第Z02版:论文
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2019年11月29日 星期

科学探究视野下生物选修实验教学策略研究
——以葡萄酒制作实验为例

□平湖市新华爱心高级中学 傅 亮

生物学的核心素养是后天习得的终身受益的成果,主要包括生命观念、科学思维、探究习惯和社会责任等,相互之间紧密联系。

选修课程作为必修课程的必要补充,对学生今后的专业选择、生涯总体规划等都有十分重要的影响。生物学科知识更新快、系统性强,因此,基于生物学科基本特点,立足生活实际,结合时代特色,开发具有开放性的生物选修课程,可以进一步拓展学生思维,培养创新型人才。

生物必修课程以理论建构为主,有一定量的实验内容,但受制于客观条件,实验开展得不够充分。生物选修课程立足实验,学生之间通过自主探究、合作研讨、小组分工等方式,不断发现问题,提出解决方案,评价措施优劣,从而加强学科研究能力,推动生物核心素养的形成。

在生物选修课程实施中,笔者引导学生开展葡萄酒制作实验,较为典型地反映了学生生物核心素养的培养过程。

一、立足方案设计,培养策划思维能力

实验设计是学生通过阅读大量相关文献资料,设计实验方案,小组探讨可行性,师生共同修改并完善的一系列过程,可以培养学生的自主探究能力和逻辑思维能力。

1.选择两组具有代表性实验方案

甲组实验过程:

①挑选成熟葡萄,清水冲洗。

②将洗净的葡萄用榨汁机打碎,将汁液倒入发酵瓶,并加入一勺白糖。

③加盖封存,将发酵瓶放置于阴凉处进行发酵。

④2~3天后,启封并收集发酵液。

乙组实验过程:

①挑选成熟葡萄,清水冲洗,用高锰酸钾浸泡5分钟,清水冲洗。

②在烧杯中加入适量干酵母用开水溶解成糊状,静置。

③将葡萄打碎,将葡萄浆加入发酵瓶中并倒入活化酵母菌。

④发酵完毕,将发酵液去除,用手挤压滤液,获得葡萄酒,再用虹吸法将滤液吸出并贮存。

2.评价小组实验设计方案

甲组实验应用的是制酒原理,要注意:葡萄不能反复冲洗,这样会把葡萄皮上的酵母菌冲洗掉,就不能起到发酵效果;榨汁不能把葡萄皮肉过滤掉,皮肉中富含发酵所需的酶;装瓶时不能超过发酵瓶容积的三分之二;加白糖少许即可,目的是活化酵母菌。

乙组实验过程较清晰,但预测会失败,主要问题是第二步活化酵母菌,用开水会使其失活,因此用温水比较合适。加水后应加入少量蔗糖,待出现气泡就可发酵。去葡萄梗应该放在高锰酸钾溶液中消毒并用清水清洗,防止高锰酸钾进入果肉当中。

3.完善小组实验实际方案

挑选与处理葡萄:挑选成熟葡萄用清水洗净,再在鲜红紫色高锰酸钾溶液浸泡约5分钟,然后用清水冲洗并去梗。沥去水后,用洗净手捏葡萄至浆状,并放入容器中。

将适量干酵母放在小纸杯中,加入少量温水(<4℃)。使干酵母成为糊状。为使酵母菌快速发挥作用,加入极少量蔗糖,混匀,放置片刻。待酵母菌悬液中出现气泡即可。

将葡萄浆放入发酵瓶中,装量不超过三分之二,然后加入酵母悬液。搅拌均匀。瓶上加一软木塞,塞子上插有水封U型管。

将上述发酵瓶放在25℃~30℃条件下3天,发酵瓶停止出现气泡则代表发酵结束。最后用虹吸法吸取贮存葡萄酒。

二、立足实践操作,培养理论联系实际能力

通过课堂实验和观察,展现葡萄酒制备过程:洗葡萄→倒酵母粉→活化酵母菌→装瓶→发酵。

学生通过小组合作形式,整合生物实验资源,采用完善方案进行葡萄酒制备实验。以上过程有利于学生变被动思考为主动思考,建构生物知识体系,有效调动并培养动手操作能力和理论联系实际能力。

三、立足问题研究,培养科学探究能力

学生对于实验设计方案及操作过程有几个有疑虑的地方:

1.为什么不能反复冲洗新鲜葡萄?

2.活化酵母菌过程为什么要加一小撮蔗糖?酵母悬液出现气泡说明什么?

3.发酵瓶出现什么现象说明发酵结束,原理是什么?

4.葡萄浆放入发酵瓶,装量为什么不能超过三分之二?

5.塞子上面为什么要插入弯曲水封玻璃管,而不能用直角玻璃管?

6.最后的虹吸法怎么操作?

教师针对学生提出的问题组织小组讨论,解释如下:

反复冲洗葡萄会将葡萄皮表面的野生酵母菌冲洗掉,不利于发酵进行。制成的葡萄酒不含糖,加入蔗糖不是为了增加甜味,而是提供酵母菌代谢底物,达到活化干酵母的作用。酵母悬液出现气泡说明酵母菌在厌氧呼吸,产生酒精和二氧化碳。停止出现气泡说明厌氧呼吸停止,没有二氧化碳产生。发酵瓶不能装满的原因是防止发酵液外溢。塞子上插有水封U型管,作用是防止氧气和杂菌进入。虹吸法利用压力差将发酵液收集起来。

从学生基于操作后提出的相关问题可以看出,学生的思维具有差异性、层次性与变化性。课堂之初,学生的思维起点可能相对较低,经过课堂上的认真学习和动手实践,学生的能力在逐步提升。

四、立足团队互助,培养实验合作能力

教师把生活中的问题转化为探究主题展现给学生,让学生自主思考后互相阐述观点,相互借鉴、交流、合作,实现共赢。最后学生撰写实验总结报告,充分展现学生对于实验的理解。

实验教学培养学生严谨的科学态度、实事求是的科学作风。通过引导学生积极参与生物实验,亲自设计和体验,自主进行实验探究,从而使学生获得丰富的实验体会,学会科学探究的方法。

合作学习既是课程改革的要求,也是学生个性发展的需要,合作效度和探究深度可以作为衡量学生学习力的参照。

实验教育还特别注重创新环节,通过学生自主设计实验方案并付诸实践,展现生物实验创新理念,最终达成科学核心素养的培养目标。


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