高中生物“預(yù)實(shí)驗(yàn)”的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)施效果

吳妙說

【摘要】高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂效率提高的重要策略之一是注重并進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)。預(yù)實(shí)驗(yàn)可檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性和可行性，通過預(yù)實(shí)驗(yàn)選取最佳實(shí)驗(yàn)材料，并不斷探索創(chuàng)新，改進(jìn)一些實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)方法，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，有效提升學(xué)生的探究與創(chuàng)新能力以及提高學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣。

【關(guān)鍵詞】生物學(xué)；實(shí)驗(yàn)探究；預(yù)實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新

高中生物學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容中包含較多的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)既可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣，也可以讓學(xué)生形成生物學(xué)的核心概念，獲得基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，幫助學(xué)生形成批判性思維、創(chuàng)造性思維等，提高觀察、實(shí)驗(yàn)探究、實(shí)踐和創(chuàng)新能力，使學(xué)生具備“科學(xué)探究”等生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。因此，提高生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂的教學(xué)效率是重中之重。注重并開展預(yù)實(shí)驗(yàn)是提高生物實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)效率的重要策略，預(yù)實(shí)驗(yàn)也是實(shí)驗(yàn)過程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。

預(yù)實(shí)驗(yàn)是指在學(xué)生大規(guī)模進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)之前預(yù)先完成小范圍的實(shí)驗(yàn)。它可以由教師、實(shí)驗(yàn)員或?qū)W生興趣小組完成，為實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行而摸索出更優(yōu)的條件，最終檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與可行性。

一、預(yù)實(shí)驗(yàn)的重要作用

通過預(yù)實(shí)驗(yàn)可以防止由于實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)不夠完善、實(shí)驗(yàn)材料選取不佳、某些環(huán)節(jié)準(zhǔn)備不周全，而導(dǎo)致開展大規(guī)模正式實(shí)驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生的物資、時(shí)間、人力、財(cái)力上的浪費(fèi)等情況，以及減免對(duì)環(huán)境造成的污染和破壞。每次實(shí)驗(yàn)課之前，教師必須對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都一一認(rèn)真進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，目的是通過預(yù)實(shí)驗(yàn)篩選出最佳的實(shí)驗(yàn)材料、用具和藥品，檢測(cè)試劑配制的適宜濃度和效果，摸索出最精準(zhǔn)最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)條件，減免實(shí)驗(yàn)中可能的各種誤差，對(duì)實(shí)驗(yàn)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行排查，以檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是否科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、可行。教師還可以通過預(yù)實(shí)驗(yàn)過程熟悉實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)操作過程，改進(jìn)不利于實(shí)驗(yàn)的操作方法，進(jìn)而形成標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程，同時(shí)提高自身的實(shí)驗(yàn)操作技能。對(duì)預(yù)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的種種問題或可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行綜合分析，找出可能的原因和解決的方法，并將這些發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)成學(xué)生的學(xué)習(xí)問題，增加在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生的思維力度，有效提升學(xué)生的探究與創(chuàng)新能力。

二、預(yù)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1.在預(yù)實(shí)驗(yàn)中對(duì)比，選取最佳的實(shí)驗(yàn)材料

最佳的實(shí)驗(yàn)材料是生物學(xué)實(shí)驗(yàn)成功的前提條件，能幫助學(xué)生更順利地完成實(shí)驗(yàn)操作過程且觀察到更明顯有效的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。預(yù)實(shí)驗(yàn)中教師采用多種實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，包含教科書、教師教學(xué)用書實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中建議的常規(guī)選用實(shí)驗(yàn)材料以及教師根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境和周邊資源嘗試一些常見的可選用材料，經(jīng)過多次預(yù)實(shí)驗(yàn)觀察和對(duì)比，篩選出既符合實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊笥殖霈F(xiàn)明顯實(shí)驗(yàn)效果的、易于獲得和成本較低的實(shí)驗(yàn)材料。

案例1：在進(jìn)行“檢測(cè)生物組織中的還原糖”預(yù)實(shí)驗(yàn)中，我們嘗試了很多種植物材料，如蘋果、香梨、皇冠梨、沙梨、白菜葉（或梗）、白蘿卜等，多次榨汁、過濾、稀釋后一一進(jìn)行鑒定試驗(yàn)。試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)一些常用材料的不足之處：蘋果、香梨、皇冠梨這三種材料比較容易氧化成黃褐色，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；白菜葉（或梗）、白蘿卜兩種材料由于還原糖的含量不高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不夠明顯。對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，沙梨汁經(jīng)過稀釋，幾個(gè)小時(shí)內(nèi)都不易被氧化，而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果中沙梨汁組中出現(xiàn)的磚紅色顏色最深，實(shí)驗(yàn)結(jié)果在幾種材料中最明顯。

案列2：“通過模擬實(shí)驗(yàn)探究膜的透性”演示實(shí)驗(yàn)的成功關(guān)鍵在于半透膜的選擇。在預(yù)實(shí)驗(yàn)中分別嘗試幾種常見的半透膜材料，如豬腸衣、卵殼膜、豬膀胱膜、玻璃紙、魚鰾等，觀察對(duì)比滲透現(xiàn)象結(jié)果，最后選定的材料是現(xiàn)象明顯、耗時(shí)最短、來源廣泛的卵殼膜而非玻璃紙。制備卵殼膜的方法是將雞蛋敲出一個(gè)小洞后去掉蛋清與蛋黃，用15%的鹽酸溶液浸泡雞蛋殼。這種方法很快就可以制成卵殼膜，比直接剝離外殼的方法更簡單，得到的卵殼膜比較完整。

案列3：在進(jìn)行“探究生長素類似物對(duì)扦插枝條生根的影響”探究活動(dòng)的預(yù)實(shí)驗(yàn)中，分別選用了當(dāng)?shù)爻Ｒ姷?、校園內(nèi)取材比較方便的多種插條種類，如印度紫檀、散沫花、三角梅、翠蘆莉（別名為蘭花草或藍(lán)花草）、富貴竹等。在預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí)用一系列適宜濃度的萘乙酸溶液和清水浸泡以上幾種插條，觀察發(fā)現(xiàn)，綜合對(duì)比結(jié)果：富貴竹在一周左右生出較多不定根，但是富貴竹需要在花卉市場(chǎng)購買，實(shí)驗(yàn)成本較高；印度紫檀、三角梅是海南非常常見的行道樹木和觀賞花卉，取材容易，但是生根時(shí)間較長，大約兩周左右，且生出的不定根較少；散沫花的幼枝約4-5天能生根，生出不定根較多，可是此樹種并非海南各學(xué)校的常見樹木，不易大量獲取。在正式實(shí)驗(yàn)時(shí)以本校園內(nèi)栽種花卉品種翠蘆莉枝條作為該實(shí)驗(yàn)的材料，翠蘆莉是海南常見的觀賞花卉，取材方便；翠蘆莉在3-5天就可以生出比較多不定根，實(shí)驗(yàn)效果顯著，還縮短了學(xué)生利用課外時(shí)間持續(xù)觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果的時(shí)長。

2.不斷探索改進(jìn)預(yù)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法

做預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)方法一般按照教材上或者教師參考用書上的傳統(tǒng)常規(guī)方法進(jìn)行操作，有時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想，甚至與預(yù)期結(jié)果相差甚遠(yuǎn)，必須再反復(fù)做預(yù)實(shí)驗(yàn)并分析原因，不斷嘗試做一些創(chuàng)新，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法。

案例1：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)雖然能使學(xué)生快速有效地學(xué)習(xí)到所要掌握的基礎(chǔ)知識(shí)，但學(xué)生的自主理解能力、創(chuàng)新能力以及學(xué)習(xí)的積極性均受到一定束縛，不能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物實(shí)驗(yàn)的興趣。相比之下，進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，更能使學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)操作技能，培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)科探究思維以及創(chuàng)新能力，調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)生物實(shí)驗(yàn)的激情。高中生物學(xué)必修一中的“檢測(cè)生物組織中的還原糖、淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)”實(shí)驗(yàn)，是常規(guī)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過多次預(yù)實(shí)驗(yàn)摸索，筆者認(rèn)為在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上將此實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探究，具體方案如下：配制出一定濃度的沙梨汁（還原糖）、馬鈴薯汁（淀粉）、蛋清稀釋液（蛋白質(zhì)）、花生勻漿（脂肪），分別放在4個(gè)燒杯里面并編號(hào)為1—4號(hào)待測(cè)樣液，不注明各個(gè)燒杯中裝的是什么物質(zhì)成分，讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究方案，通過觀察鑒定顏色反應(yīng)差異區(qū)分出各種組織待測(cè)樣液物質(zhì)含量差異，鑒定1—4號(hào)待測(cè)樣液分別對(duì)應(yīng)的是主要含有哪種物質(zhì)成分，實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)到探究性實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)變，既可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模寣W(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)原理等知識(shí)，還可以提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力和學(xué)習(xí)興趣。

案例2：探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案必須要不斷地修改和完善，通過預(yù)實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行檢驗(yàn)，可以進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)程序，改進(jìn)具體實(shí)驗(yàn)操作方法，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更明顯直觀化。在“探究pH對(duì)酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案中，選用實(shí)驗(yàn)器材：（1）體積分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫（H2O2）溶液；（2）pH =3、5、7、9、11 （或pH =1、4、7、10、13）的緩沖液；（3）新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的肝臟研磨液（雞肝或豬肝）；（4）10ml玻璃瓶；（5）不帶針頭的塑料注射器；（6）帶孔橡膠塞（孔徑與注射器塑料頭對(duì)應(yīng)緊密）。方法步驟設(shè)計(jì)如表1：

通過實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀測(cè)指標(biāo)（注射器向上移動(dòng)的距離）更直觀明了，能讓學(xué)生更深入地理解pH對(duì)酶活性的影響結(jié)果以及掌握曲線圖的觀察方法。

總之，教師的預(yù)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)是連接高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的橋梁，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不可跨越和不容忽略的重要環(huán)節(jié)。做好預(yù)實(shí)驗(yàn)這一環(huán)節(jié)，是保證學(xué)生成功順利完成實(shí)驗(yàn)和提高實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)效率的必要過程，也成為生物學(xué)教師提升個(gè)人實(shí)驗(yàn)操作能力的最佳手段。

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