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摘要通过“绿叶中色素的提取和分离”的探究性实验为载体，基于PBL的教学模式，提高学生的科学探究能力和团队协作意识，进而全面提升学生的思维品质，培养生物学核心素养。
关键词PBL 教学模式 科学探究 实验教学策略
中图分类号G633.91 文献标志码B
PBL即基于问题的学习（Problem.based.1earn.ing），是指学生在教师的指导下，对于相对较复杂的问题情境中，以小组合作的形式，来共同探讨实际问题或学习问题，形成解决问题的方案并进行实施，最后进行学习成果展示，并在此过程中，培养学生的科学探究能力和团队合作意识，进而全面提升思维品质的教学策略。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中将“科学探究”纳入普通高中生物学学科核心素养的范畴。它是指学生能够从生物学的现实问题出发，依据生物学的基本现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施并对结果进行分析和探讨的能力。因此，生物学教学应以生物学的基础知识为载体，以提升学生的学科核心素养为目标，而教材中涉及到的实验内容自然就成为培养学生科学探究能力的良好素材。笔者尝试将PBL的教学模式在高中生物的实验教学中进行尝试应用，结合学生自主设计的实验方案，按照一定的规则进行实验探究，最后进行实验结果的探讨和交流，帮助学生真正成长为自主学习者和积极实践者。
下面以人教版高中生物教材《必修1.分子与细胞》第五章第四节“绿叶中色素的提取和分离”实验为例，尝试在高一实验课中，改验证性实验为探究性实验，培养学生的科学探究能力，发展学生的科学思维，进而使学生逐步形成良好的思维习惯。
1教学目标的预设
《江苏省普通高中生物课程标准教学要求》对该实验提出：概述色素提取和分离实验的原理，并说出叶绿体中色素的提取和分离。单纯的背实验是肯定不能满足学生发展需求的，因此教师必须带领学生走进实验室，亲身来体验实验的探究过程。该实验是一个验证性实验，学生只需重复操作，验证出实验结果即可。但是实验中有很多细节及注意事项的考查往往是学生经常出错的地方，因此笔者就以培养学生科学探究能力为导向，大胆把该验证性实验改为探究性实验，并确定了以下教学目标：
①通过动手操作，学会提取和分离绿叶中色素的方法并解释实验原理;
②通过小组的课题探究，说出对照实验的设计方法，并确定实验方案进行小组实验;
③通过组内及组间的实验结果分析，确定绿叶中色素的种类和含量，说出实验材料的选取和实验注意事项。
2实验方案的改进
高一学生的实验操作能力比较薄弱。若想一节课内完成小组的探究课题，难度非常大，所以教师需要特别注重实验的前期准备。笔者在备课过程中查阅了大量的研究文献，并结合当地和学校的实际情况，对实验过程做出了以下几个改进：
（1）一般做该实验的时间大约在12月份，市场上能买到菠菜还非常幼嫩，实验效果很不理想。因此教师经过大量的预实验，把实验材料改为当地比较常见的“苏州青”。
（2）研磨时向研钵中加入的材料和试剂进行定量：并提前用保鲜膜包好2.5g苏州青，待上课时使用;将苏州青和少许（各1/4药匙）二氧化硅和碳酸钙放入研体，再加入4mL无水乙醇，然后迅速、充分地研磨成呈糊状，以保证研磨液中含有较多色素。
（3）研磨后过滤时把漏斗改为研磨过滤器（图1），从而加快过滤速度，提高课堂效率。
（4）画滤液细线时把不好把控的“毛细吸管”改为更易操作的“勾线笔”，从而使画出的滤液细线更为“细、齐、直”。
（5）分离色素时把由“石油醚、丙酮和苯”混合而成的有毒性的层析液改为较易获得的92号汽油。
（6）为了减少汽油的挥发，先把适量汽油倒入烧杯中，再将一层塑料薄膜用橡皮筋扎口，待滤液细线画好后，再用刀片划开一个略宽于滤纸条的小口，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液（92号汽油）中。
同时，为了使学生课堂操作规范，减少不必要的错误，教师提前录制好一段演示视频，在实验之前，边演示边讲解。
3基于PBL的实验教学过程
3.1教师分组并进行问题呈现
目前笔者所教班级只有24人，因此在进行实验时，把学生分为6组，每组探究一个课题（表1）。
3.2进行头脑风暴，学生小组合作
根据教师提供的小组讨论课题，班级学生以4人单位为一个课题组，选择一个课题，讨论出各组的实验设计方案，并根据自变量确定对照组和实验组。同时，注意组内的分工合作，两人合作做对照组，另外两人完成实验组。实验结束时，把结果粘贴在实验报告单的空白处，一个课题组内对比分析对照组和实验组的结果，组内讨论分析实验结果，得出结论。小组讨论结束后，进行班级内部的组间交流，每个课题组派出一个代表，向全班同学展示小组内的课题探究成果，其他小组的同学可以提出质疑或见解。
3.3学习成果展示
实验完成后，学生首先在小组内完成课题的讨论，分析各自的自变量对实验结果的影响。然后，小组选出一名代表向全班同学进行汇报。通过实验结果的对比，学生能够说出：苏州青叶片与菠菜叶片中色素的种类相同，但前者的色素含量要明显多于后者;成熟的苏州青叶片中比幼嫩叶片中的色素含量多;提取色素不加碳酸钙时胡萝卜素与类胡萝卜素的含量没有明显变化，但是叶绿素a和叶绿素b的含量则比对照组少了很多，可以看出研磨时加入碳酸钙是为了保护叶绿素;提取色素时用蒸馏水的实验组滤纸条上几乎没有色素带，说明绿叶中的色素属于脂溶性色素，用蒸馏水提取是不可行的;分离色素时条形滤纸由上至下的色素带同圆形滤纸由外至内的色素带的条数和宽窄几乎一致，所以定性滤纸的形状对实验结果没有影响。当最后一组学生将滤液细线触及滤液细线时发现滤纸上没有出现色素带，刚开始并没有讨论出来，但是在第四组学生展示的基础上，小组内学生又经讨论后，认为是由于色素溶解在了层析液中，因此才会出现这样的结果。通过组内及组问的讨论，学生对苏州青材料的选取、绿叶中色素提取和分离的原理及操作步骤的注意事项有了进一步的理解。
4基于PBL模式下探究性实验的反思
本节课笔者在基于PBL教学模式的基础上，把课本典型的验证性实验大胆改为了探究性实验，在教师充分进行预实验的基础上，改进了实验方法，并且设计了6个探究性课题，激起了学生科学探究的兴趣，培养了学生科学探究的能力。在实验过程中，学生提出了两个问题，（1）从实验中可以看出碳酸钙保护了绿叶中的色素，是不是也可以保护花瓣中的色素呢？（2）不能用清水提取绿叶中的色素，那么，能不能提取花瓣中的色素呢？
教师可以在课堂上或是课外给学生提供更多的实验材料，满足学生的探究欲望。同时，这也说明了学生对本节课产生了更多的思考，培养了学生积极思考的品质和知识迁移的能力、质疑的理性思维能力。对于课堂上还没有解决的问题，学生可以通过课后查阅资料、进入实验室再探究等方式获取。通过本节课可以看出，改编教材的实验的确是一个非常好的素材。这就要求教师能够善于发掘教材和生活中的资料，激发学生科学探究的热情，进而逐步培养学生科学探究的能力。
PBL教学模式在实验课的教学中，能够从真正意义上解放学生的思维，鼓励学生成为学习的主人，使其真正成长为科学研究的探索者，化被動学习为主动学习。教师始终要把握的就是“围绕问题来组织教学过程，使问题成为学生学习的起点，把问题的解决作为衡量教学成果的关键”。
关键词PBL 教学模式 科学探究 实验教学策略
中图分类号G633.91 文献标志码B
PBL即基于问题的学习（Problem.based.1earn.ing），是指学生在教师的指导下，对于相对较复杂的问题情境中，以小组合作的形式，来共同探讨实际问题或学习问题，形成解决问题的方案并进行实施，最后进行学习成果展示，并在此过程中，培养学生的科学探究能力和团队合作意识，进而全面提升思维品质的教学策略。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中将“科学探究”纳入普通高中生物学学科核心素养的范畴。它是指学生能够从生物学的现实问题出发，依据生物学的基本现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施并对结果进行分析和探讨的能力。因此，生物学教学应以生物学的基础知识为载体，以提升学生的学科核心素养为目标，而教材中涉及到的实验内容自然就成为培养学生科学探究能力的良好素材。笔者尝试将PBL的教学模式在高中生物的实验教学中进行尝试应用，结合学生自主设计的实验方案，按照一定的规则进行实验探究，最后进行实验结果的探讨和交流，帮助学生真正成长为自主学习者和积极实践者。
下面以人教版高中生物教材《必修1.分子与细胞》第五章第四节“绿叶中色素的提取和分离”实验为例，尝试在高一实验课中，改验证性实验为探究性实验，培养学生的科学探究能力，发展学生的科学思维，进而使学生逐步形成良好的思维习惯。
1教学目标的预设
《江苏省普通高中生物课程标准教学要求》对该实验提出：概述色素提取和分离实验的原理，并说出叶绿体中色素的提取和分离。单纯的背实验是肯定不能满足学生发展需求的，因此教师必须带领学生走进实验室，亲身来体验实验的探究过程。该实验是一个验证性实验，学生只需重复操作，验证出实验结果即可。但是实验中有很多细节及注意事项的考查往往是学生经常出错的地方，因此笔者就以培养学生科学探究能力为导向，大胆把该验证性实验改为探究性实验，并确定了以下教学目标：
①通过动手操作，学会提取和分离绿叶中色素的方法并解释实验原理;
②通过小组的课题探究，说出对照实验的设计方法，并确定实验方案进行小组实验;
③通过组内及组间的实验结果分析，确定绿叶中色素的种类和含量，说出实验材料的选取和实验注意事项。
2实验方案的改进
高一学生的实验操作能力比较薄弱。若想一节课内完成小组的探究课题，难度非常大，所以教师需要特别注重实验的前期准备。笔者在备课过程中查阅了大量的研究文献，并结合当地和学校的实际情况，对实验过程做出了以下几个改进：
（1）一般做该实验的时间大约在12月份，市场上能买到菠菜还非常幼嫩，实验效果很不理想。因此教师经过大量的预实验，把实验材料改为当地比较常见的“苏州青”。
（2）研磨时向研钵中加入的材料和试剂进行定量：并提前用保鲜膜包好2.5g苏州青，待上课时使用;将苏州青和少许（各1/4药匙）二氧化硅和碳酸钙放入研体，再加入4mL无水乙醇，然后迅速、充分地研磨成呈糊状，以保证研磨液中含有较多色素。
（3）研磨后过滤时把漏斗改为研磨过滤器（图1），从而加快过滤速度，提高课堂效率。
（4）画滤液细线时把不好把控的“毛细吸管”改为更易操作的“勾线笔”，从而使画出的滤液细线更为“细、齐、直”。
（5）分离色素时把由“石油醚、丙酮和苯”混合而成的有毒性的层析液改为较易获得的92号汽油。
（6）为了减少汽油的挥发，先把适量汽油倒入烧杯中，再将一层塑料薄膜用橡皮筋扎口，待滤液细线画好后，再用刀片划开一个略宽于滤纸条的小口，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液（92号汽油）中。
同时，为了使学生课堂操作规范，减少不必要的错误，教师提前录制好一段演示视频，在实验之前，边演示边讲解。
3基于PBL的实验教学过程
3.1教师分组并进行问题呈现
目前笔者所教班级只有24人，因此在进行实验时，把学生分为6组，每组探究一个课题（表1）。
3.2进行头脑风暴，学生小组合作
根据教师提供的小组讨论课题，班级学生以4人单位为一个课题组，选择一个课题，讨论出各组的实验设计方案，并根据自变量确定对照组和实验组。同时，注意组内的分工合作，两人合作做对照组，另外两人完成实验组。实验结束时，把结果粘贴在实验报告单的空白处，一个课题组内对比分析对照组和实验组的结果，组内讨论分析实验结果，得出结论。小组讨论结束后，进行班级内部的组间交流，每个课题组派出一个代表，向全班同学展示小组内的课题探究成果，其他小组的同学可以提出质疑或见解。
3.3学习成果展示
实验完成后，学生首先在小组内完成课题的讨论，分析各自的自变量对实验结果的影响。然后，小组选出一名代表向全班同学进行汇报。通过实验结果的对比，学生能够说出：苏州青叶片与菠菜叶片中色素的种类相同，但前者的色素含量要明显多于后者;成熟的苏州青叶片中比幼嫩叶片中的色素含量多;提取色素不加碳酸钙时胡萝卜素与类胡萝卜素的含量没有明显变化，但是叶绿素a和叶绿素b的含量则比对照组少了很多，可以看出研磨时加入碳酸钙是为了保护叶绿素;提取色素时用蒸馏水的实验组滤纸条上几乎没有色素带，说明绿叶中的色素属于脂溶性色素，用蒸馏水提取是不可行的;分离色素时条形滤纸由上至下的色素带同圆形滤纸由外至内的色素带的条数和宽窄几乎一致，所以定性滤纸的形状对实验结果没有影响。当最后一组学生将滤液细线触及滤液细线时发现滤纸上没有出现色素带，刚开始并没有讨论出来，但是在第四组学生展示的基础上，小组内学生又经讨论后，认为是由于色素溶解在了层析液中，因此才会出现这样的结果。通过组内及组问的讨论，学生对苏州青材料的选取、绿叶中色素提取和分离的原理及操作步骤的注意事项有了进一步的理解。
4基于PBL模式下探究性实验的反思
本节课笔者在基于PBL教学模式的基础上，把课本典型的验证性实验大胆改为了探究性实验，在教师充分进行预实验的基础上，改进了实验方法，并且设计了6个探究性课题，激起了学生科学探究的兴趣，培养了学生科学探究的能力。在实验过程中，学生提出了两个问题，（1）从实验中可以看出碳酸钙保护了绿叶中的色素，是不是也可以保护花瓣中的色素呢？（2）不能用清水提取绿叶中的色素，那么，能不能提取花瓣中的色素呢？
教师可以在课堂上或是课外给学生提供更多的实验材料，满足学生的探究欲望。同时，这也说明了学生对本节课产生了更多的思考，培养了学生积极思考的品质和知识迁移的能力、质疑的理性思维能力。对于课堂上还没有解决的问题，学生可以通过课后查阅资料、进入实验室再探究等方式获取。通过本节课可以看出，改编教材的实验的确是一个非常好的素材。这就要求教师能够善于发掘教材和生活中的资料，激发学生科学探究的热情，进而逐步培养学生科学探究的能力。
PBL教学模式在实验课的教学中，能够从真正意义上解放学生的思维，鼓励学生成为学习的主人，使其真正成长为科学研究的探索者，化被動学习为主动学习。教师始终要把握的就是“围绕问题来组织教学过程，使问题成为学生学习的起点，把问题的解决作为衡量教学成果的关键”。