一、設(shè)計立意
“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”是人教版高中生物學(xué)《必修1》第四章第一節(jié)《被動運(yùn)輸》中“探究·實踐”實驗內(nèi)容，新課標(biāo)要求學(xué)生“觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原，闡明植物細(xì)胞通過吸水或失水維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的正?！?/span>[1]。筆者應(yīng)用質(zhì)壁分離原理，并將本書第二章所學(xué)“細(xì)胞含水量與植物抗逆性的關(guān)系”知識遷移應(yīng)用，聯(lián)系常見的冬季耐寒景觀植物——羽衣甘藍(lán)，引導(dǎo)學(xué)生提升思維，提出可能的原因——植物通過減少自由水提高抗寒能力，設(shè)計實驗探究植物細(xì)胞液濃度在低溫下的變化，以期闡明植物細(xì)胞通過增加細(xì)胞液濃度，提高抗逆性的機(jī)理。另外，教材中該實驗為針對特定材料的定性觀察，筆者立足教材，又做了提升，結(jié)合所學(xué)“觀察葉綠體流動實驗”提升思維，嘗試選擇新的實驗材料展開實驗[2]，并將質(zhì)壁分離通過數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，設(shè)計為定量分析。
二、教學(xué)目標(biāo)
1.通過探究低溫下植物細(xì)胞液濃度變化，闡明耐寒植物對低溫的適應(yīng)性，側(cè)重“結(jié)構(gòu)與功能觀”生命觀念的達(dá)成；
2.通過發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象、提出問題，設(shè)計實驗、尋找證據(jù)，得出結(jié)論的探究過程，側(cè)重科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)的達(dá)成；
3.通過實驗結(jié)論的獲得對生產(chǎn)生活提出建議，側(cè)重社會責(zé)任的達(dá)成。
三、實驗設(shè)計思路和創(chuàng)新點
1.實驗設(shè)計思路
以學(xué)生熟悉的冬季耐寒景觀植物——羽衣甘藍(lán)導(dǎo)入，嘗試解釋植物耐寒機(jī)制，提出設(shè)想，基于植物細(xì)胞質(zhì)壁分離原理設(shè)計實驗進(jìn)行探究。得出結(jié)論后，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步探究低溫下植物細(xì)胞液濃度的大致范圍，再通過向?qū)I(yè)人士請教，全面、科學(xué)地了解植物耐寒機(jī)制。進(jìn)一步思維提升，理論聯(lián)系實際，用于解決實際問題：“如何馴化出相對耐寒的杜鵑花往北方引種？”并以一篇碩士研究文獻(xiàn)提供給學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的科研意識和社會責(zé)任。
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2.設(shè)計創(chuàng)新點
本節(jié)課設(shè)計在教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上拔高提升，旨在用生物學(xué)知識解決實際問題，力求通過本節(jié)課學(xué)習(xí)提升學(xué)生的生物學(xué)科學(xué)素養(yǎng)，總結(jié)實驗設(shè)計的創(chuàng)新之處有以下幾點：
（1）由學(xué)生熟悉的真實情境導(dǎo)入，避免刻板傳授；
（2）知識遷移應(yīng)用，提升學(xué)生的演繹與推理等科學(xué)思維；
（3）應(yīng)用植物細(xì)胞質(zhì)壁分離原理創(chuàng)新設(shè)計，對比分析常溫和低溫下植物細(xì)胞液濃度變化；
（4）實驗材料創(chuàng)新：葫蘆蘚葉片（綠色原生質(zhì)層且葉片為單層細(xì)胞）
（5）使用數(shù)碼顯微鏡定量檢測質(zhì)壁分離程度；
（6）專家科普答疑，解開植物耐寒真面目；
（7）思維提升——學(xué)術(shù)研究初體驗，提升學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)和社會責(zé)任。
四、教學(xué)策略
1.學(xué)習(xí)方式：任務(wù)驅(qū)動式學(xué)習(xí)，學(xué)生主動學(xué)習(xí)；合作探究式學(xué)習(xí)；現(xiàn)代化媒體技術(shù)教學(xué)，課堂形式多樣化高效化。
2.教學(xué)方式：教師為課堂的組織者、合作者、參與者和引導(dǎo)者。
五、實驗教學(xué)流程
1.觀察現(xiàn)象，提出問題
（1）實驗變量分析：
①自變量：新鮮的紫色洋蔥鱗片葉、苔蘚小葉（右圖）常溫及4℃冷藏24h，課前教師提前處理好。
②因變量：對比常溫和4℃低溫處理后細(xì)胞質(zhì)壁分離情況。學(xué)生自主分析，提出可測量的指標(biāo)，將定性實驗轉(zhuǎn)化為定量實驗。學(xué)生提出如下較好的測量指標(biāo)：
a.?初始細(xì)胞質(zhì)壁分離所需時間
b.?相同時間細(xì)胞質(zhì)壁分離占比
c.?相同時間原生質(zhì)體長度/細(xì)胞長度
（2）學(xué)生分組實驗：以常溫和低溫處理后的洋蔥鱗片葉外表皮為實驗材料
（3）
實驗數(shù)據(jù)匯總和結(jié)果分析：
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2.實施實驗，觀察現(xiàn)象并記錄數(shù)據(jù)
課堂的展開以學(xué)生的預(yù)習(xí)為前提。學(xué)生經(jīng)預(yù)習(xí)，對本實驗的基本原理、操作要點、注意事項等有初步的把握，并發(fā)散思維，在實驗材料和實驗探究上提出新問題?；趯W(xué)生的討論，本實驗在實驗材料除了紫色洋蔥鱗片葉外表皮，還選擇了新鮮葫蘆蘚小葉，并做4℃低溫處理，為便于實驗結(jié)果的呈現(xiàn)和分享，本實驗采用數(shù)碼顯微鏡收集信息。
進(jìn)而由學(xué)生結(jié)合自主學(xué)習(xí)情況設(shè)計實驗操作流程，選擇好本組所用實驗材料后，展開實驗，規(guī)范操作制作臨時裝片，正確使用數(shù)碼顯微鏡，觀察實驗現(xiàn)象，并在表格中記錄實驗數(shù)據(jù)并分析處理。完成后以小組為單位展示交流，同學(xué)們通過對比分析本組與其他小組之間的活動成果，總結(jié)實驗結(jié)論。
3.分析結(jié)果，得出結(jié)論
部分小組成果如下表所示。
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對比不同組別之間的成果以及學(xué)生展示成果時的語言表達(dá)能力，不難發(fā)現(xiàn)，孩子之間科學(xué)探究和科學(xué)思維的能力存在一定的差距。例如數(shù)據(jù)采集的科學(xué)性與否；實驗結(jié)果和實驗結(jié)論分析是否深入到位。匯總各小組數(shù)據(jù)后（見下表），我們也發(fā)現(xiàn)，只要操作規(guī)范正確的小組均發(fā)現(xiàn)了低溫處理后的細(xì)胞失水減少變慢，均不易發(fā)生質(zhì)壁分離，說明低溫環(huán)境下，植物細(xì)胞液濃度升高了，即：植物細(xì)胞通過增加細(xì)胞液濃度適應(yīng)低溫環(huán)境。
4.拓展探究，思維提升
基于上述結(jié)論的得出，生物興趣小組的同學(xué)開展了以下課外拓展實驗?；?/span>“滲透作用原理可以測定植物細(xì)胞液濃度的大致范圍”的實驗原理，即將植物細(xì)胞浸潤在一系列濃度梯度的蔗糖溶液中，植物細(xì)胞未發(fā)生質(zhì)壁分離和初始發(fā)生質(zhì)壁分離所分別對應(yīng)的蔗糖溶液濃度區(qū)間作為植物細(xì)胞液濃度所在的大致范圍，開展了“探究常溫和低溫狀態(tài)下黑藻葉片細(xì)胞液濃度的大致范圍”的實驗。實驗材料、試劑和實驗結(jié)果如圖所示。
實驗結(jié)果說明：使常溫組和4℃低溫處理的黑藻葉片發(fā)生質(zhì)壁分離蔗糖溶液濃度分別在0.4~0.5mol/L和0.3~0.4mol/L之間，因此推測：4℃低溫處理和常溫組的黑藻葉片細(xì)胞液濃度分別處于0.4~0.5mol/L 和0.3~0.4mol/L之間。故得出結(jié)論——低溫會引起植物細(xì)胞液濃度的增加。上述興趣小組實驗由小組相關(guān)負(fù)責(zé)同學(xué)以PPT形式向全班同學(xué)展示并講解。
耐寒植物究竟有哪些耐寒機(jī)制？為保證學(xué)生對此有更加全面、科學(xué)的了解，筆者通過聯(lián)系并采訪本地園藝所的專業(yè)人士得以全面了解，以采訪視頻的形式呈現(xiàn)給學(xué)生?；谏鲜鰧W(xué)習(xí)，教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思維提升：低溫環(huán)境下，植物細(xì)胞液滲透壓增加對植物生存有何意義？由此結(jié)論可如何指導(dǎo)生產(chǎn)？
筆者呈現(xiàn)以下資料：“杜鵑花是中國傳統(tǒng)名花，廣泛用于園林綠化或盆栽觀賞，但杜鵑生長適溫為12~25℃，冬季要防寒，以保其安全越冬。研究發(fā)現(xiàn)杜鵑花品種“埃爾西·李”和“御代之榮”耐寒性相對較強(qiáng)，育種人員想通過人工低溫冷馴化的方法進(jìn)一步培育耐寒杜鵑花品種，以便杜鵑花往北方的推廣種植。如果你是育種人員，你會怎么做？”嘗試以問題驅(qū)動學(xué)生理論融合實踐生產(chǎn)的思考，學(xué)生通過思維提升的頭腦風(fēng)暴后，筆者展示浙江大學(xué)一篇碩士研究生畢業(yè)論文《人工冷馴化對杜鵑花耐寒性的影響》[3]，將學(xué)生的前期思考具象化，科研探究初體驗達(dá)成。探究永遠(yuǎn)在路上，期待同學(xué)們在科學(xué)探究的道路上堅定地走下去！
六、實驗教學(xué)評價與反思
通過本節(jié)課的教學(xué)，我對高中生物實驗教學(xué)有以下反思和感悟：首先，需把握住實驗教學(xué)這塊陣地，培養(yǎng)生物核心素養(yǎng)。本節(jié)設(shè)計基于教材又高于教材，既幫助學(xué)生建立結(jié)構(gòu)與功能觀，又讓學(xué)生在探究過程中，提升科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會責(zé)任素養(yǎng)。其次，打破教學(xué)思維定勢，拓展學(xué)生創(chuàng)新空間。實驗教學(xué)中，學(xué)生思維活躍，提出的方案新穎且可實施。教學(xué)中應(yīng)給學(xué)生足夠的思維空間，讓課堂碰撞出更多思維的火花。另外，需加強(qiáng)對學(xué)生數(shù)據(jù)處理的訓(xùn)練，提升高階思維能力。課堂暴露出學(xué)生實驗數(shù)據(jù)處理經(jīng)驗不足，在將來的教學(xué)中應(yīng)尋找策略加以改善提高。
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參考文獻(xiàn)
[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn):2017年版[M].北京:人民教育出版社,2018:1-10.
[2]章博遠(yuǎn).苔蘚植物在中學(xué)生物學(xué)質(zhì)壁分離及復(fù)原實驗中的應(yīng)用[J].生物學(xué)教學(xué),2022（7）:54-55.
[3]曹燕.人工冷馴化對杜鵑花耐寒性的影響[D]杭州:浙江大學(xué)，2019年