培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的實驗思維和技能方法

王少燕

摘 要： 為全面培養(yǎng)學(xué)生實驗?zāi)芰?，在實驗教學(xué)過程中著重從書本實驗出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生歸納實驗設(shè)計方法及相關(guān)理論，并輔以針對性訓(xùn)練，教學(xué)效果更好。

關(guān)鍵詞： 實驗思維 技能方法 實驗?zāi)芰?/p>

培養(yǎng)實驗?zāi)芰Φ暮诵氖桥囵B(yǎng)學(xué)生科學(xué)的實驗思維及技能方法，只有這樣學(xué)生才能具有正確的觀察能力、科學(xué)的思維能力、熟練的實驗技能和自學(xué)研究能力，并能對實驗現(xiàn)象和結(jié)果進行解釋分析和處理，具有對一些生物學(xué)問題進行探究的能力。

一、掌握實驗材料的選擇方法

在做還原糖鑒定實驗時，讓學(xué)生思考以下例題：

以下材料哪種適于做原糖鑒定實驗，并說明原因。

甘蔗、藥用葡萄糖液、西瓜、蘋果、梨。

引導(dǎo)學(xué)生分析：能否用甘蔗呢？不能，因為其實驗?zāi)康氖氰b定生物組織中的還原糖，甘蔗的主要成分是蔗糖，蔗糖是非還原糖。能否用藥用葡萄糖呢？不能，藥用葡萄糖不一定來源于生物組織。能否用西瓜呢？不能，因為實驗原理是利用顏色反應(yīng)，西瓜的紅色會影響實驗中的顏色反應(yīng)。最后只能選蘋果、梨作為實驗材料。通過以上分析，要求學(xué)生歸納實驗選材時要考慮實驗?zāi)康摹嶒炘砗筒牧系膩碓?，讓學(xué)生學(xué)會正確地選擇實驗材料。

及時訓(xùn)練：做蛋白質(zhì)鑒定實驗時，應(yīng)如何選材呢？學(xué)生歸納出：富含蛋白質(zhì)、沒有顏色、材料來源廣的生物組織，如大豆、雞蛋等。

二、把握研磨實驗材料的時機

在還原糖鑒定、蛋白質(zhì)鑒定、酶的高效性、色素的提取等實驗中，讓學(xué)生歸納什么時候需要研磨（從生物組織中提取物質(zhì)時），一般可加入什么物質(zhì)促進研磨？（加SiO■）

三、認真歸納實驗步驟

在做“酶的高效性”實驗時，先舉例作為鋪墊：根據(jù)生活中的實例可以知道，若要比較甲、乙兩人誰的力大，應(yīng)怎樣比？為了公平應(yīng)讓他們在同時、同地、身體狀況相同的條件下舉同一個重物。由此可知，此實驗除甲乙兩人不同外，其他條件必須相同。再引導(dǎo)學(xué)生歸納出：在做實驗時只能有一個因素不同，其他因素必須相同。教師引出新概念：單一變量原則。

（一）及時訓(xùn)練：通過“酶的高效性”實驗，訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)的實驗?zāi)芰?/p>

1.若要比較H■O■酶和FeCl■的催化效率，需要做幾組實驗？（2組）

2.各組實驗不同的是什么？（一組加H■O■酶，一組加FeCl■）

3.其他條件呢？（都相同）

4.要比較它們的催化效率，必須觀察它們在化學(xué)反應(yīng)中的催化情況，那么是讓兩種催化劑催化同一反應(yīng)還是不同反應(yīng)？（同一反應(yīng)）

（二）在訓(xùn)練的過程中，引導(dǎo)學(xué)生邊畫圖邊理解過程

1.取2支試管加入H■O■對量有什么要求？（等量）

2.其中1支加入H■O■酶，另一支加入FeCl■，對量有什么要求？（等量）

3.觀察內(nèi)容：如何測定某化學(xué)反應(yīng)的快慢呢？（原料減少速度或產(chǎn)物的增加速度），而根據(jù)本實驗的原理只能觀察O2的產(chǎn)生速度。具體內(nèi)容是氣泡產(chǎn)生的多少或衛(wèi)生香的燃燒情況。

4.若觀察結(jié)果是一組氣泡多，一組氣泡少，能得出什么結(jié)論呢？（一組催化劑催化效率高，一組催化劑催化效率低）

5.到底H■O■酶和FeCl■哪一種催化劑的催化效率高呢？（不知道，因為哪一組放入的是H■O■酶，哪一組放入的是FeCl■，已弄不清楚）

6.引導(dǎo)學(xué)生歸納：為了避免造成混亂，應(yīng)如何做？（編號）

（三）通過以上實驗的分析，引導(dǎo)學(xué)生共同歸納實驗的基本步驟

①取材（相同）；②分組（等量）、編號；③加入相同的（等量）；④加入不同的（等量）；⑤其他條件（相同）；⑥觀察（寫內(nèi)容方法）。

這樣就有了做實驗的整體思路，然后讓學(xué)生根據(jù)書本所給材料，自己嘗試書寫酶的高效性和酶的專一性實驗步驟，然后和書上的實驗過程相對照，找到自己的不足并加以改正。通過這種訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、規(guī)范的書寫能力，使其掌握正確的實驗步驟，并學(xué)會靈活應(yīng)用。

四、為什么要設(shè)置對照實驗，什么是實驗組，什么是對照組

通過前面的例子可知，不能只說甲的力氣大，只能說甲比乙力氣大，通俗地說就是有比較才有鑒別。做實驗也是一樣，在比較的前提下得出正確結(jié)論，這在生物學(xué)上叫對照。

（一）若要證明酶具有高效性，哪一組是實驗組？（有酶）哪一組是對照組？（加入FeCl3的一組）目的是什么？（比較兩者的區(qū)別）

（二）若要證明酶具有專一性，哪一組是實驗組？（淀粉、淀粉酶）哪一組是對照組？（蔗糖、淀粉酶）目的是什么？（比較淀粉和蔗糖在淀粉酶的催化作用下結(jié)果是否相同）

（三）若要證明馬鈴薯塊莖中是否含有H■O■酶。已知H■O■酶能催化H■O■的分解，產(chǎn)生的[O]能使溶于水的無色焦性沒食子酸氧化生成橙紅色沉淀。

材料：蒸餾水、H■O■溶液、無色焦性沒食子酸溶液、馬鈴薯塊莖提取液、煮熟的馬鈴薯塊莖提取液、試管、滴管等。

實驗組應(yīng)如何做？根據(jù)前面知識引導(dǎo)學(xué)生歸納（如圖1）。

圖1 結(jié)果：有橙紅色沉淀 圖2 結(jié)果：無橙紅色沉淀

根據(jù)實驗結(jié)果能得出一定是馬鈴薯塊莖中的H■O■酶分解H■O■后使無色焦性沒食子酸溶液產(chǎn)生了橙紅色沉淀嗎？有沒有可能是其他原因？引導(dǎo)學(xué)生說出自己的質(zhì)疑。

質(zhì)疑1：可能是H■O■直接與無色焦性沒食子酸溶液反應(yīng)生成橙紅色沉淀。

用什么實驗排除這個質(zhì)疑呢？引導(dǎo)學(xué)生歸納（如圖2）。

質(zhì)疑2：可能是馬鈴薯直接與無色焦性沒食子酸溶液反應(yīng)生成橙紅色沉淀。

用什么實驗排除這個質(zhì)疑呢？引導(dǎo)學(xué)生歸納（如圖3）。

質(zhì)疑3：可能是馬鈴薯中除酶以外的其他物質(zhì)使H■O■分解，產(chǎn)生的[O]與無色焦性沒食子酸溶液反應(yīng)生成橙紅色沉淀。

用什么實驗排除這個質(zhì)疑呢？引導(dǎo)學(xué)生歸納（如圖4）：

圖3 結(jié)果：無橙紅色沉淀 圖4 結(jié)果：無橙紅色沉淀

后三個實驗為什么要用蒸餾水代替其他溶液呢？（為了和第一個實驗等量）

只有做了如圖2、圖3、圖4的實驗后才能證明實驗的結(jié)果不是H■O■和馬鈴薯的直接作用，而是馬鈴薯中的H■O■酶的作用，從而證明此結(jié)論成立。因此圖1、圖2、圖3也叫對照實驗，其目的是排除其他因素對實驗結(jié)果的干擾。

五、引導(dǎo)學(xué)生分析為什么除變量外其他條件必須相同

在做“酶的高效性”實驗中，取兩支潔凈的試管，編上號并各注入2mL過氧化氫溶液，向1號試管加入H■O■酶2mL向2號試管加入FeCl■0.5mL，能否得出正確的結(jié)論呢？若此實驗的結(jié)果為1號試管產(chǎn)生大量的氣泡，2號試管產(chǎn)生少量氣泡，能說明酶具有高效性嗎？

經(jīng)過學(xué)生分析：此結(jié)果可能是由于FeCl■和H■O■酶的量不等造成的。因此，在做對照實驗時除變量外其他條件必須相同，以排除因其他條件不同對實驗結(jié)果而造成的干擾。

六、引導(dǎo)學(xué)生歸納為什么除變量外其他條件不僅相同還應(yīng)適宜

在做酶的專一性實驗時，取兩支潔凈的試管，編上號，1號試管加入2mL淀粉溶液2號試管加入2mL蔗糖溶液，然后往2只試管中各加入2mL淀粉酶溶液。能否得出正確結(jié)論呢？

引導(dǎo)學(xué)生分析：盡管實驗變量是單一的，但兩支試管都沒有還原糖的產(chǎn)生。為什么？引導(dǎo)學(xué)生歸納：雖然溫度相同，但溫度不適宜影響酶促反應(yīng)，從而影響實驗結(jié)果。說明除變量外其他條件不僅要相同，而且要適宜，若不適宜就會干擾實驗結(jié)果。

七、分析某種實驗?zāi)茏C明什么

（一）在做向光性實驗時，若要證明向光性與單側(cè)光有關(guān)，學(xué)生根據(jù)過去的經(jīng)驗（已知是有無單側(cè)光）設(shè)計兩組實驗（如圖5）：

圖5

反之，若給這樣兩組實驗，如何歸納出此實驗說明什么呢？

學(xué)生經(jīng)過分析歸納出：向光性是現(xiàn)象，單側(cè)光是變量，只要把現(xiàn)象與變量用“有關(guān)”或“無關(guān)”連起來，就能說明該實驗說明了什么。

（二）如圖6的實驗?zāi)苷f明什么呢？引導(dǎo)學(xué)生歸納：現(xiàn)象是什么？（有無頂端優(yōu)勢）變量是什么？（在無頂芽）從而得出結(jié)論：頂端優(yōu)勢與頂芽有關(guān)。

圖6

（三）圖7的實驗?zāi)苷f明什么呢？引導(dǎo)學(xué)生歸納：現(xiàn)象是什么？（根向地性）變量是什么？（幼苗的放置位置）從而得出結(jié)論：根的向地性與植物的放置位置無關(guān)。

圖7

（四）學(xué)了頂端優(yōu)勢的3個實驗后，即①有頂芽→有頂端優(yōu)勢；②無頂芽→無頂端優(yōu)勢；③切去頂芽又涂上含生長素的羊毛脂→有頂端優(yōu)勢。

說明頂芽的效果和生長素的效果是一樣的→頂端優(yōu)勢是由頂芽產(chǎn)生的生長素引起的。

又如①授粉→有子果實；②不授粉→果實脫落；③不授粉但在柱頭上涂一定濃度的生長素類似物→無子果實。

說明對果實的發(fā)育來說，授粉（有種子）的效果和生長素類似物的效果一樣，從而說明子房發(fā)育成果實是由于種子產(chǎn)生的生長素引起的。

反之，若要證明公雞的第二性征是由睪丸產(chǎn)生的雄性激素引起的，應(yīng)設(shè)計幾組實驗?zāi)兀?/p>

引導(dǎo)學(xué)生歸納：①有睪丸→有第二性征；②切去睪丸→第二性征消失；③切去睪丸后再口服睪酮→又出現(xiàn)第二性征。

通過對書本實驗的認真分析、理解，并通過對每個實驗的歸納總結(jié)、應(yīng)用，使學(xué)生在不知不覺中逐漸形成科學(xué)的實驗思想，提高實驗技能，比起專門給學(xué)生講實驗設(shè)計的大量理論效果要好得多。

參考文獻：

[1]生物學(xué)教學(xué)，2011（4）.

福建教育學(xué)院2013年度教育科研項目：高中生物實驗教學(xué)創(chuàng)新研究，項目編號：（JYYB-2013173）。