第一节 （人教版）普通高中课程标准实验教科书生物课堂教学案例

探究式教学案例——《细胞呼吸》佛山市南海区教研室蒋文（一）案例背景广东省2004年高中生物学科开始实施新课程，为了搞好新课程的准备工作，让新课程能顺利进行，省教研室暑假组织了对高一生物教师的新课程的培训。内容包括对新课程的理念的学习和具体的教材分析。在接受了培训后，为了将将新课程的理念，尤其是探究性学习的理念贯彻到课堂教学实践过程中，佛山市南海区教研室组织了新课程背景下的“南海区青年教师信息技术与课程整合优质课比赛”，其中里水镇高中的谢东英老师上了一堂《细胞呼吸》的研究课。学生为镇高中的学生，基础比较薄弱。学校的实验设备条件也不是很好，但这堂课上得颇具探究特色，探究性学习的理念在教学中贯彻得比较好。在详细研究这一探究过程的基础上，我们整理出本教学案例。（二）主题说明美国《国家科学教育标准》中对科学探究是这样表述的：“科学探究指的是科学家们用来研究自然界并根据研究所获事实证据做出解释的各种方式”。学生的科学探究式学习活动在本质上与科学家的科学探究活动有很多相似之处。因此，探究性学习是指学生通过类似于科学家探究活动的方式获取科学知识、形成科学观念、领悟科学研究方法，并在这个过程中学会科学的方法和技能、科学的思维方式，最终形成科学观点，树立科学精神。探究性学习是有效教学方法的一种，属于发现学习。它是一种积极的学习过程，能使学生从被动的学习者变为主动参与的学习者。从生物学科的发展来看，生物科学的历史就是一部科学探究的历史，生物科学就是一个探究的过程，探究是生物科学的本质和特征之一，高中生物学科的学科特点就是实验型和探究性，因此在高中生物学科的课堂教学中应该尽可能地充分体现这一学科特点。事实上在一些教育发达的国家，探究式教学的思想和策略已经在高中生物课程中被广泛采用，在全面实现课程目标上有良好的教学效果。从探究性学习的实施过程来看，探究性学习可以分为两种，一种是基于实验的探究性学习，具体的做法是在向学生介绍正规的科学概念和原理之前，教师到实验室去，让学生在实验室里做实验，引导学生体验科学实验的过程，用实验的证据来解释和深化教材中的内容，这是老师们常用的一种探究式教学策略。另一种是基于阅读文献资料而不是实验的探究性学习方法，在实验条件不具备，教师、学生无法通过做实验来探究的情况下，教师向学生提供关于生物科学研究史中的实验文献阅读材料和研究报告，师生共同讨论实验研究的细节、问题、数据、技术的作用、对数据的解释，以及科学家得出的结论。可能的话，学生们阅读的材料会包括几种不同的可供选择的解释，介绍不同的、甚至可能矛盾的实验，以及对假设的争论等。通过这种讨论可以让学生们了解科学知识是怎样产生的、科学知识有哪些基本的要素。事实上，由于现阶段中学教育教学条件的限制，基于阅读文献资料的探究式学习比基于实验的探究式学习在高中生物学科的课堂教学中应用更广。（三）课堂回放1.创设情景，导入新课因为学生在初中生物课中学过绿色植物和人的呼吸作用，在化学课中学过氧化、燃烧等概念，对于物质的氧化、燃烧、能量释放与呼吸作用之间的关系有一定的了解，所以在本节课的开始谢教师创设一个葡萄糖燃烧的情景，用酒精灯给葡萄糖加热，使其燃烧，让学生感受到葡萄糖燃烧时放出的热量，引导学生思考比较葡萄糖作为有机物在体外燃烧释放能量的过程与体内通过呼吸作用释放能量过程的异同点，即呼吸作用与物质燃烧的异同点的问题，进入本节的学习。2.基于阅读文献材料的探究性学习，对有氧呼吸过程进行探究。细胞呼吸的有氧呼吸的过程的教学相对于其他部分的教学比较难，这部分内容枯燥难懂，尤其是有氧呼吸的三个阶段难以理解，一般在讲这部分内容时，教师讲得口干舌燥，学生听得昏昏欲睡。但这部分的内容是教学的重点和难点，必须讲清楚，本来这个内容最好的教学策略是基于实验的探究式教学，课本上介绍了酵母菌的实验，但只是探究了呼吸的方式，对于呼吸的过程，则没有介绍实验，实际上探究呼吸过程的实验在中学的实验条件下是没法做的，所以在设计这部分的教学内容时，谢教师用了基于阅读文献材料的探究式教学策略，让学生进行思维探究。教师发给每个学生一份阅读材料，阅读材料上有二个实验。总的实验设计是：在适宜的条件下，把萌发3～4天的黄瓜子叶置于研钵中研磨，将研磨后的细胞匀浆差速离心后得到各种成分，现把细胞匀浆及分离得到的各种成分，注入六支试管中，并使各试管悬液体积相等，各试管之间同一种成分的浓度相同（如下图所示），然后在一定条件下分别进行以下两项独立的实验，研究细胞呼吸的过程是怎样发生的。（以C6H12O6的分解为例）2号试管2号试管含细胞质基质3号试管含细胞质基质、叶绿体5号试管含细胞质基质、线粒体4号试管含细胞质基质、核糖体6号试管含线粒体1号试管细胞匀浆（1）分析文献材料中的实验一，探究有氧呼吸过程的第一阶段。实验一：分别向六支试管中通入用18O标记的等量的氧气和用3H（氚）标记的等量的葡萄糖，一段时间后，检测各试管内变化情况如下表：(常温)各试管内变化情况1号试管葡萄糖的量减少，有丙酮酸、[3H]、CO2、3H218O的生成。2号试管葡萄糖的量减少，有丙酮酸和[3H]的生成。3号试管葡萄糖的量减少，有丙酮酸和[3H]的生成。4号试管葡萄糖的量减少，有丙酮酸和[3H]的生成。5号试管葡萄糖的量减少，有丙酮酸、[3H]、CO2、3H218O的生成。6号试管葡萄糖的量不变。讨论分析：A．比较2号、3号和4号试管，你得到什么结论？B．比较1号、2号和5号试管，你得到什么结论？C．比较5号和6号试管，你得到什么结论？D．分析整个实验一，你得到的结论是什么？围绕这个实验，学生分成六个小组，以小组的形式进行讨论，然后形成结论，在学生阅读材料时，渗透学法指导，指导学生应该如何分析这个实验，探讨过程摘录如下：……师：第二组的同学比较2号、3号和4号试管，你们组分析得到什么样的结论？生（第二组）：含有细胞质基质时，葡萄糖会被分解成丙酮酸和还原氢。师：你们分析讨论的过程中为什么会得到这样的结论呢？生：因为葡萄糖的量全部都减少了，都含有同样的产物，这三支试管有同样的条件。师：有什么成分相同？生（齐声）：细胞质基质。师总结：从对2号、3号和4号试管的分析我们可以得到，当有细胞质基质时，葡萄糖可以被分解成丙酮酸和还原氢。那么比较1号、2号和5号试管，你们又可以得出什么结论呢？生1（第四组）：1号、5号试管都有细胞质基质和线粒体。2号试管有细胞质基质没有线粒体。1号和5号试管有气体放出，2号没有。师（总结）：当有细胞质基质，还有线粒体时，葡萄糖除了可以分解成丙酮酸和还原氢外，还可以分解成二氧化碳和水，下面分析比较5号和6号试管，看能得到什么样的结论？生（第一组）：在没有细胞质基质的参与下，葡萄糖不直接分解。师：你们这一组分析的时候，是怎么样得到这样一个结论的？生：在5号试管里有细胞质基质，它反应生成的有丙酮酸，还原氢，二氧化碳和水，但6号试管里没有细胞质基质，葡萄糖的量不变。师：只有线粒体，没有细胞质基质时，葡萄糖不分解，那么，从整个试验来分析，我们得到什么样的结论？生（第六组）：我们得到的结论是，在细胞质基质，葡萄糖能够分解成丙酮酸和还原氢，在线粒体中，葡萄糖不能分解。师（总结）：分析整个实验我们就可以得出，葡萄糖的分解应该是在那里分解？生（齐声）：细胞质基质。师：葡萄糖能不能在线粒体中直接分解？生（齐声）不能。师（总结）：葡萄糖在细胞质基质中分解的产物是？生（齐声）：丙酮酸和还原氢。学生到此时已经了解葡萄糖在是在细胞质基质中分解成丙酮酸和还原氢，教师通过板书葡萄糖分解成丙酮酸的反应式来加深学生对这个过程的理解。师：通过前面的分析我们可以知道，葡萄糖是在细胞质基质中分解的，下面我们来写一写葡萄糖分解的反应式，教师在黑板上引导学生板书有氧呼吸的第一阶段，葡萄糖分解成丙酮酸的反应式。师：通过刚才的分析我们知道，当有细胞质基质，又含有线粒体的时候，葡萄糖分解的产物里面还含有二氧化碳和水，只有线粒体的时候，葡萄糖能不能分解？生：不能师：那么二氧化碳和水是怎样产生的呢？会不会是丙酮酸在线粒体中产生的呢？下面我们来分析实验二。（1）分析文献材料中的实验二，探究有氧呼吸过程的第二、三阶段。实验二：分别向六支试管中通入用18O标记的等量的氧气和用3H（氚）标记的等量的丙酮酸，一段时间后，检测各试管变化情况如下表：(常温)各试管内变化情况1号试管丙酮酸的量减少，有CO2，[3H]和3H218O的生成。2号试管丙酮酸的量不变。3号试管丙酮酸的量不变。4号试管丙酮酸的量不变。5号试管丙酮酸的量减少，有CO2，[3H]和3H218O的生成。6号试管丙酮酸的量减少，有CO2，[3H]和3H218O的生成。比较分析：丙酮酸可以在细胞的什么部位分解？分解的产物是什么？学生分小组讨论，分析探讨丙酮酸的分解是否是在线粒体中进行的。师：第一组的同学分析这个实验，你们得出什么样的结论？生：我们得到的结论是，丙酮酸是在线粒体中分解的。师：你们这一组分析的时候，是怎么样得到这样一个结论的？生：因为2号、3号、4号试管没有线粒体，丙酮酸不分解，1号、5号、6号试管有线粒体，丙酮酸分解成二氧化碳、水和还原氢。师（总结）：分析这个实验我们可以看出，丙酮酸是在线粒体中分解的，分解成二氧化碳还原氢和水，这是有氧呼吸的第二、第三阶段。引导学生板书有氧呼吸第二、第三阶段丙酮酸分解成二氧化碳和还原氢。水的反应式。最后与第一阶段葡萄糖分解成丙酮酸的反应式合并，得出有氧呼吸的总反应式。（四）教学结果细胞呼吸这一节的教学重点和是难点要要让学生理解有氧呼吸过程的三个阶段，教学内容相对枯燥抽象，尤其是过程中的物质变化及能量变化难懂难记，又不像其他章节比如植物激素的调节有可操作的实验来讲解这三个阶段，所以传统上以讲授为主的教法在讲这节内容时教学效果普遍不是太好，教师讲得费劲，学生昏昏欲睡。但是在基于阅读文献材料的探究性学习中，学生通过分组讨论有关有氧呼吸的两个实验，很自然地就理解了有氧呼吸的三个阶段的物质变化和能量变化过程。并通过写三个阶段的反应式，最后合并得到有氧呼吸的总反应式使得学生从有氧呼吸物质和能量变化的量的角度加深了对有氧呼吸过程的理解。学生在教师精心设计的基于阅读文献材料的探究性学习中，分组讨论探讨，学生学得主动，不仅让学生掌握了知识，更重要的是使学生建立了科学的思维方式，培养了学生的观察、比较分析、判断推理、归纳总结的能力，培养了学生的探究学习和协作学习的能力，提高了学生的生物科学素养。二、案例点评探究性学习是一种积极的学习过程，在学习过程中，它倡导学生的主动参与、探究发现、交流合作，注重学生的经验与学习，让学生感受、理解知识产生和发展的过程，探究性学习对于培养学生的科学精神和创新思维习惯，培养学生收集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力、语言文字表达能力以及团结协作和社会活动的能力极有好处。生物学科又是基于实验的认识而发展的自然学科，所以更应该在高中生物的课堂教学中体现探究性学习。基于实验的探究性学习要求学生体验科学实验的过程，但是很多高中生物新课程的学习所涉及到的实验，一般的高中学校要么实验设备跟不上，做不了，要么就是在中学范围内根本不具备实验条件，没法做，比如光合作用的过程，在本节细胞呼吸的教学中，对有氧呼吸过程的三个阶段的探究实验在中学范围内基本上是没法作的，因此基于实验的探究无法进行。所以基于实验的探究性学习在目前高中生物的课堂教学中应用范围有限。基于阅读文献材料的探究性学习则不同，只要在生物科学史中找到相关的科学实验文献材料，就可以让学生对