運(yùn)用創(chuàng)造學(xué)原理在生物實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維

張 斌

江蘇省南京田家炳高級中學(xué) 江蘇南京 210037

運(yùn)用創(chuàng)造學(xué)原理在生物實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維

張 斌

江蘇省南京田家炳高級中學(xué) 江蘇南京 210037

普通高中《生物課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：提高每個高中生的生物科學(xué)素養(yǎng)是課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施中的核心任務(wù),創(chuàng)新思維是科學(xué)素養(yǎng)的一個重要組成方面,它具有思維的流暢性、靈活性、變通性、周密性、獨(dú)特性、批判性、綜合性等特點(diǎn)。而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新思維的一個有效途徑,包括實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)器材、材料和試劑的選擇、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理等各方面的創(chuàng)新。筆者在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,運(yùn)用創(chuàng)造學(xué)原理,培養(yǎng)創(chuàng)新思維做初步的探討。

一、運(yùn)用等效轉(zhuǎn)換法,選擇實(shí)驗(yàn)材料,培養(yǎng)思維的靈活性

所謂等效轉(zhuǎn)換法,就是在保證最終效果相同的情況下,運(yùn)用較為簡便的事件將原事件替換的方法去考慮問題或進(jìn)行創(chuàng)造的原理。

生物實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)材料的選擇對實(shí)驗(yàn)成敗起著舉足輕重的作用。課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書對實(shí)驗(yàn)材料的選擇采取了較靈活的原則,并不指定實(shí)驗(yàn)材料,而是只提出選材建議。這為生物實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)材料的選擇提供了廣泛的空間。

在教學(xué)中,教師應(yīng)避免選擇最理想的材料,提供給學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn),因?yàn)檫@樣的實(shí)驗(yàn)雖然效果較好,但是限制了學(xué)生思維的發(fā)散。教會學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)材料,可以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新思維。

可以通過以下步驟引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)材料的選擇：一、根據(jù)科學(xué)家的經(jīng)典科學(xué)實(shí)驗(yàn),如孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)、肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)、噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)、恩格爾曼用水綿進(jìn)行的光合作用實(shí)驗(yàn)等,引導(dǎo)學(xué)生分析體會選擇實(shí)驗(yàn)材料的原則：服務(wù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、取材方便、操作簡單、效果明顯；二、具體實(shí)驗(yàn)中,依據(jù)創(chuàng)造學(xué)原理,引導(dǎo)學(xué)生遵循實(shí)驗(yàn)材料的選擇原則,自主地選擇實(shí)驗(yàn)材料,只要可行就給予肯定。

如“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)。依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理,學(xué)生用多種植物的葉片做實(shí)驗(yàn)材料,發(fā)現(xiàn)除菠菜外,青菜、大蒜、芹菜、萵苣等植物的葉片,都能較好地分離出色素來。還有學(xué)生對用CaCO3保護(hù)色素提出質(zhì)疑,認(rèn)為CaCO3溶解性差,提出用Na2CO3代替。教師鼓勵學(xué)生查找資料,分析CaCO3保護(hù)色素的原理：葉片研磨過程中流出的液體呈酸性,使葉綠素中的鎂被取代而受破壞,CaCO3可以中和細(xì)胞液的酸性從而起到保護(hù)色素的作用。因而得出結(jié)論,可以用Na2CO3代替。在實(shí)驗(yàn)中提供Na2CO3和CaCO3供學(xué)生選擇,取得同樣的效果。

再如“觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布”實(shí)驗(yàn)。教材安排是用人的口腔上皮細(xì)胞。這種取材方式存在著取材過程不衛(wèi)生,由于漱口不徹底而導(dǎo)致雜質(zhì)多的情況。我們在教學(xué)中鼓勵學(xué)生選取植物材料,學(xué)生通過分析比較,選取了白色洋蔥鱗片葉表皮細(xì)胞,這種取材方式過程簡單,細(xì)胞色淺,不影響染色效果,經(jīng)過制片染色,可以清晰觀察到細(xì)胞中DNA和RNA的分布。

運(yùn)用等效轉(zhuǎn)換法以教材外的材料,進(jìn)行材料轉(zhuǎn)換,順利完成實(shí)驗(yàn),學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中學(xué)會了選擇實(shí)驗(yàn)材料,增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的興趣,培養(yǎng)了思維的靈活性。

二、運(yùn)用缺點(diǎn)列舉法,改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器,培養(yǎng)思維的批判性

所謂缺點(diǎn)列舉法,就是挑剔某一事物的缺點(diǎn)和不足,展開聯(lián)想,進(jìn)一步找到改進(jìn)的方法。

教材中的生物實(shí)驗(yàn),多數(shù)已為學(xué)生提供了完備的實(shí)驗(yàn)儀器,長期以來,教師和學(xué)生都已習(xí)慣了這種便利,用最少的精力完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn),禁錮了學(xué)生的思維。教學(xué)中,應(yīng)鼓勵學(xué)生對現(xiàn)有的知識經(jīng)驗(yàn)提出質(zhì)疑,利用缺點(diǎn)列舉法,質(zhì)疑教材中的實(shí)驗(yàn)缺陷,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

如“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)。要求用毛細(xì)吸管畫濾液細(xì)線。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)用毛細(xì)吸管畫濾液細(xì)線,存在以下缺點(diǎn)：毛細(xì)吸管粗細(xì)不一,細(xì)的易斷,粗的不易把濾液線畫細(xì)；毛細(xì)吸管中的濾液流速不穩(wěn),劃的線斷斷續(xù)續(xù)；毛細(xì)吸管尖端易劃傷濾紙。如何改進(jìn)呢？有的學(xué)生想到用硬筆尖來畫細(xì)線,效果較好。得到教師肯定后,其他同學(xué)受到啟發(fā),用雙面刀片蘸取濾液劃線或用細(xì)棉線彈出濾液細(xì)線,同樣收到好的效果。

通過缺點(diǎn)列舉法,使學(xué)生懂得了選用簡便、高效儀器的道理,也使學(xué)生敢于質(zhì)疑教材,培養(yǎng)了學(xué)生的批判性思維。

三、運(yùn)用橫向思考法,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法,培養(yǎng)思維的變通性

橫向思考法又稱水平思考法,即通過轉(zhuǎn)換思維角度和方向來重建新概念的思考方法。它是指在研究問題時,對一種基本觀點(diǎn)或方法已經(jīng)了解后,繼續(xù)探求在它之外還有沒有好的觀點(diǎn)或方法的過程。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法多種多樣,生物實(shí)驗(yàn)中,在學(xué)生弄清了實(shí)驗(yàn)原理和方法后,既可按教材中步驟方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)中更應(yīng)該鼓勵學(xué)生,運(yùn)用橫向思考法,在不違背操作規(guī)程前提下標(biāo)新立異、獨(dú)立思考,重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法。

比如“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”實(shí)驗(yàn)。往往由于實(shí)驗(yàn)時間的關(guān)系而影響實(shí)驗(yàn)效果,按教材中的實(shí)驗(yàn)步驟,會出現(xiàn)染色時外濃內(nèi)淡的現(xiàn)象。如何克服這一缺點(diǎn)呢？學(xué)生們將染色的步驟簡化：在載玻片上滴一滴0.01g/ml的龍膽紫,將解離和漂洗后的根尖直接放在載玻片的龍膽紫中進(jìn)行壓片,制備成臨時裝片,只要注意龍膽紫的用量,根尖的染色就均勻了也節(jié)約了染色的時間。

再如“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”實(shí)驗(yàn)。教材建議選擇紫色的洋蔥鱗片葉,是由于液泡呈紫色便于觀察。有些學(xué)生選擇了白色洋蔥鱗片葉制作臨時裝片,用加入少量紅墨水的蔗糖溶液滴加在蓋玻片一側(cè),在另一側(cè)用吸水紙吸引,觀察到質(zhì)壁分離的細(xì)胞,液泡無色,但細(xì)胞壁與原生質(zhì)層之間呈淡紅色。在完成實(shí)驗(yàn)的同時,由于紅墨水沒有進(jìn)入原生質(zhì)層,更好地說明了生物膜的選擇通透性。

通過橫向思考法,選擇不同常規(guī)的實(shí)驗(yàn)方法,取得意想不到又在情理之中的結(jié)果,培養(yǎng)了學(xué)生的思維變通性。

四、運(yùn)用逆向思考法,分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,培養(yǎng)思維的周密性

逆向思考法又稱“反向求索”。就是在一個事情的反面或者另一個角度來思考,是從相反的思維方向去分析、探索,從而解決問題的創(chuàng)造原理。

實(shí)驗(yàn)中,經(jīng)過完整的實(shí)驗(yàn)操作,呈現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后,教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。當(dāng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)預(yù)期不一致時,教師可以讓學(xué)生運(yùn)用逆向思考法,從與實(shí)驗(yàn)預(yù)期相反的方向去思考分析,從而探索原因,以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

如“探究影響酶活性的條件”實(shí)驗(yàn)。在探討溫度或PH對淀粉酶活性的影響時,檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的試劑有碘液和斐林試劑,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時可以自主選擇。他們有的用碘液檢測反應(yīng)底物淀粉,有的用斐林試劑檢測反應(yīng)產(chǎn)物還原糖,觀察到的現(xiàn)象有的與預(yù)期一致,有的卻與預(yù)期相左。此時教師引導(dǎo)學(xué)生從自己的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象反向思考,到底是什么因素導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)差異？經(jīng)過討論與查找資料發(fā)現(xiàn)：斐林試劑與還原糖反應(yīng)需水浴加熱,而水浴加熱會影響實(shí)驗(yàn)設(shè)定的溫度條件,因此不適于在“溫度影響酶活性”的實(shí)驗(yàn)中用斐林試劑檢驗(yàn)產(chǎn)物中的還原糖,而應(yīng)該用碘液檢驗(yàn)底物淀粉；碘液中的I2在水中形成的HI和HIO會與NaOH反應(yīng)生成NaI和NaIO,影響碘與淀粉形成藍(lán)紫色絡(luò)合物。所以在“PH影響淀粉酶活性”實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用斐林試劑檢驗(yàn)產(chǎn)物還原糖,不應(yīng)用碘液檢驗(yàn)底物淀粉。

運(yùn)用逆向思考的方法,從意外的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出發(fā),分析實(shí)驗(yàn)原理、方法步驟,完善實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)了思維的周密性。

五、運(yùn)用起點(diǎn)還原法,遷移實(shí)驗(yàn)原理,培養(yǎng)思維的綜合性

所謂起點(diǎn)還原法,是先想到某一原理或現(xiàn)象所提示的本質(zhì)問題,即找到問題的起點(diǎn),然后從這一起點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行創(chuàng)造性思維的方法。

實(shí)驗(yàn)原理,是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù),運(yùn)用起點(diǎn)還原法,遷移運(yùn)用實(shí)驗(yàn)原理是培養(yǎng)創(chuàng)造能力的良好時機(jī)。從實(shí)驗(yàn)原理中找到知識的本質(zhì),進(jìn)而以此為起點(diǎn),可以設(shè)計(jì)出一系列實(shí)驗(yàn),在此過程中,創(chuàng)造性思維得到充分發(fā)揮。

如“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)完成后,教師再提出問題,利用此實(shí)驗(yàn)的原理,還能進(jìn)行其他的探究實(shí)驗(yàn)嗎？學(xué)生積極思考,熱烈討論,提出利用這一實(shí)驗(yàn)原理“鑒定不同植物細(xì)胞液的濃度”“鑒定不同蔗糖溶液濃度的高低”“鑒別蔗糖溶液與硝酸鉀溶液”等。課后學(xué)生根據(jù)興趣,自己選擇探究實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)方案,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。某一小組在“鑒定洋蔥表皮細(xì)胞液濃度”,實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生制備了一組低于30%的一定濃度梯度的蔗糖溶液,分別用來進(jìn)行質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn),濃度過高,質(zhì)壁分離速度快,不易觀察變化過程,且不易復(fù)原,濃度越接近細(xì)胞液濃度,質(zhì)壁分離速度越緩慢,現(xiàn)象越不明顯,通過這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),學(xué)生對滲透作用的原理更加理解,并將實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行了遷移和運(yùn)用。

可見,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,打破傳統(tǒng)的按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)照方抓藥,固定和刻板的模式,充分挖掘?qū)嶒?yàn)中開放性的因素,運(yùn)用創(chuàng)造學(xué)原理,可以培養(yǎng)學(xué)生的個性,有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

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張斌，碩士，中教高級。