精心設(shè)計(jì)生物實(shí)驗(yàn) 培養(yǎng)自主思維能力

劉福林

摘要：在初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)活動(dòng)，吸引學(xué)生積極地投入到探索活動(dòng)中來(lái)；設(shè)計(jì)問(wèn)題環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)探究的基本方法；運(yùn)用簡(jiǎn)易的實(shí)驗(yàn)材料，改進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；巧妙創(chuàng)設(shè)探究情境，讓學(xué)生的探究活動(dòng)既有趣又真正有所收獲。引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，使課堂充滿生機(jī)與活力。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)活動(dòng)；科學(xué)探究；實(shí)驗(yàn)方案；自主思維

生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課是最受學(xué)生歡迎的課程。但在實(shí)際教學(xué)中，我們?cè)S多教師只是照本宣科，按照書(shū)本上的實(shí)驗(yàn)步驟，要求學(xué)生一步步地模仿操作，或者由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，就放棄操作過(guò)程，把結(jié)論直接告訴學(xué)生。這樣的課堂抑制了學(xué)生的思維，不利于學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。生物學(xué)是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門學(xué)科，在教學(xué)過(guò)程中，教師可以不拘泥于課本，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的需要，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，充分地把學(xué)生融入實(shí)驗(yàn)的情境中去，引導(dǎo)學(xué)生積極觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，努力解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，既有效利用了實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值，又調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)習(xí)興趣。

一、巧妙設(shè)計(jì)活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性

良好的教學(xué)環(huán)境能激發(fā)學(xué)生積極的情感，促進(jìn)學(xué)生智力活動(dòng)的進(jìn)行和個(gè)性的發(fā)展。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，教師可以通過(guò)設(shè)計(jì)一些新穎獨(dú)特的活動(dòng)，提出有思考性的問(wèn)題，調(diào)動(dòng)學(xué)生思維，吸引學(xué)生積極地投入到探索活動(dòng)中來(lái)，從而提高教學(xué)效率。

例如，在探究“適于蚯蚓生存的環(huán)境”實(shí)驗(yàn)中，有些學(xué)生討厭蚯蚓，或者對(duì)蚯蚓存在恐懼心理，不愿意做實(shí)驗(yàn)。于是筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)探究活動(dòng)：“給蚯蚓建造一個(gè)溫馨的家”。同學(xué)們非常興奮，他們四人一組，通過(guò)在校園里觀察蚯蚓的生活環(huán)境，討論和設(shè)計(jì)“蚯蚓之家”應(yīng)該具備哪些基本條件，利用可樂(lè)瓶、食品瓶、花盆等設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，然后采集蚯蚓、土壤、樹(shù)葉等，建造一個(gè)蚯蚓的“家”。為了保持土壤透水、透氣，有的同學(xué)還在瓶子底部挖了一些小孔。有些同學(xué)對(duì)蚯蚓呵護(hù)備至，甚至把蚯蚓當(dāng)作寵物來(lái)飼養(yǎng)了。兩個(gè)星期后同學(xué)們匯報(bào)和展示自己的實(shí)驗(yàn)成果，大家共同評(píng)選出最佳“蚯蚓之家”。通過(guò)這次活動(dòng)，同學(xué)們不僅掌握了適于蚯蚓生存的生態(tài)環(huán)境，而且觀察了蚯蚓的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，同學(xué)們主動(dòng)把蚯蚓放回大自然，體現(xiàn)了關(guān)愛(ài)大自然，珍愛(ài)生命的美好情感。

可見(jiàn)，教師通過(guò)活動(dòng)引入課題，使同學(xué)們?cè)谟螒蛑休p松地進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，擺脫以往生硬灌輸?shù)慕虒W(xué)模式，化難為易，在快樂(lè)和歡笑聲中完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

二、設(shè)計(jì)問(wèn)題環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)探究的基本過(guò)程

實(shí)驗(yàn)研究的程序和方法體現(xiàn)了科學(xué)探究的基本過(guò)程：提出問(wèn)題→作出假設(shè)→進(jìn)行實(shí)驗(yàn)→得出結(jié)論→表達(dá)和交流等。絕大多數(shù)的中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)都體現(xiàn)了這個(gè)科學(xué)探究的基本過(guò)程。教師應(yīng)結(jié)合每個(gè)具體實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生由了解到理解，最后初步掌握科學(xué)探究的基本過(guò)程，把這種發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題的基本程序內(nèi)化為學(xué)生的思維習(xí)慣。學(xué)習(xí)科學(xué)探究的過(guò)程是枯燥的，在教學(xué)過(guò)程中，教師可以通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生在解決問(wèn)題的深厚興趣中掌握科學(xué)探究的基本方法。

以“光合作用產(chǎn)生氧”的實(shí)驗(yàn)為例，筆者創(chuàng)設(shè)這樣一個(gè)問(wèn)題情境：

將一盆生長(zhǎng)旺盛的綠色植物和一只小白鼠同放在一個(gè)密閉的玻璃罩內(nèi)，在陽(yáng)光的照射下，植物和小白鼠都能正常地生活著；在黑暗的條件下，小白鼠很快死亡。這是什么原因呢？

同學(xué)們根據(jù)以上的問(wèn)題，作出如下假設(shè)：

綠色植物在陽(yáng)光下進(jìn)行光合作用，能產(chǎn)生氧氣，供給小白鼠呼吸，小白鼠才得以正常生活，在黑暗的條件下，植物不能進(jìn)行光合作用，玻璃罩中缺少氧氣，小白鼠很快窒息死亡。

怎樣用實(shí)驗(yàn)來(lái)證明光合作用產(chǎn)生氧氣？教師可以先向?qū)W生介紹實(shí)驗(yàn)原理，材料，裝置等，同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。大部分同學(xué)以金魚(yú)藻為實(shí)驗(yàn)材料，用排水法收集金魚(yú)藻在陽(yáng)光下產(chǎn)生的氣體，當(dāng)快要熄滅的竹簽遇到這種氣體時(shí)，迅速地燃燒起來(lái)。同學(xué)們分析這種現(xiàn)象，因?yàn)檠鯕饩哂心苁箍煲绲奈镔|(zhì)迅速燃燒的特性，從而得出結(jié)論：綠色植物在陽(yáng)光下產(chǎn)生氧氣，驗(yàn)證了最初的假設(shè)。

在生物學(xué)教學(xué)過(guò)程中，有些實(shí)驗(yàn)問(wèn)題本身就體現(xiàn)了一個(gè)非常好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)構(gòu)思。一個(gè)完整的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，就是一個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的雛形。因此，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這類生物學(xué)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題進(jìn)行練習(xí)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的解答，同樣可以使學(xué)生掌握科學(xué)探究的基本過(guò)程。例如：

1.如圖1，從一株木本植物上選取一個(gè)枝條，用解剖刀在枝條中部剝除約1厘米寬的一圈樹(shù)皮，露出木質(zhì)部，然后用少量凡士林涂抹在環(huán)切部位。約兩個(gè)月后，發(fā)生了如下圖所示的變化，在切口的上方形成枝瘤，解釋枝瘤形成的原因。

2.如圖2，在同一株植物上，選取有大小相同果實(shí)的帶葉枝條，在兩果實(shí)中間剝除約1厘米寬的一圈樹(shù)皮，露出木質(zhì)部，然后用少量凡士林涂抹在環(huán)切部位。數(shù)日后，位于切口上、下方的果實(shí)將會(huì)有什么不同？解釋原因。

3.如圖3，在同一株植物上，再選一枝條，在兩葉之間，用解剖刀在中部剝除約1厘米寬的一圈樹(shù)皮和木質(zhì)部，只剩下髓，然后用少量凡士林涂抹在環(huán)切部位。兩日以后枝條上的葉片有何變化，解釋發(fā)生變化的原因。

從這個(gè)生物實(shí)驗(yàn)問(wèn)題可以看出，該題目本身就是一個(gè)較為周密的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果是驗(yàn)證植物莖中的韌皮部和木質(zhì)部的功能。它是通過(guò)逐一排除環(huán)割韌皮部和木質(zhì)部所產(chǎn)生的不同現(xiàn)象來(lái)分析二者的功能，即應(yīng)用減去原理來(lái)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在濃厚的學(xué)習(xí)興趣中，掌握了科學(xué)探究的基本方法。

三、運(yùn)用簡(jiǎn)易的實(shí)驗(yàn)材料，巧妙設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

在初中學(xué)生物教學(xué)中，對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練可以圍繞實(shí)驗(yàn)材料的選擇、實(shí)驗(yàn)手段的改進(jìn)等多種途徑和方法進(jìn)行。由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，有些實(shí)驗(yàn)難以完成。但是，運(yùn)用簡(jiǎn)單易得的實(shí)驗(yàn)材料，巧妙設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，同樣能夠取得較好的實(shí)驗(yàn)效果。

例如，學(xué)習(xí)細(xì)胞的吸水和失水原理時(shí)，很多學(xué)生不理解半透膜的選擇透過(guò)性原理。半透膜是指某些物質(zhì)可以自由通過(guò)，而另一些物質(zhì)則不能通過(guò)的多孔性薄膜。課本上介紹的實(shí)驗(yàn)步驟較繁瑣，學(xué)生不容易操作。雞蛋的卵殼膜就是具有選擇透過(guò)性的薄膜。利用同學(xué)們司空見(jiàn)慣的蛋殼做半透膜實(shí)驗(yàn)，材料易得，感性直觀，每個(gè)學(xué)生都可以獨(dú)立完成。筆者的實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：

實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備：取兩個(gè)大小相近的雞蛋，用剪刀剪去尖端的蛋殼，使之成為一個(gè)直徑約為0.8cm邊緣整齊的圓孔。搖動(dòng)雞蛋，將蛋黃、蛋清從小孔倒出，并用水把蛋殼沖干凈。將鈍端的蛋殼輕輕敲裂，再將鈍端敲裂的蛋殼輕輕剝離，露出約1cm高完好的卵膜。

實(shí)驗(yàn)操作：將處理好的兩個(gè)蛋殼分別放入兩個(gè)裝著等量清水的燒杯中，尖端圓孔向上。向其中一個(gè)蛋殼的圓孔內(nèi)加入飽和蔗糖溶液，直到蛋殼大部分沉入水中，水面接近圓孔；向另一個(gè)蛋殼的圓孔內(nèi)加入清水，也使其大部分沉入水中，水面接近圓孔，兩個(gè)蛋殼都保持懸浮狀態(tài)（實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示）。約30分鐘左右就可以觀察到：加入蔗糖溶液的蛋殼由于燒杯中水分的滲入而逐漸下沉，直至沉沒(méi)于燒杯的清水中，而加入清水的蛋殼仍保持初始的位置。

通過(guò)上述操作得到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常明顯，有的同學(xué)還設(shè)計(jì)了其他方案。同學(xué)們通過(guò)動(dòng)手操作，不僅深刻理解了半透膜的作用，而且觀察了鳥(niǎo)卵（以雞蛋代表鳥(niǎo)卵）的結(jié)構(gòu)，收到較好的教學(xué)效果。

四、巧妙創(chuàng)設(shè)探究情境，充分培養(yǎng)學(xué)生自主思維能力

實(shí)驗(yàn)探究特別重視開(kāi)發(fā)學(xué)生的智力，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造能力和思維能力。要讓學(xué)生的探究活動(dòng)既有趣又真正有所收獲，教師必須認(rèn)真思索如何創(chuàng)設(shè)探究情境。根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容，巧妙創(chuàng)設(shè)課堂探究情境，激活學(xué)生的興奮細(xì)胞，使學(xué)生在整個(gè)探究過(guò)程中處于積極狀態(tài)，從而達(dá)到愉快學(xué)習(xí)的效果。

例如，在教學(xué)“探究蚯蚓對(duì)外界刺激的反應(yīng)”這一環(huán)節(jié)中，筆者把學(xué)生分成四人一組，每組分發(fā)一條蚯蚓，鼓勵(lì)同學(xué)們說(shuō)：“請(qǐng)大家自己設(shè)計(jì)一些小實(shí)驗(yàn)，探究蚯蚓對(duì)外界刺激的反應(yīng)，看誰(shuí)最聰明，能夠得出別人不知道的結(jié)論?！蓖瑢W(xué)們一聽(tīng)，立刻來(lái)了興致，他們把蚯蚓放在解剖盤中，按照自己的方式研究起來(lái)。當(dāng)時(shí)有一位同學(xué)對(duì)著蚯蚓拍手，叫喊，蚯蚓沒(méi)有任何反應(yīng)?？墒?，當(dāng)他用鉛筆敲擊解剖盤的邊緣時(shí)，蚯蚓開(kāi)始翻滾身體，表現(xiàn)出焦躁不安的情景。于是這個(gè)同學(xué)發(fā)言說(shuō)：“蚯蚓沒(méi)有聽(tīng)覺(jué)，但喜歡安靜的環(huán)境。”另一個(gè)同學(xué)用鉛筆、不同顏色的紙?jiān)隍球镜那懊鎭?lái)回遠(yuǎn)近、左右向不同的方向晃動(dòng)，發(fā)現(xiàn)蚯蚓沒(méi)有任何反應(yīng)；然后，他把蚯蚓放在一個(gè)黑暗的紙盒中，用聚光的小手電筒照射，發(fā)現(xiàn)蚯蚓作出明顯的躲避光線反射，從而得出結(jié)論：蚯蚓沒(méi)有視覺(jué)，但體表有感光細(xì)胞，可以感受光線的強(qiáng)弱。有的同學(xué)分別把蚯蚓放在硬紙板上和玻璃板上，比較它們?cè)谀膫€(gè)平面上爬得更快。還有的學(xué)生更是別出心裁，用文具盒、硬紙板搭了一個(gè)45度的斜坡，把蚯蚓放在斜坡上，觀察蚯蚓向哪個(gè)方向爬等等。

通過(guò)這次探究活動(dòng)，同學(xué)們拓展了科學(xué)探究的方法，增強(qiáng)了創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)了科學(xué)態(tài)度和探索精神。

總之，在初中生物教學(xué)中，教師要精心設(shè)計(jì)生物實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使課堂出現(xiàn)師生互動(dòng)、平等參與的生動(dòng)局面，讓學(xué)生勤于動(dòng)手、主動(dòng)參與、樂(lè)于探究、積極思維，真正成為課堂的主人，課堂也真正充滿生機(jī)和活力。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣沂蒙.談如何進(jìn)行生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)設(shè)計(jì)[J].生物學(xué)教學(xué).2013（01）：36～37

[2]李相玲.初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的三個(gè)“兼顧”[J].中學(xué)生物教學(xué).2012年（10）：4～5

（作者單位：廣東省珠海市斗門區(qū)第二中學(xué)519100）