“植物蒸腾作用的探究”的教学探究
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【摘要】分析浙教版"植物蒸腾作用"探究实验通常被处理成知识讲授的原因，通过对该探究实验的教学探究，提出开展学生探究的可行性方案，阐述在课堂教学中开展该实验探究教学的三种教学实践形式及其优缺点。
【关键词】初中科学蒸腾作用教学探究
【中图分类号】G622.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）3-0024-02
"植物的蒸腾作用"是浙教版《科学》（八年级下册）的教学内容。其中，探究"植物体内的水分主要是从叶的上表皮还是下表皮散发出来的"是教材的一个亮点，是课堂教学中的活跃因素。遗憾的是，从自身的教学发展经历和教学调研来看，该探究往往被处理成简单的知识讲授，未能发挥其蕴含的积极的教学功能。现以笔者自身的教学经历阐述对该探究的教学认识。
一、该探究实验被简单处理成知识讲授的原因
1.实验材料存在的问题
教材在叙述该探究实验时提示了相关信息："实验原理：浸有氯化钴溶液的蓝色滤纸遇到水会变红色；实验操作方法：将浸过氯化钴溶液的蓝色滤纸贴在叶片上下表皮的表面，观察滤纸的颜色变化。"该信息表述存在着不明确："浸有氯化钴溶液的蓝色滤纸"应该是"浸有氯化钴溶液的滤纸制成的干燥蓝色试纸"或"氯化钴试纸"。由于氯化钴试纸在初中学校应用不广，实验室配备或缺乏或因潮解而失效。
按教材提供的信息去实施探究时，会发现实验材料存在着问题。一是植物叶片怎么选择？是所有种类的植物叶片？同种植物的不分部位不分嫩老的叶片？二是氯化钴试纸难以满足实验需要，即使用新的试纸做实验，效果也不明显。
2.实验存在的干扰因素
一是实验设计不够严谨。蓝色氯化钴试纸变色可以确定水蒸气的存在，但实验探究的场所很难避免水蒸气的影响，试纸变色能确定有水蒸气存在，但水蒸气是否仅来自叶片散发则证据不足。
二是实验不易操作。教材提示"将滤纸贴在叶片上下表面后，用回形针将其固定。"在实际操作中，用回形针固定滤纸并不容易。如果固定得太紧则会使叶片内的汁液挤出；如果固定得太松又难以达到紧密接触；如果不用回形针而直接用手捏，手上皮肤分泌的汗液也会干扰实验，实验效果均不理想。
二、该探究实验的实验探究
1.氯化钴试纸的制作
实验表明：应用市场提供的氯化钴试纸进行实验效果不明显。教材只提供"浸有氯化钴溶液的蓝色滤纸"的信息，但没有说明氯化钴溶液的浓度。有关资料显示，15℃时氯化钴的溶解度约为50g，配制氯化钴试纸通常方法是：取氯化钴2g，加盐酸1ml，加水溶解并稀释至100ml，将所得溶液滴到滤纸即得。但实验表明，用此法制得的试纸效果仍不理想。我们根据控制变量法对氯化钴试纸制作进行了探究，分别配制不同浓度的氯化钴溶液进行浸泡制作的试纸进行实验。结果表明，不同浓度制作的试纸效果存在着差异，选用20%的氯化钴溶液制作的试纸效果较好。制作程序是：取氯化钴2g，加盐酸1ml，加水8 ml配制溶液，将普通滤纸浸泡后放在烘箱低温（控制温度100℃）进行烘干，烘干后的滤纸切成2cm宽的条形试纸密封保存，在实验开始时提供给学生。
2.植物叶片的选择
分别选用校园常见的绿色植物的叶片进行实验，发现以常绿宽叶的植物叶片为宜，来源丰富便捷；叶片以生命力旺盛的半成新叶为宜，过嫩的叶片下表皮散发水分较多，过老散发的水分较少，两者的对比度均不强。
3.干扰因素的排除
按照教材的提示，使用回形针或直接用手捏住，效果时好时坏，对现象的解释人为地忽略空气中水蒸气的影响而显得牵强，不适宜推介到课堂教学。要想减少空气中水蒸气的影响，需要放置在相对密封的容器里，比较简便的方法是用有封口的透明塑料袋，在袋内用试纸包裹叶片，排出空气，再用书本轻压固定，稍候取出观察，效果明显。
4.教学组织的初次探究
老师的探究取得成功后，我们想到可以在课堂教学中实施该探究了。将班级学生分成几个探究小组，分别提供我们自制的实验素材，在老师的指导下，学生自己动手进行了"植物体内的水分主要是从叶的上表皮还是下表皮散发出来的"探究。当学生们自己亲手实验获得结论时，成功的喜悦之情洋溢在他们的脸上，结论已无需老师描述了。
三、该探究实验的教学再探究
学生们在老师的指导下开展了探究活动，虽然课堂活跃了，学生的学习热情提升了，通过探究获得了体验，但老师的部分探究能否让学生参与呢？怎样才能充分发挥学生的探究智慧？为此，我们进行了如下三种方式的教学再探究。
1.尝试--改进
师：已知氯化钴试纸遇水蒸气变红色，现提供每组同学一张新鲜叶片、一张蓝色氯化钴试纸（装在有封口的透明塑料袋内），请大家设计实验方案并探究"植物体内的水分主要是从叶的上表皮还是下表皮散发出来的？"
生：拿到材料后，有的学生将滤纸放在叶片上方；有的学生将叶片正放在滤纸上方；有的学生用滤纸将叶片包起来；有的学生用滤纸将叶片的两面夹住，然后用手用力捏住；有的学生用书本压住；有的学生用烧杯压住……
生：一段时间后，试纸用手捏住的部分变色了。
师：为什么用手捏住的部分先变红色？
生：手上有汗液，汗液中有水。
生：试纸两面一起变色了。
师：试纸两面一起变色，能否说明叶片的上下表面都能散失水分？
生：既然变色了，就说明叶片的上下表面都散发出水分。
生：我不同意，因为我做的实验不是这样。
生：我想变色的原因可能是因为空气含有的水蒸气导致。
师：同学们分析的都有道理，手里的汗液和空气中的水分对实验起到了干扰作用，大家有没有办法排除这两个主要的干扰因素，使实验结果更加科学？
生：夹在书本中间。
生：夹在书本中间看不到滤纸的颜色变化，无法观察到哪部分滤纸先变红色。
生：用滤纸夹住叶片后置于装有封口的塑料袋内。
师：塑料内没有空气吗？
生：装入袋后，再将袋内的空气从底部往出口处挤出，然后封口，这样既可以使叶片和滤纸紧密接触，又能隔绝空气流通。
师生：鼓掌！
2.讨论--实验
师：已知氯化钴试纸遇水蒸气变红色，那么植物体内的水分主要是从叶的上表皮还是下表皮散发出来的？现提供每组同学一张新鲜叶片、一张蓝色氯化钴试纸（装在有封口的透明塑料袋内），请大家分组讨论，提出实验方案。
生：用试纸包裹叶片，用手捏住。
生：用试纸分别放在叶片的上下面，用回形针固定。
生：我们小组认为，空气中有水分，可能影响实验，最好不要直接放在空气中。
生：我们小组认为，用试纸分别放在叶片的上下面，然后压在书本中。
生：我们小组认为，用试纸分别放在叶片的上下面，然后放入塑料袋中，再压在书本下。
师：请大家相互评议，我们按最佳的方法进行实验。
生：认识到实验的干扰因素，根据最佳方案即将试纸分别放置叶片的上下表面，放入塑料袋，挤出空气，密封，再压在书本下，稍候观察。多数小组都获得了相对一致的现象，对叶片散发出的水分的主要部位有正确的认识。
3.尝试――改进――再实验
师：已知氯化钴试纸遇水蒸气变红色，现提供每组同学一张新鲜叶片、一张蓝色氯化钴试纸（装在有封口的透明塑料袋内），请大家设计实验方案并探究"植物体内的水分主要是从叶的上表皮还是下表皮散发出来的？"
生：分小组进行讨论，根据各自的方案进行实验。
生：我们小组发现用手捏的试纸都变色了。
生：我们小组上下的试纸都变色，对比度不明显。
师：有资料说，叶片上下表面散发的水分是不同的，这跟同学的实验有出入，是资料有问题还是我们实验操作有问题？
生：我想是我们实验有问题，因为手里有汗液，空气中有水蒸气，所以，用手捏和直接放在空气中试纸两面都会变色。
生：那么，放在无空气的地方做实验。
生：用塑料袋吧。将叶片和试纸包裹好后放入袋中，再将袋内的空气从底部往出口处挤出，然后封口，这样既可以使叶片和滤纸紧密接触，又能隔绝空气。
师：那好，我们再做一次实验。
生：根据改进后的方案进行实验，发现了夹在蚕豆叶下表皮的滤纸先变红色，下表皮滤纸颜色比上表皮深。
四、该探究实验教学探究的思考
1.教材是可以质疑的
《科学》实施已多年，其鲜明的探究特色和教学功能早已获得认同，然而，该探究实验的教学却长期停留在知识讲解的层面上。究其原因，按照教材做实验受材料和干扰因素的限制，实验效果不理想。如果我们不去质疑教材，不去对该实验进行探究，也就没有学生的精彩探究，停留在知识教学层面上的遗憾将是有认识却无改变。
2.老师的探究同样适合学生
由老师分析实验干扰因素，将经老师探究后形成的改进方案交给学生，学生可以很好地完成相应的实验。将干扰因素的分析及改进方案的探究交给学生，学生也能很好地解决问题，获得合理结果。
探究的问题有多大，学生的思维就会有多宽。将问题交给学生，能让学生发挥自己的创造力，使学生在探究过程中学会的不仅对实验现象的观察、实验结果的分析，更重要的是能够培养学生设计实验、发现问题、分析和解决问题的能力，体现学生的主体性。
有些学生对试纸的制作有兴趣，则成立课外兴趣小组去探究，他们同样制得使用效果良好的氯化钴试纸。
由此可见，老师的有些探究活动同样适合学生，要培养学生的探究精神，老师首先要有探究精神，成为一个探究的先行者。
3.不同的教学组织方式有不同的优缺点
"尝试――改进"型教学的优点是：通过学生的尝试，发现了实验的干扰因素，学会了对实验结果的理性分析；通过生生的相互讨论，学会了干扰因素的排除方法；通过学生的创意行动，巧妙地运用简单的方法设计出科学合理的实验方案。这些教学活动，能使学生的探究智慧得到体现，达到较好的教学效果。缺点是：只给学生一次探究机会，一旦学生实验失败，只能停留在分析原因提出改进方案的层面上，由此造成有的学生一次成功获得成就感，有的学生因实验失败面对大家共同设计出的新方案却无法再次实验而遗憾。
"讨论――实验"型的教学优点是：探究教学模式比较成熟，便于老师掌控课堂，在老师的启发下，通过学生之间的互动互议，分析实验原理、实验影响因素，形成实验方案，体现了老师的主导性和学生的主体性，能促进学生实验探究的分析、设计和操作能力，三维教学目标能得到较好的落实。缺点是：实际教学过程中发现，对于两个干扰因素存在的及时发现仅是极小部分学生具备的能力，大部分学生扮演的是听众的角色。该过程中，学生由于缺乏亲身体验的过程，对干扰因素认识不深刻，且有一部分学生并不真正理解，从而影响进一步设计相对合理的实验方案的积极性和主动性。
"尝试――改进――再实验"型教学的优点是：吸取上述两种教学方式的长处，不仅敢于尝试失败的实验，更重要的是巧妙地利用了一次"预演"实验，为学生创造了体验失败或成功的过程、发现和分析问题的真实情境，满足学生之间互动合作的真切需要，为激发学生创造性地开展设计活动提供空间。教学进程符合学生的认知发展和情感发展的需要。缺点是：教学用时比较长，学生探究活动多可能导致学生的实验进展不一，对教师掌控课堂的能力要求较高，对教师把握课堂生成性资源的能力要求较高。
注：2012年11月2-3日，应浙江大学继续教育学院邀请，笔者在杭州钱塘外语学校第七届"名师大讲坛"全国初中科学名师经典课堂教学观摩研修活动中执教《叶片的蒸腾作用》，其中，本文阐述的探究教学设计受到与会专家和老师的好评。