基于發(fā)展生物學(xué)核心素養(yǎng)的教材實驗改進*
——以比較過氧化氫在不同條件下分解實驗為例

李軍軍

一、實驗改進的原因及意義

“比較過氧化氫在不同條件下的分解”是人教版高中生物必修1課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的必做實驗。實驗完成后，很多學(xué)生反映實驗操作中衛(wèi)生香易熄滅，衛(wèi)生香并未復(fù)燃，實驗裝置漏氣，定性比較，實驗結(jié)果只能粗略比較H2O2分解反應(yīng)速率的快慢，不能顯示H2O2分解反應(yīng)的終點狀態(tài)等問題。筆者沒有立即解答學(xué)生的疑惑，引導(dǎo)學(xué)生分組討論問題產(chǎn)生的根源及解決方案，鼓勵學(xué)生創(chuàng)新思維，利用實驗室常規(guī)材料優(yōu)化制作操作安全、結(jié)果明顯且能定量分析結(jié)果的實驗裝置，不但完美解答學(xué)生的所有問題，而且培養(yǎng)了學(xué)生敢于質(zhì)疑教材，深入挖掘教材資源，提高自身批判性思維和科學(xué)探究能力。

二、改進后的實驗方案

1.實驗原理

H2O2分解反應(yīng)(2H2O2=2H2O+O2↑)是一個產(chǎn)氣反應(yīng)。2 mL3%的H2O2完全分解釋放大約19.6 mL的氧氣[1]。在密閉容器中，19.6 mL的氧氣在常溫下引起的壓強變化完全可以用自制實驗裝置檢測到。

2.實驗材料

試管、具支試管、玻璃管、燒杯、橡皮管、剪刀、酒精燈、橡皮塞、打孔器、秒表、自制U型玻璃管(教師指導(dǎo)學(xué)生利用玻璃管、改進酒精燈烘烤自制U型管)。

3.實驗裝置圖(如圖1所示)

圖1

4.操作步驟

(1)組裝與安放實驗裝置(如圖1所示)。

(2)分別在裝置a、裝置b、裝置c和裝置d的1號管和2號管中加入適量的3%的H2O2溶液，在各裝置的1號管中加入2滴FeCl3溶液，2號管中加入2滴新鮮的肝臟研磨液，然后用橡皮塞迅速塞緊試管口。

(3)打開秒表，記錄時間，觀察實驗想象、記錄結(jié)果并填入表格(見表1)。

表1

(4)分析結(jié)果，得出結(jié)論并反思改進。

三、改進實驗方案的再優(yōu)化

利用優(yōu)化裝置重新實施實驗，評價自制實驗裝置與不足，并根據(jù)實驗結(jié)果再次改進裝置與方案。利用優(yōu)化實驗裝置時應(yīng)注意以下問題：(1)實驗之前要確保各裝置的密封性，確保管口及連接處不漏氣；這是保證實驗準(zhǔn)確、減小誤差的關(guān)鍵。(2)裝置a中最好用小氣球，為了確保H2O2分解產(chǎn)生足夠的氧氣，能把氣球吹起來，實驗前可先進行預(yù)實驗[2]，選擇合適的H2O2體積及濃度。裝置b中一定要確保玻璃管插入H2O2溶液，形成液封。裝置d中的U型管要足夠長，確保有色液滴不溢出U型管。(3)對比實驗要同時進行且設(shè)置平行重復(fù)實驗，以減小誤差。

四、改進實驗方案的優(yōu)點

改進實驗方案以解決學(xué)生在實驗操作中出現(xiàn)的問題為出發(fā)點，強化協(xié)作探究、批判性思維的培養(yǎng)，學(xué)生參與度高，興趣濃厚。對實驗裝置的改進活動充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新思維，具有以下優(yōu)點：(1)材料易得且經(jīng)濟實惠。(2)操作簡單、安全。(3)能克服教材實驗的不足，實驗可重復(fù)性強、成功率高。(4)自制實驗裝置定量比較不同條件下H2O2分解反應(yīng)速率及反應(yīng)到達終點時的產(chǎn)氣量，利于學(xué)生有效突破催化劑只改變化學(xué)反應(yīng)的速率，不改變其平衡點這一教學(xué)難點。(5)自制實驗裝置還可用來定量探究pH值對過氧化氫酶活性的影響。

五、教材實驗改進的反思

(1)實驗的改進要圍繞發(fā)展學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)展開。新一輪課程改革強調(diào)發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，近年的生物高考題也注重考查學(xué)生的理性思維、探究能力等核心素養(yǎng)。改進實驗是充分培養(yǎng)學(xué)生探究能力和理性思維的良好途徑，不但有利于學(xué)生突破高考，而且能發(fā)展學(xué)生能力，有長久的生命力，有更大的推廣價值。

(2)實驗改進要求教師和學(xué)生有意識地思考并評價教材實驗的優(yōu)點、不足以及與本地學(xué)生實際的切合度。教師和學(xué)生要尊重教材但不拘泥于教材，要深入研究教材，提高挖掘并合理利用教材資源的能力，充分利用教材實驗的不足，適時創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生提出問題、分析問題以及利用所學(xué)知識解決問題的能力，要善于激發(fā)學(xué)生進行批判性思維，進而培養(yǎng)其理性思維。

(3)實驗的改進要充分信任并尊重學(xué)生，以問題為出發(fā)點，驅(qū)動學(xué)生思考、探究更好的實驗方案。教師要避免過多干預(yù)，適時啟發(fā)并引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，創(chuàng)新思維，質(zhì)疑權(quán)威，團隊協(xié)作，參與探究，利用實實在在的真課堂、真活動及真探究讓學(xué)生在親身體驗中反思、內(nèi)化所學(xué)知識，以便提升學(xué)生的真素養(yǎng)。