構(gòu)建實(shí)驗(yàn)思維模型，鍛煉科學(xué)思維

蔣英俊

摘 要：構(gòu)建模型是將抽象的認(rèn)識(shí)對(duì)象進(jìn)行簡(jiǎn)單化、具體化、形象化的一種方法。在課堂教學(xué)中構(gòu)建模型，是對(duì)新教學(xué)模式的探索，也是對(duì)核心素養(yǎng)濃度落實(shí)。筆者設(shè)計(jì)和實(shí)施了《酶》這一節(jié)課，在課堂上通過學(xué)生自主參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作、思考、完善、再次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)這幾個(gè)環(huán)節(jié)，使學(xué)生建立起生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本模型，鍛煉了科學(xué)思維。

關(guān)鍵詞：模型 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 科學(xué)思維

模型是將抽象的認(rèn)識(shí)對(duì)象進(jìn)行簡(jiǎn)單化、具體化、形象化的一種方法。除了物理模型外，還可以構(gòu)建出抽象的其他模型，如實(shí)驗(yàn)思維模型。若構(gòu)建出科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)纳飳?shí)驗(yàn)思維模型，學(xué)生在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)或者解答實(shí)驗(yàn)題的時(shí)候就可參考模型來進(jìn)行理解和設(shè)計(jì)，在模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充和完善。使得學(xué)生在生物學(xué)習(xí)中培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神，同時(shí)鍛煉科學(xué)思維，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。[1]

在生物課堂教學(xué)中建模，不僅是對(duì)新教學(xué)模式的探索，更是在核心素養(yǎng)的指導(dǎo)下引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，通過討論、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施以及對(duì)結(jié)果的交流討論與分析，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與到課堂和學(xué)習(xí)中來。學(xué)生親歷這些過程，就可以發(fā)現(xiàn)原先設(shè)計(jì)的問題和缺陷，在后期及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充和完善，最終形成科學(xué)的生物實(shí)驗(yàn)思維模型。筆者設(shè)計(jì)并在課堂上實(shí)踐了浙科版生物學(xué)必修一《酶》這一節(jié)內(nèi)容，對(duì)構(gòu)建生物實(shí)驗(yàn)思維模型進(jìn)行了嘗試。[2]

《酶》這一節(jié)重點(diǎn)在于酶的催化作用和催化特性，而這兩點(diǎn)都需要通過實(shí)驗(yàn)來證明。選擇這一節(jié)內(nèi)容可以很好地將生物實(shí)驗(yàn)的各種因素融入到課堂中，可以讓學(xué)生在課堂中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作和補(bǔ)充完善。本堂課共組織了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)一是通過對(duì)比H2O2溶液中不加酶和加H2O2酶（豬肝研磨液中）的釋放氧氣效果，證明酶具有催化作用。實(shí)驗(yàn)二是通過對(duì)比H2O2溶液中加入無機(jī)催化劑FeCl3和H2O2酶（豬肝研磨液中）兩組實(shí)驗(yàn)的釋放氧氣效果，來證明酶的催化具有高效性。[3]

實(shí)驗(yàn)一：證明酶具有催化作用

實(shí)驗(yàn)材料：大燒杯、試管、滴管、蒸餾水、37℃溫水、衛(wèi)生香等

實(shí)驗(yàn)試劑：H2O2溶液、豬肝勻漿或馬鈴薯勻漿

參考裝置：

學(xué)生設(shè)計(jì)：兩組實(shí)驗(yàn)，一組加入H2O2溶液但不加入豬肝研磨液，另一組加入H2O2溶液和豬肝研磨液，用點(diǎn)燃的衛(wèi)生香伸入試管口來檢驗(yàn)產(chǎn)生氧氣的多少。

然后讓學(xué)生上講臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常明顯，加入H2O2溶液和豬肝研磨液的試管內(nèi)短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的氣泡，伸入試管口的衛(wèi)生香馬上劇烈燃燒并產(chǎn)生火焰，實(shí)驗(yàn)中甚至聽到一聲輕微的爆炸聲；另一組的試管內(nèi)沒有什么變化。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束，教師稍作點(diǎn)評(píng)，馬上提出以下幾個(gè)問題：①若實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，如何區(qū)分這兩支試管中所加試劑的情況？②兩支試管內(nèi)加入試劑不同，為什么要這樣設(shè)計(jì)？③兩支試管出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別是什么？④加入兩支試管的H2O2溶液體積應(yīng)該如何控制？⑤其中一支試管加入豬肝研磨液后試管內(nèi)溶液的總體積發(fā)生變化，應(yīng)該怎么排除這個(gè)影響？⑥為什么要將兩支試管放在同一個(gè)大燒杯里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？通過學(xué)生之間討論解決這些問題。

討論解決這些問題后，學(xué)生已構(gòu)建出生物實(shí)驗(yàn)思維的初步模型。即實(shí)驗(yàn)步驟分為三大步：第一步，分組編號(hào)，根據(jù)自變量進(jìn)行分組，并編號(hào)以便于區(qū)分；第二步，設(shè)置變量，控制自變量為唯一變量，其余無關(guān)變量控制相同，以便于分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果；第三步：觀察并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過分析實(shí)驗(yàn)中設(shè)置的自變量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果即因變量的變化，從中尋找兩者間的關(guān)系，分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，得出結(jié)論。

然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)二。

實(shí)驗(yàn)二：探究酶的催化效率是高還是低

實(shí)驗(yàn)材料：大燒杯、試管、滴管、蒸餾水、37℃溫水、衛(wèi)生香等

實(shí)驗(yàn)試劑：H2O2溶液、FeCl3溶液，豬肝勻漿或馬鈴薯勻漿

學(xué)生設(shè)計(jì)：實(shí)驗(yàn)分兩組進(jìn)行，A組加入一定量的H2O2溶液，B組加入等量的H2O2溶液，然后同時(shí)往A、B試管中分別加入等量的豬肝研磨液和FeCl3溶液，觀察氣泡的產(chǎn)生速率，并將點(diǎn)燃的衛(wèi)生香伸入試管，觀察現(xiàn)象。

學(xué)生仍然進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)操作，發(fā)現(xiàn)加豬肝研磨液的試管產(chǎn)生氣泡速度明顯快于加FeCl3溶液的試管，伸入點(diǎn)燃的衛(wèi)生香后，加豬肝研磨液的這組快速?gòu)?fù)燃，而加FeCl3溶液的這組只是明顯的增亮了一下。通過對(duì)比就能得出酶的催化具有高效性。

通過對(duì)前一次實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和完善過程，在這一次的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，學(xué)生明顯利用了之前構(gòu)建起來的模型來書寫實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中明確了試管編號(hào)，控制單一自變量即加入催化劑的種類，控制無關(guān)變量相同即加入試劑的體積相同等。說明學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思維模型初步建立起來之后能加以運(yùn)用。

這一節(jié)課后，筆者發(fā)現(xiàn)，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、問題思考、完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、再次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)這幾個(gè)環(huán)節(jié)非常好地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的興趣和積極性，而且建立起了生物實(shí)驗(yàn)思維的基本模型。同時(shí)鍛煉了科學(xué)思維，可在后續(xù)的生物實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)更科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)。

生物學(xué)教材中還有很多實(shí)驗(yàn)，這次課后，學(xué)生建立起實(shí)驗(yàn)思維的基本模型，當(dāng)然后期還需要進(jìn)一步的補(bǔ)充和完善，如植物、動(dòng)物、微生物培養(yǎng)過程中的細(xì)節(jié)；又比如選擇實(shí)驗(yàn)材料時(shí)的注意點(diǎn)；一組實(shí)驗(yàn)需要多次實(shí)驗(yàn)并求平均值；針對(duì)動(dòng)植物實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)時(shí)間要求；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表的設(shè)計(jì)等等。

參照這次課堂的效果，筆者進(jìn)行了深入的思考，在教學(xué)中可參考此課堂模式，教師設(shè)計(jì)課堂教學(xué)，讓學(xué)生在自主參與中就建立和完善生物學(xué)中的模型。真正做到培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)，并能在以后的學(xué)習(xí)、生活、工作等各方面運(yùn)用科學(xué)的素養(yǎng)，讓科學(xué)思維得以運(yùn)用和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]趙萍萍，劉恩山.生物學(xué)建模教學(xué)研究進(jìn)展及啟示[J].生物學(xué)通報(bào)，2015，50（1）：19-23.

[2]秦瑞忠.淺談生物建模在高中《生物》教學(xué)中的運(yùn)用[J].教法研究，2012，06：170-171.

[3]龐春歌.在高中生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的探索[J].理科園地教學(xué)創(chuàng)新，2018，06：145-146.