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关键词：项目化学习;高中生物;玻璃导管;实践与思考;人工光源;密闭容器;氧气含量
项目化学习是管理学中的项目在教育领域的延伸与运用,以学科的核心概念和原理为基础,学生在学习过程中针对某一实际问题通过调研、查阅文献和收集资料、分析研究等方法进行探究式活动,以制作作品或产品的形式展示探究所得,从而完成学习目标的一种新的学习方式。本文以“探究不同光源对植物生长的影响”项目为例,谈谈开展项目化学习发展学生科学思维与探究精神的实践与思考。
项目化学习以真实世界的“情境”为线索,建立教学与真实世界的链接。好的驱动问题能够激发学生对项目学习的兴趣和深度思考,向项目目标不断前进。项目的选择应与课程标准相适应,易评价并符合学生的能力与经验。项目的开展是学生学习知识与技能的关键过程,传统的生物实验教学“工程设计”往往是被隐藏的,师生按照既有的方案实施实验,进行验证或者探究,寻求原理的理解和认同。在本项目学习中,鼓励学生根据对原理的理解自行设计和组装实验装置,进行科学建模,发展高阶思维。
我为该项目设置了情境。“小明从花鸟市场买回一盆长势良好的天竺葵,将其放置在洗手间,洗手间光线较暗,主要依靠人工光源照明。两周后天竺葵开始出现叶片发黄、脱落的现象,小明觉得很困惑。他首先想到了光源的因素,猜想自然光源比人工光源更有利于植物生长。”通过情境创设,将项目学习置于真实的生活化情境,引导学生参与启动项目学习,验证猜想假设的正确性。
教师根据学生的特点划分4个小组,每组6～8人,每个小组自行选举一位有责任心和领导力的学生作为组长,并讨论分工安排,为后续的项目学习建立基本的合作规则。
本项目活动的目的是检测人工光照和自然光照下植物光合速率的差异,难点在于如何设置并检测可量化指标,即单位时间内吸收的二氧化碳或释放的氧气含量。小组成员可以上网查询、图书馆查找资料或咨询科研人员等,教师根据学生需要提供有效的信息搜索和处理方式,指导小组设计活动方案。通过小组合作,基本确定实验的自变量、因变量与无关变量,实验装置的组装与参数的测定方法。
每个小组派代表根据自行选择的方案进行汇报。4组学生设计的活动方案中,学生基本能够选择密闭容器进行实验,将绿色植物置于容器中,分组置于自然光源或人工光源环境,通过检测容器内增加的氧气含量比较两种环境中的光合速率。不足之处是有的小组没有考虑变量控制,如实验组与对照组的环境温度;有的小组没有考虑密闭容器内的二氧化碳如何提供,或者将碳酸氢钠与氢氧化钠的功能混淆。第3小组在容器内安装了金属隔板,上面放置白磷,同时在广口瓶塞上安插玻璃导管,将红墨水滴加在玻璃导管内。实验结束后用激光笔点燃白磷,测量红墨水在导管内位移,计算得出光合作用产生的氧气含量。学生的想法通常比较模糊,发散,教师需要对其进行总结提炼,将学生的想法具体化,提供可行的操作途径。
根据第3组学生的方案,教师提供脚手架,协助学生完成任务。该组同学的优势在于有具体可行的氧气含量检测方法,不足之处在于未考虑变量控制与设置平行重复。教师提出问题,学生根据教师的建议修改活动方案:自然光源组与人工光源组分别应设置几组实验,目的是什么?人工组密闭容器是否需要遮光,光源使用什么类型,白炽灯还是LED灯,光照强度如何设定?实验光照时间多长比较合适?全体学生在该方案的基础上,根据教师建议,进一步完善活动方案。
学生以小组为单位展示项目作品、交流心得。第3小组在初步活动方案的基础上增设了平行重复实验组,例如,计算平均值减小实验误差;使用LED光源,防止光源导致温度升高;将密闭容器玻璃导管的另一端直接放入盛有清水的量筒中,当白磷燃尽并充分冷却后,打开玻璃导管的弹簧夹,可以从量筒刻度上读取进入密闭容器的水体积,减去瓶内初始氧气体积,即光合作用生成的氧气量。第2小组演示了用激光笔点燃白磷,测算光合速率的过程。第1小组和第4小组分享了实验数据,结果表明在温度、二氧化碳浓度一致的情况下,自然光源组的光合速率与人工光源组基本一致,说明光的成分并非是植物在室内环境下生长状态不佳的主导因素,情境中的现象有可能是由于室内光照时间不足,光照强度不够或者通风不佳导致的,还可以通过后续实验验证。
本次项目学习活动中,学生体验了科学探究的一般过程。开展项目化学习,可以采取实用性与趣味性相结合的方式,将生活中的情境问题转化为知识运用的过程,通过合作与互助学习感受到所学知识的真实意义。
