高效提升高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探究

黃林

【摘 要】本文以影響酶活性實(shí)驗(yàn)中的溫度條件為例，分析實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題，提出解決方法，采用“化繁就簡(jiǎn)，詳解一例，師生同問(wèn)，并在過(guò)程中思考”的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度和能力。

【關(guān)鍵詞】生物實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2018）07B-0152-02

探究實(shí)驗(yàn)設(shè)置的初衷是鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行探究，鼓勵(lì)學(xué)生直接參與實(shí)驗(yàn)從而獲得新知。本文以探究《影響酶活性的條件》的實(shí)驗(yàn)為例，分析高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的困難，探討高中生物實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)措施，以提升高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課堂效果。

一、在影響酶活性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題

一是內(nèi)容過(guò)多，無(wú)法有效完成教學(xué)任務(wù)。人教版在該節(jié)實(shí)驗(yàn)中設(shè)置兩個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，溫度對(duì)酶活性的影響和 pH 值對(duì)酶活性的影響。再之上節(jié)內(nèi)容中對(duì)酶的專一性和高效性的內(nèi)容，這兩節(jié)課的課程內(nèi)容集中度大，新內(nèi)容過(guò)多。在上一節(jié)課的內(nèi)容還沒(méi)有來(lái)得消化好的情況下，接連上新內(nèi)容又比較多的課，使得教師無(wú)法在兩節(jié)課中全部完成教學(xué)任務(wù)。

二是教材安排不甚合理，無(wú)法達(dá)到教學(xué)目的。從問(wèn)題的提出、假設(shè)的設(shè)置、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和步驟的制訂，到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果反思，如果按課本要求的步驟來(lái)進(jìn)行教學(xué)，那么學(xué)生無(wú)法真正做到自主探究并實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)初衷。

三是教學(xué)時(shí)間過(guò)緊，無(wú)法很好地開(kāi)展探究性學(xué)習(xí)。教師的實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)的初衷是，以尊重學(xué)生對(duì)自我實(shí)驗(yàn)成果的思考方式引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)獲取信息，并進(jìn)行信息對(duì)比，從而對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行反思。但是，由于課堂時(shí)間緊，探究性實(shí)驗(yàn)只能走過(guò)場(chǎng)，將探究性實(shí)驗(yàn)變成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，或者展示實(shí)驗(yàn)，甚或“語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)”。

四是教師過(guò)度操作，學(xué)生只能依葫蘆畫(huà)瓢地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。有些教師雖然給學(xué)生實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，但是又擔(dān)心學(xué)生在操作中因?qū)嶒?yàn)設(shè)置不合理或操作不當(dāng)而浪費(fèi)時(shí)間且無(wú)效果，因此把重點(diǎn)放在實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)上。為此，教師預(yù)先編制學(xué)案，設(shè)置詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟，讓學(xué)生照著學(xué)案的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只能做模仿實(shí)驗(yàn)，使探究實(shí)驗(yàn)走向模仿化，無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生的自主思維能力。

二、酶活性實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)措施

因此，筆者認(rèn)為，對(duì)本節(jié)課的處理方式應(yīng)為“化繁就簡(jiǎn)，詳解一例，師生同問(wèn)，并在過(guò)程中思考”。在有限的時(shí)間內(nèi)，重點(diǎn)操作一個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生的時(shí)間和空間集中在一個(gè)實(shí)驗(yàn)上，充分感受科學(xué)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，充分感受實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的完整性。

措施一：詳解一例

筆者在教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中，采用“詳解一例”的方法從本節(jié)課中選擇“溫度影響酶活性”的實(shí)驗(yàn)來(lái)引導(dǎo)學(xué)生從提出問(wèn)題、做出假設(shè)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)施實(shí)驗(yàn)、結(jié)果分析、過(guò)程討論等環(huán)節(jié)來(lái)充分體驗(yàn)單一變量原則、重復(fù)性原則、可行性原則在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的應(yīng)用。當(dāng)然，每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)都有其不同的嚴(yán)謹(jǐn)性體現(xiàn)。

措施二：提出問(wèn)題，化繁就簡(jiǎn)

溫度影響酶活性的實(shí)驗(yàn)是一個(gè)較為寬泛的問(wèn)題，而教師在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生將問(wèn)題細(xì)化，提出一個(gè)具有操作性、指導(dǎo)性、可研究的具體化問(wèn)題。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)材料應(yīng)該簡(jiǎn)便易得便于實(shí)驗(yàn)。因此，教師可引導(dǎo)學(xué)生提出這樣的問(wèn)題“0 到 100℃ 范圍內(nèi)的溫度如何影響唾液淀粉酶的催化活性？”

措施三：基于生活實(shí)際，做出假設(shè)

假設(shè)的提出需要建立在已有的知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用基礎(chǔ)之上。高中學(xué)生對(duì)唾液及唾液淀粉酶比較熟悉并了解其作用，也知道唾液淀粉酶比較容易取得。學(xué)生根據(jù)已有知識(shí)分析得知，唾液淀粉酶的工作溫度為 37℃ 左右，由此可引導(dǎo)學(xué)生做出合理假設(shè)：“在零到 37℃ 之間，酶活性隨溫度的升高而增大，之后酶活性隨溫度的升高而降低，直至失活?！?/p>

措施四：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)謹(jǐn)思考

由于學(xué)生認(rèn)知水平不高，對(duì)實(shí)驗(yàn)也比較生疏，學(xué)生難以拿出詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟。此時(shí)，教師要結(jié)合教學(xué)情況和生活實(shí)際，引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該注意的一些因素，從而較好地完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

1.溫度因素的考慮。正常情況下應(yīng)該以一定的溫度間隔設(shè)計(jì)溫度梯度。但是醫(yī)學(xué)試驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)表明，唾液淀粉酶是一種耐高溫的酶。因此要告訴學(xué)生在 37℃ 以上溫度的環(huán)境下，不適于以溫度梯度的方式來(lái)探究溫度對(duì)酶活性的影響。另外，學(xué)生常會(huì)錯(cuò)認(rèn)為室溫下的試驗(yàn)是作為對(duì)照組出現(xiàn)的，這點(diǎn)要讓學(xué)生清楚認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)是在常溫下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，而且是在體外進(jìn)行，所以室溫的設(shè)置是必要的。在實(shí)驗(yàn)中，要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)思考，低燒和高燒的溫度如何影響酶活性，即在 31℃ 和 42℃ 溫度條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

同時(shí)可以引導(dǎo)學(xué)生思考下面問(wèn)題：①如何保證溫度的穩(wěn)定性？引導(dǎo)學(xué)生想到用恒溫水浴鍋或者冰水箱來(lái)保證試驗(yàn)過(guò)程中得到驗(yàn)證溫度穩(wěn)定性。②淀粉和淀粉酶原本的溫度是否會(huì)影響實(shí)驗(yàn)？引導(dǎo)學(xué)生考慮外在條件對(duì)實(shí)驗(yàn)溫度的影響，從而引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)淀粉和淀粉酶分別保溫五分鐘之后再進(jìn)行反應(yīng)。

2.關(guān)于實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的設(shè)置。學(xué)生常會(huì)認(rèn)為室溫下的作用對(duì)象是對(duì)照組。因此，教師有必要提出“能以室溫下加入淀粉和淀粉酶的試管作為對(duì)照嗎？”但因?yàn)樽饔脤?duì)象是底物淀粉，因此要看每個(gè)溫度下酶的催化效率時(shí)，應(yīng)以未加酶的淀粉作為對(duì)照，所以該試管仍然是另外一個(gè)實(shí)驗(yàn)組，而不是對(duì)照組。

如果不加酶，那么就要在對(duì)照實(shí)驗(yàn)中考慮單一變量原則，加入與酶等量的蒸餾水；如果不加，那么就會(huì)有水和酶兩個(gè)變量，應(yīng)排除水對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。

在這里變量是“是否加酶”，那么對(duì)照組應(yīng)該放在室溫下嗎？遵循單一變量原則，這個(gè)方案是不行的，應(yīng)該設(shè)置為每個(gè)溫度下都應(yīng)有對(duì)照組。

3.關(guān)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偶然性及其他因素。如何避免實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偶然性？遵循實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性原則，設(shè)置重復(fù)組，在每個(gè)溫度下，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組各重復(fù)兩次實(shí)驗(yàn)。

如何進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)？根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)不能用還原糖進(jìn)行檢測(cè)。因?yàn)檫€原糖的檢測(cè)需要恒溫水浴，會(huì)引入溫度變量，所以該實(shí)驗(yàn)要選擇用等量的碘液檢測(cè)底物淀粉，根據(jù)顏色深淺來(lái)判斷試驗(yàn)結(jié)果以及淀粉的剩余情況。

措施五：變“語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)”為實(shí)際實(shí)驗(yàn)

在實(shí)踐教學(xué)中，需要實(shí)際操作，因此要將“語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)”改為實(shí)踐操作實(shí)驗(yàn)。教師要求學(xué)生在一節(jié)課之內(nèi)盡量完成該實(shí)驗(yàn)。當(dāng)學(xué)生解決了試驗(yàn)設(shè)計(jì)的最大問(wèn)題之后，時(shí)間問(wèn)題就變成第二緊要問(wèn)題。因此，為了節(jié)約時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中可采用分組實(shí)驗(yàn)方式。將全班分為六組，分別進(jìn)行 0℃、25℃、31℃、37℃、42℃、100℃ 下的試驗(yàn)。小組成員在每個(gè)梯度溫度下監(jiān)測(cè)多個(gè)試管的實(shí)驗(yàn)。然后在小組內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，小組和小組最后對(duì)比結(jié)果，并進(jìn)行綜合分析。

措施六：杜絕偶然，分析結(jié)果

采用分組實(shí)驗(yàn)，讓每個(gè)小組在某一個(gè)溫度梯度下的實(shí)驗(yàn)操作都為相同操作，從而避免偶然性發(fā)生。最后再對(duì)比每個(gè)溫度梯度下實(shí)驗(yàn)組中酶的催化效率。

措施七，討論拓展，延伸實(shí)驗(yàn)思維

查閱相關(guān)資料對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。思考該實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裼谩罢崽呛驼崽敲浮被颉暗鞍兹芤汉偷鞍酌浮眮?lái)替換“淀粉和淀粉酶”來(lái)進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)？

除溫度、pH 值以外，還有哪些環(huán)境條件的改變可能會(huì)影響酶的活性？例如紫外線、重金屬鹽，從而讓實(shí)驗(yàn)思維繼續(xù)延伸。

三、實(shí)驗(yàn)效果和教學(xué)反思

在課堂上完成實(shí)驗(yàn)之后，要求學(xué)生在課下寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行反思。從問(wèn)題的提出、假設(shè)的設(shè)置、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟的制訂，到實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)的反思都要體現(xiàn)自主探究的實(shí)驗(yàn)初衷。這樣預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、反思實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式使學(xué)生在對(duì)比中迅速找到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，高效地進(jìn)行分析，從而擴(kuò)大學(xué)生思維廣度和加深訓(xùn)練的深度，極大地提高學(xué)生分析對(duì)比、提取信息的能力。

從酶活性的影響條件實(shí)驗(yàn)來(lái)看，教師要注意培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)語(yǔ)言、實(shí)驗(yàn)假設(shè)、實(shí)驗(yàn)操作，以及從實(shí)驗(yàn)過(guò)程中獲取信息的能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要給學(xué)生留出更多的時(shí)間和空間，使學(xué)生能夠自我思考、自主學(xué)習(xí)?！凹埳系脕?lái)終覺(jué)淺，須知此事要躬行”。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，采用“化繁就簡(jiǎn)，詳解一例，師生同問(wèn)，并在過(guò)程中思考”的方法，使教師和學(xué)生一起在嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)的點(diǎn)點(diǎn)滴滴中，將嚴(yán)謹(jǐn)思維、科學(xué)態(tài)度逐漸“滲透”，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。

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（責(zé)編 盧建龍）