例談提高生物學(xué)實(shí)驗(yàn)探究性的策略

周婭萍

【摘 要】本文結(jié)合具體的教學(xué)案例，從創(chuàng)設(shè)探究的問題情境、讓學(xué)生嘗試錯誤操作、拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容三個方面為提高中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究性提供參考。

【關(guān)鍵詞】生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)；科學(xué)探究；核心素養(yǎng)

新課程標(biāo)準(zhǔn)中倡導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任。探究性實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的重要途徑，探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重探究的過程而不單單是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)有很多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，例如綠葉中色素的提取和分離、酵母細(xì)胞的固定化、檢測生物組織中的還原糖、脂肪和蛋白質(zhì)、觀察植物細(xì)胞的有絲分裂等實(shí)驗(yàn)。學(xué)生只要按照書本上的羅列的實(shí)驗(yàn)步驟，按部就班的做就能得到完美的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但是他們未必理解這個實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理和每一步操作的注意事項(xiàng)。對于這些實(shí)驗(yàn)，我們不應(yīng)該拘泥于教材中已有的內(nèi)容呈現(xiàn)，應(yīng)該深入挖掘與這些實(shí)驗(yàn)有關(guān)的知識與內(nèi)容，在平時的教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的提出問題、分析問題、解決問題的科學(xué)探究能力。筆者根據(jù)教學(xué)實(shí)踐，認(rèn)為可以通過以下策略，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)的探究性。

一、創(chuàng)設(shè)探究的問題情境

奧蘇伯爾有意義的學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)，創(chuàng)設(shè)問題情境對于引發(fā)學(xué)生對知識本身產(chǎn)生興趣、產(chǎn)生認(rèn)識需要、學(xué)習(xí)的心理傾向、激發(fā)學(xué)習(xí)的動機(jī)，有著積極的推動作用。從學(xué)生的日常身邊事物出發(fā)，巧妙的設(shè)置問題情境可以觸及學(xué)生的認(rèn)知需要，喚起學(xué)生的探究欲望，變驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為探究性實(shí)驗(yàn)。

案例1：綠葉中色素的提取和分離

教師：展示洋蔥和槐樹葉，提問：洋蔥為何是紫色的？槐樹葉為何是綠色的？

學(xué)生：因?yàn)樗麄兒猩亍?/p>

教師：洋蔥的色素在哪里？

學(xué)生：液泡

教師：槐樹葉的呢？

學(xué)生：葉綠體。

教師：葉綠體中有哪些色素？各種色素什么顏色？

學(xué)生：閱讀書本，回答葉綠素a、葉綠素b、胡蘿卜素、葉黃素，分別是藍(lán)綠色、黃綠色、橙黃色、黃色。

教師：很多樹木比如槐樹，到了秋天葉子就會慢慢由綠色變成黃色，原因是什么呢？請你提出一個假設(shè)。

學(xué)生假設(shè)1：葉綠素a、葉綠素b這些綠色的色素減少，被另外兩種色素的顏色掩蓋。

學(xué)生假設(shè)2：胡蘿卜素、葉黃素這些黃色的色素增加，掩蓋了綠色。

教師：怎樣驗(yàn)證你們的假設(shè)呢？實(shí)驗(yàn)應(yīng)該怎么設(shè)計(jì)呢？

學(xué)生閱讀書本，討論回答：準(zhǔn)備綠色的和發(fā)黃的槐樹葉，做對照試驗(yàn)，提取并分離其中的色素，比較對照組和實(shí)驗(yàn)組濾紙條上四種色素帶的寬窄和顏色深淺。

案例2：檢測蘋果的平均含水量

教師：展示面的和脆的兩種蘋果，提問：這兩種蘋果口感不同，一種吃起來是脆的，一種是面的，猜測可能是什么原因呢？

學(xué)生：可能是含水量不同，脆的蘋果含水量較多，面的蘋果含水量較少。

教師：怎樣檢測蘋果的含水量呢？

學(xué)生討論回答：將蘋果稱重記為m■，烘干后再稱重記為m■，m■-m■即為蘋果的含水量。

教師：如想驗(yàn)證假設(shè)，我們應(yīng)該怎樣比較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)？

學(xué)生：應(yīng)該比較的是兩種蘋果的平均含水量，即m■-m■除以m■所得的含水百分率。

通過這樣一系列的問題情境設(shè)置，使生物學(xué)實(shí)驗(yàn)不再是單純的驗(yàn)證性、操作性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生是帶著探究的問題在自主學(xué)習(xí)書本上的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在探究問題的過程中不但有效掌握了教材上的實(shí)驗(yàn)操作步驟更培養(yǎng)了科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。樹葉到秋天顏色會變黃，面的蘋果和脆的蘋果口感不同。

這是我們身邊再熟悉不過的現(xiàn)象，從這樣的貼近生活的實(shí)例出發(fā)來設(shè)置問題情境，學(xué)生樂于探究、勇于探究。

二、讓學(xué)生嘗試錯誤操作

美國心理學(xué)家桑代克提出了著名的嘗試錯誤學(xué)說，主要觀點(diǎn)是：學(xué)習(xí)是一種盲目的、漸進(jìn)的嘗試與改正錯誤的過程。在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們也應(yīng)該讓學(xué)生嘗試著探究一些錯誤操作所帶來的結(jié)果，從而來真正的領(lǐng)會每一步正確操作的必要性。

案例3：綠葉中色素的提取和分離

在學(xué)生按照正確操作，得到正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以后，可以讓學(xué)生分組做下面的錯誤操作中的一到兩個，探究這樣的錯誤操作會導(dǎo)致怎樣的結(jié)果？

①二氧化硅和碳酸鈣加入的過多

②用清水提取色素

③提取色素時，無水乙醇加入過多

④提取色素時，未加入碳酸鈣

⑤制備濾紙條時沒剪去兩角

⑥用圓珠筆代替鉛筆畫線

⑦畫濾液細(xì)線時只畫了一次，未重復(fù)畫

⑧濾液細(xì)線浸入到層析液中

⑨畫的濾液細(xì)線不直、比較寬

案例4：酵母細(xì)胞的固定化

教師可以分組讓學(xué)生從以下幾方面來探究錯誤操作帶來的結(jié)果：

①酵母菌稱量的過少

②CaCl■溶液的濃度過大或過小

③海藻酸鈉溶液的濃度過大或過小

④熔化海藻酸鈉時用大火不間隔的加熱

⑤海藻酸鈉溶化后未冷卻就加入酵母細(xì)胞

⑥將與酵母細(xì)胞相混合的海藻酸鈉溶液注入CaCl■溶液中時速度過快、距離過近。

教師首先讓學(xué)生進(jìn)行一次正確的操作，得到正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，然后按照錯誤預(yù)設(shè)，分組讓學(xué)生探究其中的一到兩項(xiàng)錯誤操作。將正確的結(jié)果和失敗的結(jié)果進(jìn)行比較，學(xué)生會更有感性認(rèn)識，小組代表總結(jié)發(fā)言時也樂于和其他組員分享他們的探究成果。學(xué)生處于一定的錯誤情境中，進(jìn)行探究分析，然后自己得到正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，這也是在新課程中培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，提高科學(xué)探究核心素養(yǎng)的有效途徑。

三、拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

在做完實(shí)驗(yàn)之后，教師于實(shí)驗(yàn)的選材、實(shí)驗(yàn)步驟的優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)新情境下的再現(xiàn)等方面進(jìn)一步拓展探究，可以讓學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)原理，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和科學(xué)探究水平。

案例5：探究植物細(xì)胞的吸水與失水

在選用紫色的洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和質(zhì)壁分離復(fù)原實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生會產(chǎn)生一個誤區(qū)，認(rèn)為只有紫色的洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞才能發(fā)生質(zhì)壁分離，而白色的洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細(xì)胞則不能發(fā)生。這時，我們可以讓學(xué)生進(jìn)一步探究白色的洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細(xì)胞到底能否發(fā)生質(zhì)壁分離。

教師：白色的洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細(xì)胞到底能否發(fā)生質(zhì)壁分離？

學(xué)生討論后回答：能，但是不容易觀察。

教師：欲觀察到洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細(xì)胞的質(zhì)壁分離的現(xiàn)象需要增加原生質(zhì)層內(nèi)外兩側(cè)顏色的對比度，我們應(yīng)該怎么做呢？

學(xué)生討論后回答：方法一調(diào)暗視野；方法二使外界溶液帶有顏色。

經(jīng)過對這一實(shí)驗(yàn)的拓展探究，學(xué)生便能真正的理解質(zhì)壁分離的原理。

案例6：用標(biāo)志重捕法估算種群密度

在講解怎樣用標(biāo)志重捕法估算種群密度以后，我們可以更一步進(jìn)行拓展探究。

教師：某同學(xué)將500個紅細(xì)胞與1mL酵母菌培養(yǎng)液混勻，然后制片觀察，進(jìn)行隨機(jī)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如下表，則該1mL培養(yǎng)液共含有酵母菌大約多少個？

上述例題，實(shí)質(zhì)上是在模擬標(biāo)志重捕法來估計(jì)種群密度。學(xué)生在掌握了標(biāo)志重捕法的計(jì)算公式N=M×n/m（①完全隨機(jī)選擇一定空間進(jìn)行捕捉，并且對被捕捉對象進(jìn)行標(biāo)記。標(biāo)記個體為M。②在估計(jì)被標(biāo)記個體完全與自然個體完全混合發(fā)生的時間之后，回到步驟1捕捉的空間，用同樣的方法捕捉，捕捉數(shù)量為n。③被捕捉個體中被標(biāo)記個體為m。）以后，自然能夠?qū)⒓?xì)胞總數(shù)視為種群個體總數(shù)，紅細(xì)胞視為被捕捉并被標(biāo)記的個體。對應(yīng)公式，M=500，n=120（取視野中細(xì)胞總數(shù)的平均值），m=20（取視野中紅細(xì)胞的平均數(shù)），按照公式所得N=3000，即為紅細(xì)胞與酵母菌培養(yǎng)液混勻后的細(xì)胞總數(shù)，故該1mL培養(yǎng)液共含有酵母菌大約2500個。

在新情境下對標(biāo)志重捕法實(shí)驗(yàn)的拓展探究，能幫助學(xué)生更好地理解標(biāo)志重捕法的實(shí)驗(yàn)原理，也提高了學(xué)生的知識遷移能力。

變驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為探究性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生獲得的不再是表面的、膚淺的知識。探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)增強(qiáng)了學(xué)生的目標(biāo)意識，讓學(xué)生主動的建構(gòu)知識，深入的理解實(shí)驗(yàn)原理，親身體驗(yàn)探究的艱辛和成功的喜悅，大大增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣。在探究過程中，學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，其能動性和主動性得到了充分發(fā)揮，教師應(yīng)精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，給學(xué)生創(chuàng)造一個探究的情境和氛圍。