高中生物探究型實驗教學(xué)初探

■武漢市蔣細(xì)旺名師工作室 徐紅玲 蔣細(xì)旺

高中生物探究型實驗教學(xué)初探

■武漢市蔣細(xì)旺名師工作室 徐紅玲 蔣細(xì)旺

高中生物新課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，力圖促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的變革，引導(dǎo)學(xué)生主動參與探究過程，勤于動手和動腦，逐步培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理科學(xué)信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力等，重在培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力。新教材教學(xué)大綱的課程目標(biāo)則明確指出,要使學(xué)生“學(xué)會科學(xué)觀察和實驗的方法,初步學(xué)會提出問題,做出假設(shè),設(shè)計并進(jìn)行實驗,分析和處理實驗數(shù)據(jù),作出合理的結(jié)論”和“養(yǎng)成實事求是的科學(xué)態(tài)度,養(yǎng)成勇于探索、不斷創(chuàng)新的精神與合作精神。”與原教材相比，新教材在學(xué)生實驗項目中增加了研究性課題,其中包括探究型實驗。

實驗一般可分為技能型、驗證型和探究型,其中探究型實驗最能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。探究型實驗使理論教學(xué)與實驗教學(xué)有機(jī)地結(jié)合在一起，使學(xué)生手腦并用，不但可以掌握生物學(xué)實驗的基本實驗技能，而且還可以初步學(xué)會設(shè)計實驗，探求新知識的方法，改變機(jī)械地“照方抓藥”的實驗方法，使高中生物實驗躍上了新臺階。

探究性實驗教學(xué)存在設(shè)計實驗較難、實驗完成較難、實驗分析較難、探究性實驗耗時較多等特點。與舊教材相比,新教材在實驗部分有了較大的改變,對原先的三個實驗作了保留與改進(jìn),又增添了12個實驗和6項研究性課題,教師可以從研究性課題或其他方面組織學(xué)生做探究型實驗。

組織學(xué)生做探究型實驗,教師既要成為學(xué)生的指導(dǎo)者、組織者和促進(jìn)者,又要和學(xué)生平等參與實驗研究,不能越俎代庖,將學(xué)生的研究引向既定的結(jié)論。應(yīng)樹立以學(xué)生發(fā)展為中心的教學(xué)理念,積極為學(xué)生提供信息,啟發(fā)思路,介紹方法,引導(dǎo)質(zhì)疑。培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的能力和創(chuàng)新精神,讓學(xué)生在探究型實驗過程中充分發(fā)揮自己的聰明才智，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動性，體現(xiàn)“我的課堂我做主”的主人翁意識。

一、探究型實驗的選題原則

探究型實驗的一般模式是發(fā)現(xiàn)問題——提出假設(shè)——實驗與驗證——得到結(jié)論。高中生物探究型實驗的選題,應(yīng)緊扣大綱和教學(xué)內(nèi)容來設(shè)計。鑒于當(dāng)前高中學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)十分繁重,專業(yè)知識有限,選題應(yīng)遵循以下幾個原則：

1．選題宜小不宜大

一般以學(xué)生用所學(xué)知識或收集資料，既能探索未知的學(xué)習(xí)內(nèi)容,又便于實驗驗證的選題為宜。

（1）以教材實驗為基礎(chǔ)選擇課題

例如，在“觀察被子植物花粉管萌發(fā)”的實驗時，為了使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識外界條件對花粉管萌發(fā)的影響，將探究課題擴(kuò)展為“探究硼對花粉管萌發(fā)的影響”、“探究溫度對花粉管萌發(fā)的影響”和“探究氧氣濃度對花粉管萌發(fā)的影響”。在做“觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分享和復(fù)原”的實驗后，依據(jù)植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離的原理，設(shè)計實驗“測定植物細(xì)胞液的濃度”。

具體以“植物莖背地生長的因素探究”為例，進(jìn)行探究型實驗設(shè)計。

課題名稱：植物莖背地生長的因素探究。

課題背景：在學(xué)習(xí)高中生物學(xué)“植物的激素調(diào)節(jié)”內(nèi)容時，對“植物幼苗橫放時，引起莖背地生長的因素到底是什么”的問題，學(xué)生有兩種觀點：有的學(xué)生認(rèn)為，這是由于地心引力造成生長素分布不均勻而使莖背地生長；有的學(xué)生卻認(rèn)為，幼苗橫放時，近地側(cè)無光，這是遠(yuǎn)地側(cè)的單側(cè)光引起生長素分布不均勻，而使莖背地生長。雙方各執(zhí)一詞，解決問題的最好方法是通過實驗來證明正誤。

活動目標(biāo)：設(shè)計實驗證明自己觀點的正確性，從而達(dá)到說服公眾的目的；運用實驗手段解決學(xué)習(xí)和生活中的疑問和觀點沖突，避免無休止的爭論；確立科學(xué)實驗在問題解決中的重要地位。

活動過程：按照不同觀點分組；設(shè)計實驗方案；實施實驗方案（將適量玉米粒在適宜條件下培育成幼苗；將玉米幼苗等量分成兩組，橫放在室外空曠的潮濕土壤上，一組暴露在陽光下，另一組放置在暗箱中；觀察并且記錄實驗現(xiàn)象）；實驗分析、總結(jié)與交流。

（2）從練習(xí)題中選擇一些可操作的實驗

如利用脊蛙進(jìn)行反射弧分析的實驗。這個實驗可解決這樣的三個問題：①判斷興奮在神經(jīng)纖維上和神經(jīng)元間的傳導(dǎo)方向；②判斷反射弧某一結(jié)構(gòu)受損；③判斷阻斷劑或興奮劑的作用。

（3）結(jié)合生產(chǎn)、社會實踐來選擇課題

生物科學(xué)與人類生活、健康、環(huán)境和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等密切相關(guān)，因此，生物課探究性實驗課題的題材廣泛、內(nèi)容豐富。在進(jìn)行了圍繞教材實驗的深層次探究專題后，學(xué)生通過搜集有關(guān)資料和信息，根據(jù)自己的興趣愛好，聯(lián)系生產(chǎn)、生活，選取與自然界、社會和自身發(fā)展密切相關(guān)的問題作為探究性實驗課題。例如，校園白色污染狀況調(diào)查、制作小生態(tài)瓶、泡菜的制作等。學(xué)生將選好的課題，包括課題計劃和方案呈報指導(dǎo)教師，指導(dǎo)教師對學(xué)生申報的課題進(jìn)行審查，依據(jù)科學(xué)性、創(chuàng)新性、可行性、實踐性和開放性原則，確定是否立項。

2．選題要有實用性和可操作性

鼓勵學(xué)生探索生產(chǎn)和生活中的實際問題，讓選題具有實用性的可操作性。例如學(xué)習(xí)了生長素的生理作用,可讓學(xué)生設(shè)計一個觀察生長素(或生長素類似物)促進(jìn)扦插枝條生根的實驗;學(xué)習(xí)了植物的向光性,可讓學(xué)生設(shè)計培育一株“S”形莖的牽牛花;學(xué)習(xí)了光合作用和呼吸作用,可讓學(xué)生利用花盆或小塊菜地設(shè)計提高大棚蔬菜產(chǎn)量的實驗。通過這些小實驗,培養(yǎng)學(xué)生探究實驗習(xí)慣。

二、探究型實驗的設(shè)計思路

在設(shè)計實驗之前,教師應(yīng)教給學(xué)生設(shè)計實驗的思路。一般的程序可分為確定課題——提出假設(shè)——設(shè)計對照實驗——觀察和記錄——驗證小結(jié)等五個階段。

實驗前,教師應(yīng)盡可能給學(xué)生提供必要的實驗儀器和藥品,藥品的配制可讓學(xué)生自己動手。一些零星的實驗材料如種子、枝條、小紙盒等可讓學(xué)生自己去找。很多探究型實驗,需要經(jīng)過一段時間的觀察和記錄，所以可安排在課外或家中進(jìn)行。有些實驗還可分小組進(jìn)行,如觀察植物根的向重力性實驗,有的可用單子葉植物種子(如玉米、小麥、水稻等),有的可用雙子葉植物種子(如黃豆、花生等);觀察生長素促進(jìn)扦插枝條生根實驗,有的采用木本植物枝條,有的采用草本植物枝條。這樣做可以起到重復(fù)實驗的作用。

在實驗過程中教師應(yīng)要求學(xué)生認(rèn)真進(jìn)行觀察,如實做好記錄,不但要記錄與預(yù)期一致的現(xiàn)象,還要記錄與預(yù)期不一致的現(xiàn)象。對于實驗過程中能采集的數(shù)據(jù),應(yīng)盡量多采集,對于第一手材料的記錄千萬不能丟失?？傊?必須使學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)肅認(rèn)真、實事求是的科學(xué)態(tài)度。實驗結(jié)束后,教師要教給學(xué)生認(rèn)真分析實驗結(jié)果,科學(xué)處理實驗數(shù)據(jù)的方法(如列表、坐標(biāo)等),學(xué)會寫實驗報告。

設(shè)計實驗方案、實施實驗方案和得出實驗結(jié)論，這三個環(huán)節(jié)之間有著前后關(guān)聯(lián)關(guān)系，若實驗方案的設(shè)計存在某些失誤，就會影響到實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，甚至得到錯誤的結(jié)論。萬一出現(xiàn)這樣的情況，教師也不要指責(zé)學(xué)生，要同學(xué)生一起分析原因，改進(jìn)實驗。

三、探究型實驗的問題引導(dǎo)

在實驗過程中,教師如何引導(dǎo)學(xué)生思考問題呢?根據(jù)蘇聯(lián)心理學(xué)家維果茨基的“最近發(fā)展區(qū)”理論可知,把問題提在被提問者的“最近發(fā)展區(qū)”，使被提問者“跳一跳就能把果子摘下來”。

高中生做探究型實驗,是一種基于學(xué)習(xí)的研究和探索,它不同于一般意義上的科學(xué)研究。因此,讓學(xué)生思考的問題應(yīng)以學(xué)為本,符合學(xué)生的最近發(fā)展水平和能力,以便讓他們經(jīng)過適度思考便可回答,最終獲得一個完整的探究過程。

我曾經(jīng)指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)生態(tài)平衡的原理制作了一個生態(tài)球。完成后,提出幾個問題讓學(xué)生思考:（1）該生態(tài)瓶是密封的,為什么其中的生物能較長時間生存?（2）如果把生態(tài)瓶放在黑暗的地方,一段時間后將會出現(xiàn)什么后果?（3）如果生態(tài)瓶放入過多的魚,后果又將如何?像這些問題,學(xué)生經(jīng)過思考后是可以聯(lián)系學(xué)過的知識加以回答的。相反,若要讓學(xué)生從這個生態(tài)瓶計算能量流動效率,他們就無從下手了。

在探究植物根的向重力性實驗過程中,學(xué)生已明顯觀察到根的向地性和莖的背地性這一現(xiàn)象,必然會產(chǎn)生“為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象”的求知欲望。為此啟發(fā)學(xué)生用重力影響生長素的分布以及植物的不同器官對同一濃度生長素溶液敏感度不同來解釋這一現(xiàn)象,把要探究的問題變得具體,使學(xué)生能領(lǐng)悟其中的道理,加深印象。

責(zé)任編輯 王愛民