验，是发展学生的探究能力，培养学生生物科学素养的良好素材。对探究性实验来说，问题的提出是基础，实验设计是灵魂，进行实验是抓手，3个环节缺一不可。但是，由于受探究时间的限制，教师往往在教学过程中不能完整地实施这3个环节。因此，如何有效组织教学，就变得非常重要。
1 创设生活情境，提出探究问题并作出假设
1.1课外活动为课堂教学做铺垫
教育家杜威认为，生活和经验是教育的生命线，离开了生活和经验就失掉了教育。因此，创设学生熟悉的生活情境，从学生的实际生活中引入生物学问题，将生物学理论知识与生活实际相结合，才能让学生产生浓厚的学习兴趣，主动投入到探究。
本节的核心是围绕酵母菌展开的，教师可联系实际，利用酵母菌在生产实践中的应用中导入新课，并为提出问题做铺垫。让甲小组课前自制葡萄酒，乙小组课前实地调查米酒酿制厂，并在课堂上派代表汇报结果。甲小组的同学汇报自制葡萄酒的过程：“将葡萄粗略地冲洗一下，但不要洗得太干净（因为皮上有野生酵母菌），然后将葡萄塞出瓶中，盖紧瓶盖，放在温暖的地方让它发酵就可以了。”甲小组汇报完毕后在课堂上展示葡萄酒，拧开瓶盖后，学生们能感觉有气体的冲出并闻到了浓郁的酒味，根据生活经验可以推测瓶中有CO2和酒精的产生。乙小组的学生汇报了实地考察酿造厂的感受：“在酿制米酒的过程中，要先在蒸好的米饭中挖一个洞，让酵母菌与O2充分接触，从而使其在有氧条件下更好地繁殖，过一段时间当水没过米饭后，酵母菌就开始发酵了。”
1.2从生活情境中提出问题并作出假设
如何引导学生提出有价值、可探究的问题是探究教学中的难点。如果不重视这一环节，仅仅参考教材中的案例和参考资料，会使实验的探究性大打折扣。因此，在创设的情境中，教师可引导学生讨论并提出想探究的问题，然后仔细分析，一起筛选出具有探究价值并能以在课堂中探究的问题。例如，让学生联系酵母菌的两个应用，想一想关于酵母菌细胞呼吸的方式，有什么想探究的问题，并尝试做出假设。各小组提出问题后进行组间交流，如酵母菌在有氧和无氧条件下是否都能进行呼吸作用？CO2是酵母菌在什么条件下产生的？酒精是酵母菌在什么条件下产生的？酵母菌在有氧和无氧条件下产生的CO2是否一样多？学生根据已有的生物学知识和生活经验，尝试做出各种假设。
2 在合作中设计实验方案并在交流中完善
2.1明确实验中的变量
检验假设的正确与否，要通过实验来证明，因此实验设计是整个实验最关键的环节。实验方案是否可行，直接决定实验能否顺利完成以及实验结果的可靠性。要科学设计实验，首先要明确实验设计的原则及如何确定实验的变量控制。教师可引导学生先通过小组讨论：实验的变量以及控制变量的方法，小组内达成共识后派代表交流。例如，自变量是有无O2，对照可设置为有氧组和无氧组；因变量是细胞呼吸的产物，可选用澄清石灰水来检验CO2的生成，根据浑浊程度可判断CO2的多少，可选用酸性重铬酸钾溶液来检验是否有酒精的生成；无关变量有温度、各试剂以及酵母菌的用量等，根据实验设计的单因子变量原则，各组的无关变量应保持一致。
2.2小组合作设计实验方案，组装实验装置
给学生提供实验中可能会用到的材料，然后让学生以小组合作的形式自行设计实验方案。本实验中可能用到的材料及仪器如下：
材料及仪器：活化的酵母菌、5%的葡萄糖溶液、10%的NaOH溶液、澄清的石灰水、酸性重铬酸钾溶液、MnO2（催化剂）、5%的H2O2溶液、热水、食用油、锥形瓶、烧杯、胶头滴管、试管、洗耳球、注射器、玻璃棒等。（说明： CO2可使澄清的石灰水变浑浊，根据浑浊的程度可判断CO2产生量的多少。橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色。）
在讨论过程中，教师引导学生先在纸上简要画出实验装置的示意图，当小组内达成共识后开始组装实验装置。教师在巡视时，给学生及时的指导，并将学生的实验（正确的或错误的）用摄像机拍摄下来，便于学生交流。
2.3展示交流，相互评价，完善实验装置及方案
在展示环节，教师可将学生搭建的实验装置的照片用PPT进行展示（图1），并由该组成员实验装置及实验方案进行汇报。例如，一位学生汇报的主要内容如下：（1）如何控制有氧无氧的条件；（2）分组的作用；（3）产物如何检验等。在一个小组汇报完毕后，其他各小组评价。例如，针对有氧呼吸的装置，有学生提出：NaOH是否能彻底吸收掉空气中的CO2呢？如何证明？如何能最大程度地通入O2？在气温较低的情况下，如何提高酵母菌的呼吸速率等问题，教师要及时捕捉学生思维的火花，保护并鼓励他们这种质疑精神。教师可组织学生充分讨论，尝试提出改进的方案并给予一定的点评与指导，如可在盛放NaOH的锥形瓶后连接一个含有澄清石灰水的锥形瓶检验空气中的CO2是否已被吸收干净；可用MnO2催化H2O2分解来制备O2；可用水浴法给酵母菌提供合适的温度，加快其呼吸速率，节省实验的时间等。通过交流，学生不仅完善了设计方案，而且提高了探究的能力。
图1
3小组合作共同实施方案
3.1 小组合作，进行实验
学生分组进行实验，在学生进行实验操作过程中，教师应巡回察看，对学生的不规范操作给予一定的指导，并提醒学生将观察到的实验现象记录下来（表1、表2）。控制好实验的时间，大约是20分钟。
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呼吸作用 |
有氧呼吸 |
无氧呼吸 |
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条件 |
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产物 |
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表1 表 2
3.2 展示结果，交流、得出结论
对探究结果的分析是培养学生严谨科学态度的必要手段。教师要引导学生认真如实地分析实验结果，并得出实验结论。最后，教师要引导学生用简明科学的语言描述酵母菌的细胞呼吸的方式，有氧呼吸与无氧呼吸发生的条件、产物及区别（表2）。
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比 较 |
有氧呼吸 |
无氧呼吸 |
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澄清石灰水的变化 |
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重铬酸钾的颜色变化 |
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4 珍惜实验中的“意外”，动态生成教学
课堂是动态的课堂，学生在实验过程中也可出现“意外”。例如，有的小组在检测有氧组的产物时，发现橙色的重铬酸钾也变成了灰绿色，这时笔者充分利用课堂的动态生成，引导学生进一步思考、探究。学生经过思考交流认为，有氧组通气量不足, 部分酵母菌进行了无氧呼吸，产生了酒精，所以导致上述的现象发生，因此要延长通气的时间。教师也可为学生拓展知识，橙色的重铬酸钾变成灰绿色是由于酒精具有还原性，而培养液中的葡萄糖也具有还原性糖，同样能将重铬酸钾还原，因此要让酵母菌充分消耗掉培养液中的葡萄糖后再检验产物，实验结果会更可信。笔者顺势引导学生思考实验设计是否有可以完善之处。通过思考与讨论，学生想到是否能在检验酒精之前，先用斐林试剂检验培养中的葡萄糖是否消耗完全。苏霍姆林斯基说过， “教育的技巧并不在于能预见到课堂的所有细节，而是在于根据当时的具体情况，巧妙地在学生不知不觉中做出相应的变动。”学生在实验中发生的“意外”
，也可成为进一步思考和探究的新问题。
5 拓展应用
教师可根据课堂实际情况，在探究实验课的最后设置1~2个拓展应用题，留给学生课后思考解决，培养学生应用所学知识解决问题的能力。例如，请设计实验证明细胞呼吸过程中有能量的产生，并比较有氧呼吸和无氧呼吸过程中产能的多少。