高中生物探究性實驗的教學(xué)切入點

羅建義

摘 要 列舉了4個高中生物探究性實驗的教學(xué)切入點，并逐一分析，旨在通過案例分析，指導(dǎo)高中生物教師科學(xué)的開展探究性實驗，并帶領(lǐng)探究性實驗教學(xué)走向深入。

關(guān)鍵詞 探究性實驗 實驗教學(xué) 生物學(xué)教學(xué)

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

縱觀人教版高中生物學(xué)教科書，各章節(jié)中都安排了很多實驗，但多以驗證性實驗為主。教科書對這些實驗的實驗?zāi)康?、實驗器材、步驟與方法、結(jié)論與分析都做了具體的預(yù)設(shè)與規(guī)定。這種安排在培養(yǎng)學(xué)生主動探究、發(fā)現(xiàn)問題的能力和創(chuàng)新能力上必然受限。在實際教學(xué)中，教師若能把知識融合在實驗中，讓學(xué)生自己通過觀察、實驗、思考、討論、分析等途徑去探究，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生鞏固教材知識，還能引導(dǎo)學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究的方法，促使學(xué)生用科學(xué)的眼光和思維對實驗過程和實驗結(jié)果進(jìn)行分析，不斷提升學(xué)生的分析能力、發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新能力。

1 改變實驗?zāi)康?，變驗證性實驗為探究性實驗

驗證性實驗的目的性很強，是對教材內(nèi)容的驗證和再現(xiàn)。教師若照搬教科書中預(yù)設(shè)的實驗設(shè)計進(jìn)行實驗，其教學(xué)活動往往脫離了學(xué)生的生活經(jīng)驗與知識水平。在這樣的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生缺乏主動建構(gòu)知識、探究結(jié)論的體驗，缺乏對教材內(nèi)容的整合與創(chuàng)新，難以產(chǎn)生高層次的探究思考，他們獲得的知識是表面的、膚淺的。探究性實驗創(chuàng)設(shè)了學(xué)習(xí)情境，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生積極參與實驗探究，體驗實驗的準(zhǔn)備、操作、結(jié)論推導(dǎo)的整個環(huán)節(jié)，學(xué)生的探究能力、實驗設(shè)計能力、分析問題以及解決問題的能力都得到了提高。例如，“植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原”的實驗是教科書中的一個驗證性實驗。教學(xué)中，筆者變驗證性實驗為探究性實驗，引導(dǎo)學(xué)生選用紫色洋蔥的內(nèi)表皮細(xì)胞、花生的種子細(xì)胞、植物莖尖分生區(qū)細(xì)胞、菠菜葉肉細(xì)胞與紫色洋蔥的外表皮細(xì)胞進(jìn)行對比實驗，使學(xué)生對選擇紫色洋蔥外表皮細(xì)胞為實驗材料的原因有了充分的認(rèn)識。實驗試劑方面，除了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的蔗糖溶液外，還選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的蔗糖溶液以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為3%的尿素溶液、KNO3溶液、乙二醇溶液進(jìn)行實驗。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究、觀察、比較與分析后得出結(jié)論：洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞和菠菜葉肉細(xì)胞在預(yù)設(shè)濃度下也能觀察到質(zhì)壁分離，花生的種子細(xì)胞，植物莖尖分生區(qū)細(xì)胞則不明顯。在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的蔗糖溶液中，洋蔥外表皮細(xì)胞質(zhì)壁分離相當(dāng)明顯，但不再復(fù)原；在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的尿素溶液、KNO3溶液、乙二醇溶液中則先發(fā)生質(zhì)壁分離，一段時間后則會自動復(fù)原。教師要引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)探究，分析造成這種結(jié)果的本質(zhì)原因，使實驗中問題的探究走向深入。

2 改變實驗材料、用具引發(fā)探究，注重實驗結(jié)果差異性分析

觀察實驗現(xiàn)象豐富了學(xué)生的表象儲備。學(xué)生只有真正觀察到實驗的本質(zhì)現(xiàn)象，才能水到渠成地得出正確的實驗結(jié)論。教科書中的實驗選擇的材料及用具具有一般性，要求各地各校都可以實施開展。部分教師嚴(yán)格按照教材預(yù)設(shè)的實驗材料及用具進(jìn)行實驗，最后發(fā)現(xiàn)實驗效果不好，但若添加實驗材料，調(diào)整實驗用具，通過分析、比較實驗材料、器具改變后實驗現(xiàn)象、結(jié)果的差異性，并分析其本質(zhì)，使得實驗結(jié)果能夠反映現(xiàn)象本真，會使學(xué)生對知識掌握得更加豐滿，提高了學(xué)生的實驗興趣，并促使他們不斷質(zhì)疑，教學(xué)效果很好。

如觀察“葉綠體與細(xì)胞質(zhì)流動”的實驗，教科書建議的實驗材料是苔蘚類和菠菜。這兩種材料不但難取材，取材也受季節(jié)限制。若我國北方教師冬天做這個實驗，難度就很大。有些教師用紫鴨跖草雄蕊的花絲表皮毛、萬壽菊管狀花的花瓣表皮、黃瓜嫩莖的表皮毛、韭菜進(jìn)行實驗探究，通過比較、分析，發(fā)現(xiàn)韭菜材料易得，實驗效果又好，上面的問題迎刃而解。在“滲透作用”的演示實驗中，若用教科書上描述的長頸漏斗實驗，液面上升的速度慢、時間長，效果不明顯。若選用移液管替代，液面迅速上升，實驗效果非常明顯。教師要根據(jù)實際情況，拓展實驗探究思路，從實驗材料、實驗器具上多加選擇，促進(jìn)當(dāng)?shù)刂袑W(xué)生物實驗探究教學(xué)的有效開展。

3 改變實驗步驟引發(fā)探究，注重實驗過程分析

實驗步驟是實驗成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。正確的實驗步驟是獲得確切的實驗現(xiàn)象、詳實的實驗數(shù)據(jù)、正確的實驗結(jié)論的前提。教師要細(xì)化實驗步驟，監(jiān)測各步驟的實驗現(xiàn)象，預(yù)判各環(huán)節(jié)的誤差及出現(xiàn)的結(jié)果，并整理成詳盡的實驗流程。教師可以有意地改變實驗步驟引發(fā)探究，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注步驟改變之后的現(xiàn)象改變，引導(dǎo)學(xué)生分析其實質(zhì)，對實驗中提出的問題、現(xiàn)象、失敗的原因要細(xì)致考慮，多問“為什么”。同時，教師還要全面系統(tǒng)地分析實驗?zāi)康?、操作要求與實驗步驟之間的關(guān)系，注重實驗過程分析，提高探究性實驗教學(xué)效果。

如“探究pH對酶活性的影響”的實驗，實驗步驟如下：

（1） 取同型號試管9只，標(biāo)號，分別加入2 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的可溶性淀粉溶液。各試管中分別加入相應(yīng)的緩沖液3 mL，各試管中溶液的pH依次穩(wěn)定在3、4、5、6、7、8、9、10、11。

（2） 將9只試管在37℃的溫度下恒溫水浴，分別向9只試管中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的唾液1 mL。

（3） 每隔1 min從第5號試管（即pH為7的試管）中取出一滴反應(yīng)液，滴在比色板上，加一滴碘液顯色。待呈橙黃色時，立即取出9支試管，加碘液顯色并比色，記錄結(jié)果。

（4） 分析實驗結(jié)果，得出結(jié)論。

教師引導(dǎo)學(xué)生改變實驗步驟，如保留前5只試管進(jìn)行實驗，或縮小試管中溶液的pH梯度，或用20℃恒溫水浴，或改變第5號試管比色時間，或第一步和第二步實驗步驟互換。教師要引導(dǎo)學(xué)生對步驟改變后的實驗現(xiàn)象做出預(yù)測，對步驟改變前后觀察到的實驗現(xiàn)象進(jìn)行對比，甄別其相似程度，對出現(xiàn)的誤差進(jìn)行分析，以引導(dǎo)學(xué)生正確理解實驗步驟，使實驗探究觸及探究問題的本質(zhì)，提高高中生物實驗探究教學(xué)的時效性。

4 改變檢測試劑引發(fā)探究，注重顏色變化內(nèi)因分析

選擇正確的檢測試劑是確保獲取清晰的實驗現(xiàn)象、準(zhǔn)確的實驗結(jié)果的先決條件。教師可以通過改變檢測試劑，對比實驗現(xiàn)象中顏色變化，引導(dǎo)學(xué)生對顏色變化的內(nèi)因進(jìn)行分析，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。如可用二苯胺替換甲基綠、苔黑酚替換吡羅紅來觀察“DNA、RNA在細(xì)胞中的分布”。

在“溫度對酶活性”的實驗中，教科書選擇碘液作為檢測劑，可有些小組的學(xué)生提出用斐林試劑或班氏試劑也可以作為檢測試劑。教師要及時引導(dǎo)學(xué)生展開分析，預(yù)測不同檢測劑的檢測對象、使用條件的差異性，預(yù)判實驗成功的可能性。然后，引導(dǎo)學(xué)生在不同檢測試劑下做平行對比實驗，最后發(fā)現(xiàn)：斐林試劑用于檢測反應(yīng)溶液中是否有還原糖存在，側(cè)重于對淀粉水解后產(chǎn)物的鑒定。碘液則反映淀粉酶對淀粉的催化程度，側(cè)重于對底物剩余量的鑒定。通過淀粉溶液的褪色過程，直觀地顯示出不同溫度條件下，反應(yīng)溶液顏色的動態(tài)變化過程。在教材所選溫度0 ℃（冰水中）、60 ℃和100 ℃（沸水中）的條件下，如果選用斐林試劑作指示劑，需要在試劑加入后進(jìn)行水浴加熱。這樣，在檢測過程中就改變了原來三只試管的預(yù)設(shè)溫度條件，所指示的結(jié)果也就難于保證能夠代表原來三種預(yù)設(shè)溫度條件下真實的實驗結(jié)果。由此得出結(jié)論：本實驗只能選擇碘液作為檢測試劑。

可見，只有細(xì)心觀察，注重顏色變化的內(nèi)因分析，才能得出正確的實驗結(jié)論。