半開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高中生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

楊 波 周業(yè)宇

(浙江省縉云中學(xué) 麗水 321400)(浙江省麗水市教育教學(xué)研究院 323000)

1 半開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1.1 半開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)的概念 完整的實(shí)驗(yàn)課主要包括以下幾個環(huán)節(jié)：A.實(shí)驗(yàn)原理的分析；B.實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)；C.實(shí)驗(yàn)器材、試劑的準(zhǔn)備(統(tǒng)稱實(shí)驗(yàn)材料)；D.實(shí)驗(yàn)材料的分配與發(fā)放；E.實(shí)驗(yàn)操作；F.實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察與報(bào)告；G.實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分享。傳統(tǒng)的封閉式教學(xué)是A、B、C、D、G實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都由教師完成，學(xué)生只做E和F，只要按步驟完成操作即可，學(xué)生不需深入思考和較多的實(shí)踐。半開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教師負(fù)責(zé)或者輔助學(xué)生完成A、C、E環(huán)節(jié)，學(xué)生自己完成B、D、E、F和G環(huán)節(jié)。

1.2 高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的半開放模式 在學(xué)生學(xué)完高中生物學(xué)三個必修模塊后，專門設(shè)置一個實(shí)驗(yàn)專題，加入2～3個半開放實(shí)驗(yàn)，針對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析能力進(jìn)行強(qiáng)化，提升實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，完善?shí)驗(yàn)思維。由于半開放實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容較多、耗時長，可將一個半開放實(shí)驗(yàn)分解成兩節(jié)課加課外學(xué)習(xí)小組活動來實(shí)施；其中第1課時討論此系列實(shí)驗(yàn)中變量的控制，各小組介紹課前設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案并討論改進(jìn)；課外學(xué)習(xí)小組活動由多個學(xué)習(xí)小組按自己的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；第2課時由各學(xué)習(xí)小組代表分別展示課外實(shí)驗(yàn)，再進(jìn)行討論與分析。

1.3 半開放實(shí)驗(yàn)在高中生物學(xué)教學(xué)中的優(yōu)勢 半開放實(shí)驗(yàn)不同于全開放的探究實(shí)驗(yàn)需要花費(fèi)大量的精力和時間，教師的作用由單一的“教”轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖?導(dǎo)”，在討論、操作、修改、再操作等活動中培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的能力；半開放實(shí)驗(yàn)著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析能力，利于學(xué)生對問題的探究形成一個完整的步驟與構(gòu)架，碰到相關(guān)試題時就會迎刃而解，考試效果良好更利于推動實(shí)驗(yàn)的開展；在高中學(xué)生實(shí)驗(yàn)思維能力還不足的情況下，需要教師較多的輔導(dǎo)才能完成實(shí)驗(yàn)的探究，半開放實(shí)驗(yàn)克服了開放探究實(shí)驗(yàn)的盲目性，提高實(shí)驗(yàn)的成功率，激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究熱情；半開放實(shí)驗(yàn)是在一定范圍內(nèi)的探究，實(shí)驗(yàn)員或教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材等工作量較少。

2 高中生物學(xué)半開放實(shí)驗(yàn)案例

2.1 探究環(huán)境因素對光合速率的影響 具體實(shí)驗(yàn)實(shí)施如下：

(1)第1課時：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案 以問題串引導(dǎo)學(xué)生逐步深入思考，整理實(shí)驗(yàn)思路：①實(shí)驗(yàn)的自變量、無關(guān)變量和因變量分別指什么？②設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)要遵循哪些原則？③探究實(shí)驗(yàn)開展中，用什么方法操作自變量？怎樣檢測因變量？學(xué)生把答案寫在小黑板上。目的：讓學(xué)生嘗試對變量下操作性定義，幫助學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的核心要素。

教師鼓勵學(xué)生大膽地說出自己的想法，并注意可行性，及時介紹實(shí)驗(yàn)室已有的設(shè)備。學(xué)生小組介紹自己的方案：包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，如何操作自變量，如何捕捉因變量，如何控制無關(guān)變量，方案的待改進(jìn)之處(介紹時用文字加簡圖)。其他學(xué)生質(zhì)疑并提出建議。教師對學(xué)生討論后無法解決的問題及時提供幫助，對討論結(jié)果及時進(jìn)行點(diǎn)評。

通過本階段活動，可以讓學(xué)生在活動過程中掌握實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)流程，完善方案，充分發(fā)揮學(xué)生的想象力，鍛煉學(xué)生的自我評價(jià)能力。

(2) 課外學(xué)習(xí)小組的實(shí)驗(yàn)思路舉例 例如，各學(xué)習(xí)小組可以有不同的實(shí)驗(yàn)思路：①不同實(shí)驗(yàn)材料(植物)光合速率的比較：選用多種植物，在相同條件下，用排水法收集氧氣的量來判斷光合速率；②光質(zhì)對光合速率的影響：利用液晶顯示器提供白、藍(lán)、紅、綠光，利用觀察相同時間內(nèi)葉片上浮數(shù)目判斷光合速率大??；③光照強(qiáng)度對光合速率的影響：利用調(diào)節(jié)光源與植物的距離來控制光照強(qiáng)度，利用環(huán)境氣體傳感器來測量不同時間氧氣濃度、二氧化碳濃度，推算出光合速率；④溫度對光合速率的影響：利用水浴鍋、冰塊來控制溫度，在密閉的廣口玻璃瓶中加小半瓶水和水藻，利用環(huán)境氣體傳感器多次測量裝置內(nèi)空氣中氧氣濃度、二氧化碳濃度，推算出光合速率；⑤利用氣體體積變化測量光合速率：密閉裝置內(nèi)放白菜幼苗和碳酸氫鈉溶液，利用U形管內(nèi)加水柱接到密閉裝置上來測量裝置內(nèi)的氣體體積變化測表觀光合速率(實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不顯著)。

(3)小組代表匯報(bào)課外實(shí)驗(yàn)，其他學(xué)生分析與評價(jià) 各小組匯報(bào)實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容包括：①實(shí)驗(yàn)題目；②實(shí)驗(yàn)原理；③實(shí)驗(yàn)材料與用具；④實(shí)驗(yàn)步驟；⑤實(shí)驗(yàn)裝置照片；⑥實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論；⑦存在的問題與分析。小組匯報(bào)后全班一起討論分析，提出質(zhì)疑與評價(jià)。目的：鍛煉學(xué)生互評能力，直觀體驗(yàn)系列實(shí)驗(yàn)的變量控制，聽取他人的意見，以及作必要的反思和修改。

2.2 探究酶特性的系列實(shí)驗(yàn) 此半開放實(shí)驗(yàn)，操作難度較低，實(shí)驗(yàn)器材充足，實(shí)驗(yàn)耗時較短，成功率較高。學(xué)生可以選擇的方向有：探究酶的高效性；探究酶的專一性；探究溫度對酶活性的影響；探究pH對酶活性的影響。

實(shí)驗(yàn)還可以選擇不同的酶，底物和檢測方法。此實(shí)驗(yàn)變量設(shè)置的經(jīng)典錯誤有：①碘-碘化鉀溶液作為探究pH對酶活性的指示劑；②本尼迪特試劑作為探究溫度對酶活性影響的指示劑；③過氧化氫作為探究溫度對酶活性影響的底物。

2.3 探究植物細(xì)胞有絲分裂實(shí)驗(yàn) 學(xué)生參考教材制作臨時裝片并觀察，實(shí)驗(yàn)常出現(xiàn)細(xì)胞重疊、模糊、染色深的問題，觀察不到分裂期的細(xì)胞。因此，可引導(dǎo)學(xué)生選擇不同的材料、染色時間、染色劑濃度、壓片方法等進(jìn)行探究，改進(jìn)觀察植物細(xì)胞有絲分裂實(shí)驗(yàn)。

3 半開放實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)

3.1 半開放實(shí)驗(yàn)室的管理 ①讓生物學(xué)教師輪流值班協(xié)助實(shí)驗(yàn)員管理；②充分利用自修課、活動課時間安排學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，以增加學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的時間。另外，對耗時較長的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生還可以申請周末或節(jié)假日做實(shí)驗(yàn)。③實(shí)驗(yàn)室開放時間采用“預(yù)約開放”的形式，學(xué)生提前一周向?qū)嶒?yàn)室管理人員預(yù)約實(shí)驗(yàn)時間，申請所需的儀器和藥品。

高中班級比較多，提前預(yù)約的方式可使實(shí)驗(yàn)室管理人員提前準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)儀器，提早調(diào)配重疊的時間，從而提高實(shí)驗(yàn)的效率。

3.2 實(shí)驗(yàn)安全 ①教師對學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)室活動的安全教育；②學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)時嚴(yán)控實(shí)驗(yàn)器材，盡量不提供危險(xiǎn)性較大的藥品和器材。若半開放實(shí)驗(yàn)過程中有發(fā)生較大危險(xiǎn)的可能，教師或?qū)嶒?yàn)員要全程陪同指導(dǎo)。

3.3 實(shí)驗(yàn)過程中突出學(xué)生的為主體作用 ①輔導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的三種變量設(shè)置的合理性，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思維；②半開放實(shí)驗(yàn)過程中教師可參與其中，也可引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，還可從不同的角度提出建議，充分調(diào)動學(xué)生的主動性；③活動中教師要關(guān)注學(xué)生的行為并適時鼓勵與提醒，引導(dǎo)學(xué)生自我評價(jià)和生生互評。