改革高中生命科學實驗教學 提高實驗室利用率——以《食物中主要營養(yǎng)成分的鑒定》教學為例

沈桂弟

學校的實驗室和實驗教學是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和實踐能力的重要場所和途徑。實驗教學對于激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，拓展學生的創(chuàng)新思維，增長學生的創(chuàng)新技能，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新品格方面的作用，是其他任何教學形式所不能替代的。蘇霍姆林斯基也指出“手能增長才智”，他認為，學生的“能力和才干來自他們的指尖，手指那些細小的溪流在不斷地補充創(chuàng)造性思維的源泉”。

一、上海高中常見的三類實驗室

隨著社會對教育重視程度的加大，對基礎(chǔ)教育的投入也是逐年增加，上海高中的硬件條件得到了加強。由于對實驗在學生能力培養(yǎng)中所起作用的肯定，高中生命科學的實驗室建設(shè)也得到了重視?，F(xiàn)在上海高中的生命科學實驗室基本有以下三類。

1.基本基礎(chǔ)實驗室

這類實驗室的功能主要是滿足生命科學日常實驗教學的需求。各類驗證實驗、演示實驗都可以在這類實驗室完成。它的布局和學生日常學習的教室基本一致，這是一類最常見的實驗室。高中生命科學教學中的大部分實驗如“食物中主要營養(yǎng)成分的鑒定”“蠶豆葉表皮的觀察”“脊髓功能的觀察”“洋蔥根尖有絲分裂的觀察”等都可以在這類實驗室中進行。

2.研究性實驗室

這類實驗室的設(shè)備和基礎(chǔ)性實驗室有所不同，它主要配備了計算機，并開通了上網(wǎng)功能以及交互網(wǎng)絡的功能，另外將計算機和顯微鏡進行了連接，使整個教室構(gòu)成了信息溝通的整體，大大加強了師生之間的互動，能做到點與面、點與點之間的交流。教室的布置也與其他實驗室不同，主要是以小組圓桌式分布。這類實驗室主要是滿足探究類實驗教學需求，它強調(diào)的是師生、生生之間的互動與交流。高中生命科學教學中的一些實驗如“影響光合作用因素的探究”等可以在這類實驗室中進行。

3.探究拓展性實驗室

分子實驗室、組培實驗室、微生物實驗室等均屬于這類實驗室。這類實驗室根據(jù)功能定位的不同，配置的實驗儀器可能有比較大的差異，但目的是一致的，就是滿足學生探究生命科學問題開展一些拓展研究的需求。

對現(xiàn)在高中生命科學實驗室的利用情況的一些調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這三類實驗室的利用率差異較大，基礎(chǔ)實驗室基本處于滿負荷運轉(zhuǎn)的狀態(tài)，而研究性實驗室和探究拓展性實驗室利用率很低，有的實驗室甚至處于空置的狀態(tài)。如何把這些實驗室利用起來，讓這些設(shè)備發(fā)揮應有的價值？帶著這樣的問題，筆者通過幾年的實驗教學實踐活動，發(fā)現(xiàn)通過遞進式實驗教學可以在一定程度上有效地解決這個問題，這也為培養(yǎng)中學生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力找到了一條可行的路徑。

二、高中生命科學的遞進式實驗教學

通過大量的實踐活動，以及學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力形成的特點，基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的高中生命科學的實驗教學可以分三個層次來遞進式實施。

第一層次：基礎(chǔ)性實驗教學階段。這一階段實驗教學以教材實驗的學習、分析過程為主要內(nèi)容，以夯實學生的基礎(chǔ)知識和技能。

通過教材規(guī)定的實驗教學過程，可以使學生了解和理解與實驗有關(guān)的概念和實驗原理，能規(guī)范地使用相關(guān)實驗儀器設(shè)備，熟練掌握實驗的操作技能，并能靈活地運用實驗的方法，也可以使學生學會觀察、解釋和分析實驗的現(xiàn)象和結(jié)果。這樣一來學生在掌握了科學性和規(guī)律性的知識之后，創(chuàng)新能力的獲得也有了堅實的基礎(chǔ)。

第二層次：提高性實驗教學階段。提高實驗階段就是教師從基礎(chǔ)實驗的材料、實驗方法等角度，采用合理移植、聯(lián)想擴充等方法激發(fā)學生思考問題的廣度和深度，并通過對實驗的思考、分析和設(shè)計過程，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

創(chuàng)新是一個循序漸進的過程。因此在基礎(chǔ)性實驗基礎(chǔ)上，教師從實驗材料和實驗方法這兩方面去引導學生。教師可以利用實驗材料的內(nèi)在聯(lián)系和直觀聯(lián)系，把現(xiàn)有知識成果引入新的領(lǐng)域，引導學生用新的眼光、新的角度去發(fā)現(xiàn)新的事實，最終產(chǎn)生新的成果。這個過程教師可以采用合理移植法、疊加法、原型啟發(fā)法和聯(lián)想擴充法等手段，或者更直接地采用臺灣學者陳龍安關(guān)于啟發(fā)創(chuàng)造思考的原則，采用改一改、變一變、換一換、搬一搬、替一替等教學方法來激發(fā)學生的研究熱情和研究意識，從而有效激發(fā)學生的創(chuàng)造意識和創(chuàng)新思維。

第三層次：研究性實驗教學階段。學生通過把已學實驗知識、技能和生活問題結(jié)合起來，開展更深入的探究，進一步拓展學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

生命科學本身研究的就是生命世界、人類的生活。研究性實驗教學過程鼓勵學生仔細觀察自身周圍發(fā)生的一切，發(fā)現(xiàn)問題，把自己在之前的實驗中學到的知識和技能與生活中發(fā)現(xiàn)的問題相結(jié)合，把學生從課堂引向生活，從課堂中無關(guān)痛癢的問題引向生活中實實在在的問題，從被動的學習轉(zhuǎn)向主動的探究。創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力在學生的思考中、討論中、實踐中得以擴展提升。從“規(guī)定動作”到“自選動作”，這是一名學生在已有知識的基礎(chǔ)上經(jīng)過自己的思考，通過實踐重新創(chuàng)造的過程。

如何實現(xiàn)這樣的一個培養(yǎng)過程呢？在這個過程中，就要充分利用學校已有的三類實驗室。

三、《食物中主要營養(yǎng)成分的鑒定》的遞進式實驗教學促進了三類實驗室的利用率

《食物中主要營養(yǎng)成分的鑒定》這個實驗是上海版高中生命科學教材第二章中的一個基礎(chǔ)實驗。

第一層次：基礎(chǔ)性實驗教學階段。在基礎(chǔ)實驗室，通過常規(guī)的驗證性實驗教學過程，學生學會利用各類有機化合物與相應化學試劑的反應顯示出的特殊顏色，掌握各類有機化合物的鑒定方法，為提高性實驗提供知識和技能基礎(chǔ)。

第二層次：探究性實驗教學階段。影響學生學習興趣的因素很多，實驗研究內(nèi)容就是其中一個最重要的影響因素，所以在這個層次，通過實驗研究內(nèi)容或方法的改變，激發(fā)學生的學習興趣，學生就能發(fā)揮學習的主動性。從實驗材料來看，由于實驗的時間不同，實驗的材料會有所不同；由于做實驗的學生來自不同的地方，他們接觸的、熟悉的材料也會有所不同。因此可利用這些不同，在原來的基礎(chǔ)上進行更廣泛的研究。在這個階段，學生提出了許多問題：蘋果中有脂肪嗎？提出了《蘋果中營養(yǎng)成分的鑒定》課題。茶葉中含有哪些成分？提出了《“毛峰”成分的測量》課題。有什么辦法能鑒定橘子中的維生素？提出了《橘子中VC的鑒定》課題。由于未知知識的存在，學生們一段時間以來經(jīng)常穿梭在三類實驗室之間，查資料、討論設(shè)計方案、反復嘗試，三類實驗室到處是學生的身影。

第三層次：研究性實驗教學階段。在小試牛刀獲得的成功體驗大大激發(fā)了學生的研究欲望后，生活中的問題又把學生引向了更廣闊的研究天地。生活中的問題成了學生的研究對象：什么品種的蘋果最甜？提出了《紅富士、冰糖心、蛇果中糖分含量的比較》課題。不同的儲藏方法對蘋果的甜度有影響嗎？提出了《不同儲藏條件對蘋果含糖量的影響》的課題。蘋果紅的地方甜還是其他地方甜？提出了《果皮顏色和糖分含量關(guān)系的研究》課題。喝綠茶能減肥嗎？能降血脂嗎？提出了《綠茶減脂效果的研究》的課題。有人說辣椒VC含量很高，那么紅辣椒和綠辣椒VC含量有區(qū)別嗎？提出了《紅辣椒和綠辣椒VC含量比較》課題。青菜在霜打后會變甜，提出了《淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟菣C制的研究》課題。這些研究課題，使我們的實驗室儀器和設(shè)備頻頻亮起了紅燈，請購單一張接著一張，在實在沒有辦法的情況下，我們的學生只能尋求社會科研機構(gòu)的幫助。

這些新的研究又促進了學生的自主學習和研究，真正使學生形成創(chuàng)新的思維和創(chuàng)新的能力，使學生建立起能夠獨立地、綜合地運用已有的知識去發(fā)現(xiàn)新的知識、觀點和方法的能力，掌握研究過程的規(guī)律性知識和技能，并學會把它運用于解決實際問題。這樣一個有坡度、有層次的遞進式實驗教學方法對培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力是可行的、有效的。

四、高中生命科學開展創(chuàng)新性遞進式實驗教學活動的收獲

在生命科學實驗教學中開展創(chuàng)新性實驗教學一段時間以來，在學生身上出現(xiàn)了許多值得關(guān)注和研究的變化：

1.學生的探究欲望明顯增強

在《食物中主要營養(yǎng)成分的鑒定》實驗結(jié)束后，每個班級提出的問題、想研究的問題內(nèi)容十分廣泛，從蔬菜到各色水果，從成分的探究到儲藏的方法，從含量的有無到含量的比較。方法更是別出心裁，同樣是提取蘋果中物質(zhì)，有的用研磨法，有的用粉碎法，有的用擠壓法，有的用浸泡法，八仙過海各顯神通。同樣是顏色滴定，有的是果汁滴定高錳酸鉀溶液，有的是高錳酸鉀溶液滴定果汁，有的是分成不同的濃度梯度再來滴定等。高昂的興致和研究的熱情到處可見。

2.生命科學實驗室成了學生課余活動的又一個中心

問題，把學生吸引到了生命科學實驗室；共同的興趣，把他們聚攏到了生命科學實驗室。生命科學實驗室成了學生研究問題的活動中心，這里面流動著濃濃的學術(shù)氣氛，也孕育著未來的科學探索者。

[1]陳龍安.創(chuàng)造思考教學的理論與實際[M].臺北:心理出版社,1988.

[2]上海市教育委員會.上海市中學生命科學課程課程標準(試行稿)[M].上海:上海教育出版社,2004.