巧變教材實驗 培養(yǎng)科學(xué)思維

婁志義 程紅梅

[摘 要]生物實驗是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究能力的重要手段，而生物實驗的有效開展對高中生物的教學(xué)至關(guān)重要，在進(jìn)行實驗教學(xué)時，可以對現(xiàn)有的教材實驗加以改進(jìn)和創(chuàng)新來引導(dǎo)和組織學(xué)生進(jìn)行探究，從而提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

[關(guān)鍵詞]科學(xué)思維;教材實驗;核心素養(yǎng)

[中圖分類號]? ? G633.91? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）17-0095-02

新一輪的課程改革提倡以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)模式，要培養(yǎng)學(xué)生用科學(xué)的觀點、知識、思維和方法去解決實際問題。生物學(xué)科要求從生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任四個方面提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

生物實驗是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究能力的重要手段。高中生物教材中，所涉及的實驗包括驗證性實驗、探究性實驗和自主設(shè)計實驗三種類型，其中以驗證性實驗居多，而探究性實驗則較少。驗證性實驗是在已經(jīng)知道實驗結(jié)果和現(xiàn)象的基礎(chǔ)上加以操作，實驗所用的材料用具、實驗所依據(jù)的原理及操作步驟都是書本給定的，學(xué)生是在被動的情況下完成實驗的，很難啟發(fā)學(xué)生主動思考，無法培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。相反，探究性實驗是在結(jié)果、現(xiàn)象未知的情況下通過設(shè)計實驗去探索，進(jìn)而獲得結(jié)論，在探究實驗過程中，學(xué)生需要對實驗原理、實驗材料、實驗步驟及結(jié)果的檢測加以認(rèn)真思考，這對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是非常有利的。

為了達(dá)到新課程標(biāo)準(zhǔn)對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究能力的要求，教師在進(jìn)行實驗教學(xué)時，可以對現(xiàn)有的教材實驗加以改進(jìn)和創(chuàng)新，對實驗?zāi)康摹嶒灢牧?、實驗試劑、實驗裝置以及過程等方面進(jìn)行重新思考，加以改變，使學(xué)生的思考和探究貫穿整個實驗過程，從而實現(xiàn)提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo)。

一、創(chuàng)新實驗?zāi)康?/p>

教材中的很多驗證性實驗，如果對其實驗?zāi)康募右詣?chuàng)新，就能變成探究性實驗，引發(fā)學(xué)生思考與探究。例如“植物細(xì)胞的吸水和失水”實驗，如果在教材實驗的基礎(chǔ)上，對實驗?zāi)康募右詣?chuàng)新，改為“測定紫色洋蔥外表皮細(xì)胞液的濃度”，就可以進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生去設(shè)計實驗進(jìn)行探究，強化學(xué)生的實驗設(shè)計能力和創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的知識運用能力。這樣，既實現(xiàn)了原實驗設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)，也使該實驗在要求上提高了一個層次[1]。又如“葉綠體中色素的提取與分離”實驗，可以創(chuàng)新實驗?zāi)康臑椤氨容^不同葉片中的色素含量”，學(xué)生可能會觀察思考采集哪些葉片進(jìn)行實驗，如何說明不同葉片中的色素含量等問題。再如“檢測生物組織中的還原糖、脂肪和蛋白質(zhì)”實驗，可將其實驗?zāi)康膭?chuàng)新為“植物種子中化學(xué)成分的探究”，給學(xué)生提供小麥、大豆、花生等作物種子，由學(xué)生結(jié)合教材實驗的原理設(shè)計出實驗，探索其中的化學(xué)成分。

二、準(zhǔn)備實驗材料和試劑

通常，實驗中所用的實驗材料都是由實驗員根據(jù)教材要求提供的，實驗所需的試劑也是由實驗員提前準(zhǔn)備或配制的，這樣給學(xué)生思考的空間就很有限。對于一些簡單的、日常生活中就能獲得的材料，如讓學(xué)生自己參與準(zhǔn)備的話，則有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，也有助于培養(yǎng)學(xué)生的生活能力，促進(jìn)學(xué)生接觸大自然，培養(yǎng)社會責(zé)任感。例如“檢測生物組織中的還原糖、脂肪和蛋白質(zhì)”實驗，教材提供的實驗材料是蘋果或梨勻漿、馬鈴薯勻漿、花生種子、豆?jié){、鮮肝研磨液等，這些材料是常用的生活必需品，很容易獲得，完全可以提前布置給學(xué)生去準(zhǔn)備。有的學(xué)生在準(zhǔn)備的過程中，會想到對其他的生物材料進(jìn)行檢測，他們會準(zhǔn)備好帶到實驗室進(jìn)行實驗，這樣不僅激發(fā)了學(xué)生的實驗興趣，還培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)探究能力。又如“用高倍鏡觀察線粒體和葉綠體”實驗，所需的菠菜葉片可讓學(xué)生自己尋找取材，也可以鼓勵學(xué)生尋找其他的替代品;“葉綠體中色素的提取與分離”實驗可讓學(xué)生自帶葉片，小組學(xué)生進(jìn)行比較，研究不同葉片中的色素含量問題[2]。同樣，實驗試劑的準(zhǔn)備，在條件允許的情況下，也可以選取少數(shù)學(xué)生參與。例如，配制氯化鈉溶液、不同濃度的硫酸銅溶液等簡單的試劑，可以完全由學(xué)生配制;而對甲基綠吡羅紅染液、解離液和層析液等需要不同試劑配制的混合試劑，可由教師指導(dǎo)學(xué)生動手操作完成。這樣，學(xué)生在配制的過程中，不僅掌握了試劑配比、使用和保存等知識，也充分調(diào)動了實驗的積極性。總之，讓學(xué)生參與到實驗材料或?qū)嶒炘噭┑臏?zhǔn)備過程中，學(xué)生會對實驗原理有更透徹的理解，對實驗的過程、結(jié)果和結(jié)論也能投入更多的思考。

三、改變順序，引導(dǎo)探究

教材中有許多實驗，尤其是驗證性實驗，都是在學(xué)生學(xué)完相應(yīng)的知識后進(jìn)行的，如果我們能對課程進(jìn)行順序調(diào)整，即先實驗后上課，則有利于學(xué)生進(jìn)行思考探究。

例如，教材中“用高倍鏡觀察線粒體和葉綠體”實驗是安排在學(xué)習(xí)線粒體和葉綠體的形態(tài)特征之后再進(jìn)行實驗驗證的，教師完全可以先安排學(xué)生進(jìn)行實驗，觀察比較線粒體和葉綠體的外部形態(tài)。雖然只是調(diào)整了講課與實驗的先后順序，卻將驗證性實驗改成了探究性實驗，引導(dǎo)學(xué)生親自構(gòu)建知識體系，此過程的心理體驗也是學(xué)生非常重要的收獲[3]。

教材中還有一些經(jīng)典的實驗，如“植物生長的向光性”，教師通常采用在課堂上引導(dǎo)學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象并解釋原理的方法進(jìn)行教學(xué)。教師完全可以在課前數(shù)天布置給學(xué)生去進(jìn)行實驗，然后課上進(jìn)行分享總結(jié)。教師可提前數(shù)天向?qū)W生介紹小麥胚芽鞘，明確實驗?zāi)康?，將萌發(fā)的小麥胚芽鞘實驗裝置放在教室適宜的位置，由學(xué)生連續(xù)觀察記錄實驗現(xiàn)象，等到上課時，讓學(xué)生分析實驗現(xiàn)象。這樣一來，教學(xué)就實現(xiàn)了從先做探究性實驗到觀察現(xiàn)象再到分析實驗現(xiàn)象的轉(zhuǎn)變。得到的結(jié)論既有事實依據(jù)，也能讓學(xué)生對知識的理解更加深刻。

四、拓展實驗，延伸思維

教材中關(guān)于“捕獲光能的色素”部分，介紹了綠葉中含有葉綠素和類胡蘿卜素，因為葉綠素含量較多，而使得絕大部分葉片呈現(xiàn)綠色。同時學(xué)生也通過“綠葉中色素的提取和分離”實驗，對綠葉中四種色素的含量有了比較清楚的認(rèn)識。教師在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步設(shè)疑：為什么有的葉片到了冬天會變成黃色？楓葉為什么變紅色？學(xué)生進(jìn)一步探究，應(yīng)用上述實驗層析法的原理，學(xué)生只能分離出類胡蘿卜素。學(xué)生可以解釋因為冬天氣溫下降，葉綠素易分解，所以葉片會變成黃色，卻很難解釋楓葉變紅的現(xiàn)象，因為其中含有的花青素是水溶性色素，不能通過層析法分離出來。

教師可進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計有關(guān)花青素的實驗，并親自動手操作，直觀了解花青素的性質(zhì)和作用?；ò甑募t、藍(lán)、紫等顏色是由花青素的作用形成的，楓葉的顏色變化也與其有關(guān)，秋后因為溫度的變化，楓葉中花青素的含量也迅速增加，這種花青素非常不穩(wěn)定，只要酸堿度、濕度等稍有變化，它的顏色也就隨著變化。它和酸性物質(zhì)結(jié)合呈現(xiàn)紅色，和堿性物質(zhì)結(jié)合呈現(xiàn)藍(lán)色，中性時便呈現(xiàn)紫色。由此可知，如果含有花青素多的花朵遇到酸性或堿性物質(zhì)時，就會明顯地改變顏色。因而教師可以利用此原理設(shè)計實驗檢測花青素的存在及性質(zhì)。

取兩個小燒杯，分別加入少量鹽酸或氨水，加以攪動，用試管夾夾住花瓣放入燒杯，注意花朵不直接接觸鹽酸或氨水，讓揮發(fā)的鹽酸或氨氣作用于花瓣，用培養(yǎng)皿蓋住燒杯口?？梢赃x用粉紅色康乃馨、月季以及紫紅色的牽?；ǖ确胚M(jìn)鹽酸的燒杯中進(jìn)行實驗，短時間可見花瓣顏色發(fā)生變化。也可選用淺藍(lán)色牽?；?、鳶尾等放入氨水的燒杯中進(jìn)行實驗，花瓣會發(fā)生變色，變色現(xiàn)象可保持較長時間[4]。一系列實驗做完后，學(xué)生對色素的分布、含量及性質(zhì)等有了完整的認(rèn)識，科學(xué)思維和科學(xué)探究能力也得到了有效提升。

五、將課堂實驗向課外拓展延伸

按照新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，教師應(yīng)打破課堂內(nèi)外的約束，有計劃地安排好需要較長時間才能完成的實驗，包括必要的調(diào)查、探究活動等，充分利用多種教學(xué)資源，保證活動時間的落實。課堂教學(xué)時間是有限的，而有些探究性實驗需要時間又比較長，不可能都在課內(nèi)完成，像“植物向性運動的實驗設(shè)計”“探索生長素類似物促進(jìn)插條生根的最適濃度”“探究培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量的動態(tài)變化”等實驗均無法在一節(jié)課內(nèi)完成，對此教師可通過小組課外活動進(jìn)行實驗，課堂交流共享做法，將課堂實驗向課外拓展延伸。另外，還有一些實驗，如 “制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型”“制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”等，雖然在課堂上也可以完成，但是教師可以引導(dǎo)學(xué)生合理安排課內(nèi)學(xué)習(xí)和課外制作時間，以小組為單位在課外完成，并將成果在課堂上進(jìn)行展示[3]。這樣，就將課內(nèi)和課外學(xué)習(xí)整合為一個有機整體，學(xué)生在自然環(huán)境中的探究活動將決定他們學(xué)習(xí)的深度和能力。

實驗是高中生物教學(xué)中的重要內(nèi)容，通過實驗，學(xué)生可以鞏固所學(xué)的知識和所掌握的技能，激發(fā)探究和發(fā)現(xiàn)知識的興趣，學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題、探索問題并解決問題。在開展實驗前，教師應(yīng)結(jié)合學(xué)校實際進(jìn)行充分的準(zhǔn)備與合理的改進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生開發(fā)新的實驗方法，大膽放手讓學(xué)生對已設(shè)計的實驗進(jìn)行操作。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 吳永剛.淺議高中生物實驗的改進(jìn)策略[J].中學(xué)生物教學(xué)，2017（12）：42-43.

[2]? 張杰，王靜.小議高中生物實驗的一些改進(jìn)[J].中華少年，2016（4）：117.

[3]? 張淑偉.高中生物實驗改進(jìn)與創(chuàng)新[D].石家莊：河北師范大學(xué)，2012.

[4]? 符春鋒，張巖.生物小實驗兩則[J].中學(xué)生物學(xué)，2014（10）：47.

（責(zé)任編輯 黃春香）