高中生物實(shí)驗(yàn)中研究性學(xué)習(xí)的實(shí)踐與收獲

劉朦瑋+李懷生

【摘 要】 高中生物實(shí)驗(yàn)研究性學(xué)習(xí)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)兩者之間表現(xiàn)為正相關(guān)，且具有長(zhǎng)期的、穩(wěn)定的、普遍的效果。在生物學(xué)科教學(xué)中，充分利用和挖掘新教材中的研究性、探索性因素，多渠道開展研究性學(xué)習(xí)，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的有效途徑。

【關(guān) 鍵 詞】 高中生物實(shí)驗(yàn)；研究性學(xué)習(xí)；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

如何在以教師為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式中創(chuàng)設(shè)讓學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的情境呢？下面是我與學(xué)生共同探討出在實(shí)驗(yàn)研究性學(xué)習(xí)中的一些實(shí)踐與收獲，與大家共勉。

一、明確實(shí)驗(yàn)原理的研究性實(shí)驗(yàn)

教師提出需學(xué)生研究的問(wèn)題→學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→得出結(jié)論→填寫報(bào)告。

以“細(xì)胞的滲透作用”實(shí)驗(yàn)為例，滲透系統(tǒng)建立的條件為需要半透膜且半透膜兩側(cè)具有濃度差，從而發(fā)生滲透作用。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的分析，我們從滲透系統(tǒng)建立的條件上思考創(chuàng)設(shè)了一些研究性學(xué)習(xí)的情景。比如：對(duì)外界溶液的改變，要求學(xué)生利用此實(shí)驗(yàn)原理，對(duì)現(xiàn)有的20%、30%、50%3種不同濃度的溶液進(jìn)行排序。此題作為本實(shí)驗(yàn)的研究題目在實(shí)驗(yàn)課上布置下去，要求學(xué)生在完成大綱規(guī)定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行研究，自行設(shè)計(jì)有關(guān)的方法、步驟然后把方法、結(jié)論及其說(shuō)明填寫在報(bào)告上。以此實(shí)驗(yàn)探究后，提高了探究的興趣。學(xué)生探究欲望越來(lái)越強(qiáng)。從學(xué)生使用的方法來(lái)看，可以說(shuō)是多種多樣，有每種溶液各制一張裝片比較細(xì)胞的質(zhì)壁分離的數(shù)量與程度的，有通過(guò)引流方法觀察細(xì)胞有無(wú)質(zhì)壁分離或質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象的……這些都拓寬了學(xué)生的視野。甚至有位學(xué)生得知溶液的化學(xué)成分是食鹽溶液后，他把每種溶液都嘗了一下，來(lái)驗(yàn)證其實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。我們從中可以看出學(xué)生主動(dòng)研究的精神。課堂小結(jié)時(shí)請(qǐng)學(xué)生分析自己實(shí)驗(yàn)成功與失敗的原因。我們認(rèn)為這些失敗的教訓(xùn)也是他們的收獲之一。通過(guò)這些帶有研究性質(zhì)的學(xué)習(xí)過(guò)程，加深了學(xué)生對(duì)此實(shí)驗(yàn)原理的理解。

二、明確實(shí)驗(yàn)過(guò)程和步驟的研究性實(shí)驗(yàn)

教師對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟提出建議→學(xué)生選擇比較實(shí)驗(yàn)→分析對(duì)比結(jié)果→得出結(jié)論→填寫報(bào)告。如在探究過(guò)氧化氫酶的活性實(shí)驗(yàn)中，常用計(jì)量氧氣釋放量的方法，但當(dāng)氧氣產(chǎn)生量較多時(shí)就很困難。我們利用氧氣的性質(zhì)啟發(fā)學(xué)生，用打孔器將過(guò)濾紙制成小圓片，浸泡在含酶的過(guò)氧化氫緩沖液中，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，小圓片沉降在溶液底部，但后來(lái)會(huì)浮出液面，這樣記錄小圓片上浮時(shí)間，用時(shí)間的倒數(shù)來(lái)表示過(guò)氧化氫酶的催化活性。這樣可以展開多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究，如研究底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)于酶催化活性的影響，實(shí)驗(yàn)在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的過(guò)氧化氫溶液中重復(fù)進(jìn)行。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程引出并討論以下問(wèn)題：①為什么小圓濾紙片在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一定時(shí)間后就開始上??？②為什么在此實(shí)驗(yàn)中過(guò)氧化氫溶液要用緩沖液？③若要研究溫度對(duì)過(guò)氧化氫酶催化活性的影響，應(yīng)怎樣調(diào)整這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)？④若要研究pH對(duì)過(guò)氧化氫酶催化活性的影響，應(yīng)怎樣調(diào)整這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)？這些問(wèn)題都涉及到上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則：①是由于過(guò)氧化氫分解產(chǎn)生了氧氣氣泡改變了溶液的密度，使濾紙片可以上浮，將氧氣的釋放量的多少轉(zhuǎn)化為濾紙片上浮的時(shí)間，運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)條件的轉(zhuǎn)化原則；②是用緩沖液維持了反應(yīng)溶液中酸堿度的穩(wěn)定，運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)條件的恒定原則；③和④則強(qiáng)調(diào)了不同研究目標(biāo)時(shí)的對(duì)照組設(shè)置的原則。通過(guò)對(duì)這種過(guò)程的總結(jié)，使學(xué)生從中提取實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般性規(guī)律，使過(guò)程性知識(shí)理論化。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生的興趣很高，積極性與主動(dòng)性得到充分體現(xiàn)，相互之間主動(dòng)交流實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與體會(huì)。同時(shí)教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果，對(duì)實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行了一定的改進(jìn)。如“葉綠素的提取與分離實(shí)驗(yàn)中”，畫濾液細(xì)線的方法可直接采用載玻片的一側(cè)蘸取勻漿，壓在濾紙條上或者直接將濾紙條畫線處折疊蘸取勻漿等。此法可以節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間，且濾液細(xì)線細(xì)而齊整，畫線次數(shù)超過(guò)7次后對(duì)實(shí)驗(yàn)影響就不明顯了。部分學(xué)生的研究結(jié)論被教師介紹給大多數(shù)學(xué)生，學(xué)生的研究直接參與進(jìn)教學(xué)的研究，這對(duì)參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生是一種激勵(lì)，反過(guò)來(lái)可以成為他們進(jìn)一步學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

三、明確學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作中易錯(cuò)的研究性實(shí)驗(yàn)

教師針對(duì)教材中某些“不許”“不能”“注意”等內(nèi)容提出質(zhì)疑→要求學(xué)生解釋為什么→學(xué)生實(shí)驗(yàn)→得出結(jié)論。

如在“葉綠體中色素的提取與分離”實(shí)驗(yàn)中不能讓層析液浸沒(méi)濾液細(xì)線，否則色素會(huì)溶解在層析液中，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；“植物細(xì)胞的有絲分裂”實(shí)驗(yàn)中根尖解離后必須經(jīng)過(guò)漂洗，否則鹽酸同染色劑反應(yīng)，會(huì)影響根尖細(xì)胞內(nèi)染色體的染色效果；“探究溫度對(duì)酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)中，為什么不能先加酶與底物混合，應(yīng)先分別對(duì)底物和酶保溫等。為什么要這樣做呢？以往教學(xué)過(guò)程中往往是教師把答案告訴學(xué)生，要求學(xué)生記住，實(shí)驗(yàn)中不能如此操作。但在開展研究性學(xué)習(xí)的實(shí)踐與研究后，教師不再給出答案，而是建議學(xué)生不妨在實(shí)驗(yàn)時(shí)試一下，通過(guò)親自進(jìn)行“錯(cuò)誤”操作，學(xué)生知道了此操作所造成的后果，其印象比教師口頭的講述要深得多，也更有說(shuō)服力，其心理體驗(yàn)是前者無(wú)法相比的。也有一些“錯(cuò)誤”操作的結(jié)果對(duì)實(shí)驗(yàn)并無(wú)多大影響，如“溫度對(duì)酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)中使用先混合和保溫后再混合實(shí)驗(yàn)效果是相同的，那么教師就應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生分析其原因，為什么教材中采用前者，由此讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性。

這樣一種設(shè)計(jì)能養(yǎng)成學(xué)生批判性的獲取教科書知識(shí)的習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并積極探索解決問(wèn)題的精神，更能培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。學(xué)生能更深入地認(rèn)識(shí)科學(xué)的本質(zhì)特點(diǎn)，加深對(duì)生物學(xué)知識(shí)的理解，超越現(xiàn)有知識(shí)，也有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神。

四、以教材實(shí)驗(yàn)出發(fā)設(shè)計(jì)研究性實(shí)驗(yàn)

教材中的知識(shí)點(diǎn)→教師、學(xué)生提出質(zhì)疑→學(xué)生課外實(shí)驗(yàn)→得出結(jié)論。

高中生物教材中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)以及演示實(shí)驗(yàn)，既有驗(yàn)證型的又有探索型的，既有觀察型的又有操作型的。而這些實(shí)驗(yàn)，都為前人的科學(xué)研究過(guò)程中的一部分，學(xué)生對(duì)此進(jìn)行重復(fù)操作，不僅有助于對(duì)有關(guān)知識(shí)的理解和掌握，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的觀察、實(shí)驗(yàn)操作和思維能力，從實(shí)踐中體會(huì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性。因此，我們希望在教材中有更多的實(shí)驗(yàn)，但課堂教學(xué)受教學(xué)時(shí)間的限制，無(wú)法過(guò)多地開展研究性的實(shí)驗(yàn)，這就要延續(xù)到課外開展。

我們的做法是結(jié)合教材中的知識(shí)點(diǎn)提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生開展課外的研究實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生自己對(duì)知識(shí)點(diǎn)提出質(zhì)疑，如“用缺素培養(yǎng)法探究礦質(zhì)元素的作用”為什么一定要用完全培養(yǎng)液作對(duì)照；“植物生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)”中，植物去除頂端優(yōu)勢(shì)后，植物的側(cè)芽如何生長(zhǎng)。選修一中《果酒果醋的制作》中為什么要用長(zhǎng)而彎曲的玻璃管，在泡菜的制作中為什么有的泡菜酸而脆，有的泡菜只酸或者只是咸等等。教師鼓勵(lì)學(xué)生多觀察、多參與、多動(dòng)手，在認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上探索規(guī)律，通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際，才能使學(xué)生迸發(fā)出創(chuàng)造的火花。

總之，高中生物實(shí)驗(yàn)研究性學(xué)習(xí)是一種重要的科學(xué)活動(dòng)，可以把觀察、實(shí)驗(yàn)控制、收集事實(shí)、分析和統(tǒng)計(jì)結(jié)果等科學(xué)方法融于一體。在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生逐步掌握科學(xué)研究方法。通過(guò)生物實(shí)驗(yàn)還可以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神以及一絲不茍的科學(xué)態(tài)度和團(tuán)結(jié)協(xié)作的科學(xué)作風(fēng)，這些是研究性學(xué)習(xí)的必要條件，也是學(xué)生在未來(lái)社會(huì)全面發(fā)展所必需的基本素質(zhì)。

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