踐行“質(zhì)疑—探索—實(shí)踐” 開(kāi)展高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)

雷毓敏

1 前言

生物學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐性很強(qiáng)的自然科學(xué)。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)一般可分為技能型、驗(yàn)證型、探究型。近些年來(lái)，各地高考都加強(qiáng)了對(duì)探究型實(shí)驗(yàn)的考查力度，這就要求教師加強(qiáng)對(duì)學(xué)生探究能力的培養(yǎng)，盡量讓學(xué)生多提問(wèn)、多思考、多探究。

探索式學(xué)習(xí)是一種積極的學(xué)習(xí)過(guò)程，最早提出在教學(xué)中使用探索方法的是教育家杜威。杜威說(shuō)：“思維起源于疑難”，應(yīng)用在教學(xué)上，便是“從做中學(xué)”，使學(xué)生參與到做中去而不僅僅是被動(dòng)地聽(tīng)講。

作為遺傳學(xué)的奠基人——孟德?tīng)?，其“假說(shuō)—演繹法”為生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)拓了新的思路。在教學(xué)過(guò)程中，教師質(zhì)疑——學(xué)生思考或啟發(fā)學(xué)生產(chǎn)生疑問(wèn)，用學(xué)生自己的頭腦或者在學(xué)生的親身體驗(yàn)中獲取知識(shí)、獲得經(jīng)驗(yàn)，探索生命的奧秘，其教學(xué)效果必然比傳統(tǒng)教學(xué)好得多。

2 踐行“質(zhì)疑—探索—實(shí)踐”實(shí)驗(yàn)教學(xué)示例

2.1 示例一：調(diào)查常見(jiàn)的人類(lèi)遺傳病

質(zhì)疑：人群中男性紅綠色盲發(fā)病率為7%，而女性只有0.5%，為什么呢？

探索：既然紅綠色盲與性別相關(guān)聯(lián)，那么，紅綠色盲的致病基因應(yīng)該不位于常染色體上，現(xiàn)假設(shè)其在X染色體上。教師提出要求：以全年級(jí)學(xué)生家庭為對(duì)象調(diào)查紅綠色盲的發(fā)病情況，并計(jì)算發(fā)病率。

實(shí)踐：這個(gè)以探索法為背景的“調(diào)查常見(jiàn)的人類(lèi)遺傳病”在全年級(jí)開(kāi)展得轟轟烈烈，學(xué)生對(duì)此有著濃厚的興趣。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，學(xué)生很容易理解伴X染色體隱性遺傳病的遺傳方式及發(fā)病機(jī)率的計(jì)算等教學(xué)難點(diǎn),應(yīng)該說(shuō)這不失為教學(xué)難點(diǎn)突破的好方法。

2.2 示例二：孟德?tīng)栆粚?duì)相對(duì)性狀的遺傳實(shí)驗(yàn)

質(zhì)疑：F1紫花豌豆自交，在F2中既有紫花又有白花且紫∶白=3∶1。為什么呢？

探索：教學(xué)中，結(jié)合“性狀分離比的模擬實(shí)驗(yàn)”，要求學(xué)生以小組為單位自選實(shí)驗(yàn)器材探索性狀分離現(xiàn)象，間接而具體地體驗(yàn)孟德?tīng)柕乃狞c(diǎn)假說(shuō)：（1） 生物的性狀是由遺傳因子決定的；（2） 體細(xì)胞中遺傳因子是成對(duì)存在的；（3） 生物體在形成生殖細(xì)胞——配子時(shí)，成對(duì)的遺傳因子彼此分離，分別進(jìn)入不同的配子中；（4） 受精時(shí)，雌雄配子的結(jié)合是隨機(jī)的。

實(shí)踐：有的組利用兩種顏色的乒乓球；有的組利用白、黑兩種圍棋子；有的組利用體積相近、顏色不同的豆子分別代表D和d，模擬“性狀分離比的模擬實(shí)驗(yàn)”。學(xué)生在親身探索、實(shí)踐和體驗(yàn)中，充分理解了生物體在形成生殖細(xì)胞——配子時(shí)，成對(duì)的遺傳因子彼此分離，分別進(jìn)入不同的配子中且受精時(shí)，雌雄配子的結(jié)合是隨機(jī)的；對(duì)F2中性狀分離比的理解也更加深刻和透徹；為進(jìn)一步理解基因的分離定律墊定基礎(chǔ)。

再質(zhì)疑：從這次模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析中，還發(fā)現(xiàn)：不同小組的結(jié)果會(huì)有較大的差異，為什么呢？

再探索：學(xué)生通過(guò)小組間實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析比對(duì)，經(jīng)過(guò)思考及討論，發(fā)現(xiàn)：數(shù)量比是接近或偏離3∶1與重復(fù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)有關(guān)，由此更加深入地理解統(tǒng)計(jì)學(xué)方法在應(yīng)用時(shí)，樣方數(shù)越多，其數(shù)值越接近理論值。

2.3 示例三：植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離及復(fù)原實(shí)驗(yàn)

在“植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離及復(fù)原實(shí)驗(yàn)”中，需制作紫色洋蔥表皮細(xì)胞的臨時(shí)裝片，在以往的教學(xué)中筆者發(fā)現(xiàn)此實(shí)驗(yàn)的操作中存在以下難以解決的問(wèn)題。

質(zhì)疑：（1） 學(xué)生對(duì)為何選用紫色洋蔥不理解；（2） 洋蔥表皮細(xì)胞的撕取不夠成功；（3） 外界溶液濃度的選擇。

探索：針對(duì)以上問(wèn)題，筆者采用“質(zhì)疑—探索—實(shí)踐”教學(xué)法，先放手讓學(xué)生自己思考、創(chuàng)新，探究；再以小組為單位相互討論，最后全班集體討論，尋求解決方法。

實(shí)踐：集體智慧的結(jié)晶是喜人的，這種“質(zhì)疑—探索—實(shí)踐”教學(xué)法在本節(jié)實(shí)驗(yàn)課取得了可喜的成果：（1） 學(xué)生通過(guò)自己的探索發(fā)現(xiàn)，如果不選擇紫色洋蔥或紫色洋蔥的非紫色區(qū)域，在顯微鏡的視野中根本什么也看不清。這樣學(xué)生們很容易得出：紫色洋蔥的紫色是由液泡中的色素造成的。（2） 學(xué)生在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，將鱗片葉由內(nèi)而外拗?jǐn)?，只連著外表皮，再斜著撕下一大片外表皮，這樣取得的洋蔥表皮肯定又薄又完整；有的小組用刀片在鱗片葉上劃出“井字形”的切口，再用鑷子掀起一個(gè)角撕，這樣獲得的表皮細(xì)胞也非常薄。（3） 本實(shí)驗(yàn)教科書(shū)中推薦的外界溶液濃度是0.3 g/mL的蔗糖溶液，學(xué)生經(jīng)過(guò)自己的探索發(fā)現(xiàn)，若選用低用此濃度的溶液則質(zhì)壁分離發(fā)生的時(shí)間較長(zhǎng)，若使用高于此濃度的蔗糖溶液，則有可能導(dǎo)致植物細(xì)胞因過(guò)度失水而死亡。

再質(zhì)疑：此時(shí)，教師可以適時(shí)提出新的問(wèn)題：如何利用此實(shí)驗(yàn)測(cè)定某種植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度范圍呢？這樣即可以引發(fā)新一輪的探索活動(dòng)。

再探索：待測(cè)細(xì)胞的細(xì)胞液濃度范圍未知，外界溶液濃度如何設(shè)置呢？

再實(shí)踐：教師引導(dǎo)學(xué)生制備一系列待測(cè)植物表皮細(xì)胞的臨時(shí)裝片及一系列具有濃度梯度的外界溶液，用一系列具有濃度梯度的外界溶液分別處理一系列待測(cè)植物表皮細(xì)胞的臨時(shí)裝片，在顯微鏡下觀察，是否出現(xiàn)質(zhì)壁分離現(xiàn)象。待測(cè)植物表皮細(xì)胞的細(xì)胞液濃度應(yīng)介于未發(fā)生質(zhì)壁分離與發(fā)生質(zhì)壁分離兩溶液濃度之間。本實(shí)驗(yàn)仍可進(jìn)行進(jìn)一步的精細(xì)化：在未發(fā)生質(zhì)壁分離與發(fā)生質(zhì)壁分離兩溶液濃度之間設(shè)計(jì)更精細(xì)的濃度梯度，進(jìn)一步確定細(xì)胞液濃度范圍。

2.4 示例四：葉綠體色素提取和分離實(shí)驗(yàn)

質(zhì)疑：（1） 用毛細(xì)吸管吸取少許濾液在制備好的濾紙條上畫(huà)一條濾液細(xì)線。但實(shí)驗(yàn)中需要使用的毛細(xì)吸管易損壞，不易保存，影響實(shí)驗(yàn)效果。針對(duì)此問(wèn)題，教師引導(dǎo)學(xué)生積極探索：如何不用毛細(xì)吸管畫(huà)一條又細(xì)又直的濾液細(xì)線？（2） 制備濾紙條時(shí)，學(xué)生對(duì)為什么要剪去兩角及剪兩角？（3） 若用圓形濾紙代替濾紙條，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如何呢？（4） 層析液成分中石油醚、丙酮都有揮發(fā)性且對(duì)人體有害，可否采用其他試劑替代呢？

探索與實(shí)踐：（1） 學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室有限的設(shè)備條件下，使用蓋玻片，利用蓋玻片很薄的特點(diǎn)，將蓋玻片的一個(gè)邊浸在色素濾液中，在濾紙條上按出一條濾液細(xì)線來(lái)，則非常細(xì)而直，效果比用毛細(xì)吸管還要好。這樣既解決了毛細(xì)吸管的“毛細(xì)”問(wèn)題，又解決了濾液細(xì)線的繪制“細(xì)、齊、直”的原則問(wèn)題。（2） 將普通的長(zhǎng)方形報(bào)紙插在水中再提起，發(fā)現(xiàn)水在報(bào)紙的兩端擴(kuò)散速度比中間快，因此為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果能在濾紙條上形成較為規(guī)則的四條色素帶，必須剪去兩角；剪角的角度大了中間比兩端快，剪小了還是兩端快，通過(guò)一段時(shí)間的摸索，學(xué)生很快選取了較好的角度。（3） 學(xué)生經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在圓形濾紙做此實(shí)驗(yàn)會(huì)出現(xiàn)四個(gè)同心圓。（4） 學(xué)生經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)層析液是一種脂溶性很強(qiáng)的有機(jī)溶劑，在實(shí)驗(yàn)中利用濃度較高的酒精溶液代替石油醚和苯也獲得了成功。

3 “質(zhì)疑—探索—實(shí)踐”實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的思考與啟示

新課程背景下，高中生物實(shí)驗(yàn)課教學(xué)目標(biāo)的定位應(yīng)該由單純培養(yǎng)和考查學(xué)生簡(jiǎn)單的技能操作向培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)、探究能力、增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思維方向轉(zhuǎn)變。

通過(guò)開(kāi)展以“質(zhì)疑—探索—實(shí)踐”生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的高中生物實(shí)驗(yàn)課，既充分利用了中學(xué)生較強(qiáng)的表現(xiàn)欲望及求知心理，尊重信任學(xué)生、鼓勵(lì)學(xué)生積極思考、探索、實(shí)踐，又充分體現(xiàn)了教師的主導(dǎo)地位、學(xué)生的主體地位；既提高了教學(xué)效果、實(shí)驗(yàn)效果，又培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)腦、動(dòng)手能力及難能可貴的創(chuàng)新意識(shí)，提高了中學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，踐行了新課程的核心任務(wù)。

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