高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)和創(chuàng)新的幾點(diǎn)嘗試

吳孝友 鄭小斌

摘要結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐以及查閱較多文獻(xiàn)資料，提出了幾點(diǎn)有關(guān)高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)和創(chuàng)新的嘗試，以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可行性、有效性，加強(qiáng)生物科學(xué)與生產(chǎn)、生活的聯(lián)系，使學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中積累知識(shí)，形成能力，提升素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞高中生物學(xué) 實(shí)驗(yàn)改進(jìn) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

生物學(xué)是研究生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，許多概念、原理和規(guī)律的獲得源于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)，新的觀點(diǎn)又常用實(shí)驗(yàn)的方法加以論證和探究，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)在生物學(xué)教學(xué)中占有非常重要的地位。高中生物學(xué)教師應(yīng)認(rèn)真思考關(guān)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問(wèn)題，從而更有效地開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生真正成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)最大的受益者。

高中生物學(xué)教材中的實(shí)驗(yàn)多是經(jīng)過(guò)編者精心安排和篩選的，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都有其重要意義，可以讓學(xué)生在形成生物學(xué)核心素養(yǎng)的同時(shí)，用科學(xué)的觀點(diǎn)、知識(shí)、思路和方法面對(duì)或解決現(xiàn)實(shí)生活中的某些問(wèn)題。盡量讓學(xué)生嘗試做每一個(gè)實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要求，因此生物學(xué)教師要組織學(xué)生多進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)和提倡學(xué)生改進(jìn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究熱情，提升生物課堂效果。

1改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)定量測(cè)定

在學(xué)校教學(xué)條件有限，相應(yīng)儀器設(shè)備不具備的條件下，教師和學(xué)生可以共同想辦法，自制實(shí)驗(yàn)裝置，從而順利完成實(shí)驗(yàn)。有時(shí)，教材中的實(shí)驗(yàn)裝置并不理想，存在著操作難度大，無(wú)法精確控制等問(wèn)題，教師可以嘗試改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)更為精確的定量測(cè)定。例如，“探究pH對(duì)過(guò)氧化氫酶的影響”實(shí)驗(yàn)中，在反應(yīng)小室上壁貼有浸過(guò)新鮮的肝臟勻漿（含有H202酶）的濾紙片，下部加入不同pH緩沖液和H202溶液，翻轉(zhuǎn)反應(yīng)小室使底物與酶充分接觸，利用排水法收集氧氣。但在實(shí)際的具體操作中，將反應(yīng)小室旋轉(zhuǎn)180D°時(shí)，還未等pH對(duì)酶活性產(chǎn)生影響以及未準(zhǔn)備好收集氣體時(shí)，酶與底物就已發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)功虧一簣。嘗試?yán)没瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有儀器，重新改進(jìn)了該實(shí)驗(yàn)裝置。反應(yīng)室部分換用了注射器和錐形瓶，錐形瓶中添加了新鮮肝臟勻漿和緩沖液，H2O2溶液可通過(guò)注射器定量控制，測(cè)量部分由廣口瓶、導(dǎo)管、膠管和量筒等構(gòu)成。反應(yīng)產(chǎn)生的O2通過(guò)導(dǎo)管進(jìn)入盛水的廣口瓶，將水壓入量筒，水的體積即產(chǎn)生的O2的體積。

2優(yōu)化材料步驟，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果

浙科版高中生物學(xué)必修一第10頁(yè)和第14頁(yè)分別介紹了“檢測(cè)生物組織中的脂質(zhì)、糖類、和蛋白質(zhì)”，實(shí)驗(yàn)分別選擇花生子葉、榨好的梨汁和稀釋的蛋清液作為材料，與蘇丹Ⅲ染液、本尼迪特試劑和雙縮脲試劑反應(yīng)，通過(guò)相應(yīng)的顯色反應(yīng)進(jìn)行鑒別。教材所提供的實(shí)驗(yàn)材料作為鑒定對(duì)象本身沒(méi)有問(wèn)題，但容易給學(xué)生造成認(rèn)知誤區(qū)：即花生子葉只有油脂，梨汁中只有還原糖，蛋清只含有蛋白質(zhì)。事實(shí)上，這三種生物組織中都含有糖類、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，在有機(jī)物種類上沒(méi)有差異，只是在數(shù)量上存在著顯著差異。因此，教師可考慮用全脂奶粉替代上述材料探究其中的脂質(zhì)、糖類和蛋白質(zhì)。

“光合色素的提取與分離”是教學(xué)大綱要求必做的實(shí)驗(yàn)，但教材中提取色素的方法步驟過(guò)于機(jī)械，且耗時(shí)長(zhǎng)，一節(jié)課難以達(dá)到預(yù)期的效果。教師可以化繁為簡(jiǎn)，優(yōu)化步驟，采用按壓法來(lái)獲取光合色素。即剪取2.0cm寬的濾紙條，將葉片放在濾紙條的一端，在距濾紙條一端2.0Cm處用鋸齒狀的金屬尺按壓。這樣，在濾紙條上會(huì)留下一條又細(xì)又直的色素線。若不理想，可以重復(fù)按壓。該方法省去了色素提取中稱量、研磨、過(guò)濾、畫濾液細(xì)線等步驟，顯著地提高了時(shí)效性。

3重視實(shí)際運(yùn)用，激發(fā)探究欲望

“民以食為天，食以安為先”，亞硝酸鹽的安全性一直是食品安全方面的熱點(diǎn)話題。學(xué)習(xí)泡菜中亞硝酸鹽的定量測(cè)定實(shí)驗(yàn)，能夠促進(jìn)學(xué)生搜索相關(guān)信息，參與公共事務(wù)的討論，逐步形成健康積極的生活方式。

亞硝酸根不僅存在于泡菜中，也存在于其他腌制食品中，如香腸、臘肉、火腿等。教材所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)僅以腌制的泡菜及少量泡菜湯為材料，教師可鼓勵(lì)學(xué)生以小組為單位自行選擇適當(dāng)?shù)牟牧希诰蛘n堂與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系。本實(shí)驗(yàn)的樣品處理過(guò)程，包括將泡菜制成勻漿、洗滌過(guò)濾、定容等操作耗時(shí)較長(zhǎng)，難以在課堂中完成。

教師可通過(guò)半開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)解決，自行讓學(xué)生合理規(guī)劃時(shí)間，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的完整性。在測(cè)定樣品和5個(gè)亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的光密度值時(shí)，教材內(nèi)容安排上是依次測(cè)出6個(gè)數(shù)據(jù)。實(shí)際操作中為了提高效率，小組可分工合作同時(shí)測(cè)定樣品與亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)好數(shù)據(jù)后，學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)用Excel軟件繪制以亞硝酸鈉濃度為橫坐標(biāo)，光密度值為縱坐標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算各樣品中的亞硝酸鹽含量，并與國(guó)家食品安全標(biāo)準(zhǔn)中的污染物限量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，判斷泡菜等材料是否適合食用，引起學(xué)生對(duì)健康飲食方式的討論。

在認(rèn)識(shí)到植物激素的生理作用之后，有關(guān)科學(xué)原理在農(nóng)業(yè)、園藝等方面獲得了廣泛運(yùn)用。教師通過(guò)開展探究生長(zhǎng)素類似物的生理作用，引導(dǎo)學(xué)生嘗試將理論知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，讓學(xué)生在積極探究中認(rèn)識(shí)生物科學(xué)的價(jià)值，體驗(yàn)科學(xué)探究的樂(lè)趣。

在“探究2，4-D對(duì)插枝生根的作用”實(shí)驗(yàn)中，浙科版必修三教材并未明確提出用何種生物材料，實(shí)驗(yàn)組的2，4-D溶液濃度只有2種，且濃度也由實(shí)驗(yàn)者自行設(shè)計(jì)，給有意向做該實(shí)驗(yàn)的教師和學(xué)生帶來(lái)了困難。建議嘗試用種子培養(yǎng)法測(cè)定生長(zhǎng)素類似物的生理效應(yīng)，具體方法為：配置不同濃度梯度的生根粉溶液，各取10mL，以相同體積的蒸餾水作為對(duì)照，倒于鋪一張濾紙的培養(yǎng)皿中;選取若干數(shù)量相等的水稻或小麥種子放入上述培養(yǎng)皿中，加蓋后于25%的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)一周，每天定時(shí)測(cè)定根數(shù)、根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)，統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并繪制曲線圖。這樣可以訓(xùn)練學(xué)生將實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化成可行的實(shí)驗(yàn)方案的邏輯思維能力，提高設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、可行性、簡(jiǎn)易性。

4捕捉實(shí)驗(yàn)意外，衍生必然精彩

在生物科學(xué)發(fā)展的進(jìn)程中，有很多震驚世人的發(fā)現(xiàn)其實(shí)源于“意外”，如青霉素的發(fā)現(xiàn)、雞霍亂疫苗的研制等。每個(gè)實(shí)驗(yàn)都會(huì)有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生通過(guò)現(xiàn)象分析得出結(jié)論。但有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯或正好相反。這時(shí)，教師可讓學(xué)生嘗試分析原因，改進(jìn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)材料或方法，使學(xué)生形成一次更加深刻的體驗(yàn)，有助于培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

例如，在“乙醇發(fā)酵”演示實(shí)驗(yàn)中，酵母菌和葡萄糖充分混勻，迅速向混合液滴加石蠟油，置于30℃水浴中反應(yīng)。通過(guò)觀察是否有氣泡產(chǎn)生，澄清石灰水是否變渾濁、聞聞是否有酒味產(chǎn)生，來(lái)推測(cè)酵母菌厭氧呼吸的產(chǎn)物是乙醇和二氧化碳。但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，有部分小組并沒(méi)有很直觀地觀察到產(chǎn)生氣泡現(xiàn)象，反映聞氣味推測(cè)產(chǎn)生了酒精較為不科學(xué)。這樣，教師可以引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，更為準(zhǔn)確地定量測(cè)定酒精的含量。因此在實(shí)驗(yàn)中，可做如下更改：

①增加干酵母用量、提高水浴溫度，使反應(yīng)更迅速，現(xiàn)象更直觀;

②添加用酸性重鉻酸鉀定量測(cè)定酒精含量的實(shí)驗(yàn)步驟，進(jìn)一步計(jì)算出酵母菌的呼吸強(qiáng)度，使學(xué)生對(duì)結(jié)果更加信服，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。