高中生物實驗的改進與創(chuàng)新路徑研究

劉群

摘 要：實驗是生物教學(xué)重要組成，在于直觀呈現(xiàn)生物知識。隨著新課程改革全面實施，高中生物教師注重創(chuàng)新實驗教學(xué)方式，調(diào)動學(xué)生參與生物實驗積極性，改變以往單一枯燥的課堂教學(xué)氛圍，積極鼓勵學(xué)生自主探究和動手操作，從而對所學(xué)生物知識產(chǎn)生深刻印象，為理解和應(yīng)用知識做好鋪墊，提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：高中生物;實驗;改進;創(chuàng)新;路徑

隨著新課程改革的不斷深入，學(xué)生的獨立思考與自主創(chuàng)新能力培養(yǎng)，成為生物教學(xué)的重點。生物實驗因為能有效培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考與自主創(chuàng)新能力，也受到廣大教師的高度關(guān)注。教師可結(jié)合學(xué)生學(xué)情多方面創(chuàng)新和改進實驗教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

一、創(chuàng)新實驗教學(xué)理念

相關(guān)調(diào)查研究指出，目前很多高中生物教師在實驗教學(xué)過程中依舊沿用傳統(tǒng)教學(xué)理念和方式，即為學(xué)生灌輸式傳授知識，學(xué)生被動記憶和背誦實驗過程，未能真正理解和掌握所學(xué)生物實驗內(nèi)容。究其原因，多和生物教師未及時更新教學(xué)觀念，有待提升專業(yè)素養(yǎng)。部分學(xué)校在傳統(tǒng)教學(xué)觀念影響下沒有重視實驗教學(xué)，未在軟硬件等教學(xué)設(shè)備方面過多投入，長此以往造成生物實驗沒有分配到足夠課時，學(xué)生自然未重視實驗學(xué)習(xí)，降低整體生物實驗教學(xué)效率。

高中生物教師在新課程改革背景下應(yīng)摒棄傳統(tǒng)教學(xué)觀念，積極吸納素質(zhì)教育內(nèi)容體系，在此過程中形成良好的創(chuàng)新型思維，提升教學(xué)水平。在高中生物實驗教學(xué)中可采取探究式方式，充分發(fā)揮學(xué)生主體作用，形成尊重、平等、融洽的師生關(guān)系，而教師在此過程中則發(fā)揮引導(dǎo)和組織作用，促使學(xué)生高效探究生物實驗。學(xué)生在做實驗時嘗試提出自身觀點并加以驗證，隨后歸納總結(jié)生物現(xiàn)象和規(guī)律，還要引導(dǎo)學(xué)生反思自身在實驗操作中存在的非規(guī)范行為。與此同時，在生物教學(xué)中開展科學(xué)探究是一種實踐活動，充分調(diào)動學(xué)生參與生物學(xué)習(xí)積極心和主動性并學(xué)會主動獲取和解答重難點生物知識。科學(xué)探究涉及計劃制定、假設(shè)猜想以及后期實驗和結(jié)論歸納。學(xué)生科學(xué)探究活動后能有效增強對生物知識的情感，形成良好的創(chuàng)新能力和科學(xué)探究思維，有效提升生物教學(xué)效率。與此同時，高中生物教師在實驗教學(xué)中除了要讓學(xué)生理解和掌握相關(guān)知識，還需培養(yǎng)學(xué)生合作精神與自主思考能力。此外，高中生物教師需結(jié)合學(xué)生學(xué)情設(shè)計集創(chuàng)新性與趣味性于一體的實驗，使學(xué)生通過實驗學(xué)習(xí)理解和掌握更多的知識與技能。教師還需注重建設(shè)實驗硬件建設(shè)，盡可能做到軟硬件雙管齊下，為學(xué)生提供更為優(yōu)越的實驗學(xué)習(xí)條件和氛圍。高中生物教材收錄的實驗十分典型，涵蓋較多生物科學(xué)原理與概念知識內(nèi)容，教師不單單要指導(dǎo)學(xué)生反復(fù)操作實驗，最重要指導(dǎo)學(xué)生在實驗操作中充分熟悉基本流程與操作規(guī)則，并在現(xiàn)有典型實驗基礎(chǔ)上做出優(yōu)化和創(chuàng)新，引領(lǐng)學(xué)生汲取經(jīng)典實踐經(jīng)驗，基于此產(chǎn)生創(chuàng)新意識，強化創(chuàng)造力，為長遠學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

二、實驗方法有效創(chuàng)新

高中生物教師在新課程改革背景下應(yīng)積極優(yōu)化實驗教學(xué)方式，全面調(diào)動學(xué)生參與生物實驗活動積極性和主動性，提高實驗教學(xué)效率。如果生物教師想要切實提高實驗教學(xué)效果，那么就要發(fā)揮學(xué)生主體作用，自身則扮演指導(dǎo)與組織角色，引領(lǐng)學(xué)生將所學(xué)生理論知識應(yīng)用于實踐操作中。新課程標準明確指出，教師在教學(xué)中應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生觀察生物現(xiàn)象和概括能力，引領(lǐng)學(xué)生探究生物知識的同時強化科學(xué)探究精神與動手操作能力。雖然高中生經(jīng)歷小學(xué)和初中階段學(xué)習(xí)，但依舊具備較強的好奇心，教師可通過指導(dǎo)學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象與已有知識相結(jié)合并在此基礎(chǔ)上提出問題，深化對所學(xué)生物知識理解，提高學(xué)習(xí)效率。

以環(huán)境因素對光合作用強度影響實驗教學(xué)為例，作為高考生物熱門題型，但教材傳統(tǒng)實驗方式過程復(fù)雜，裝置煩瑣以及缺乏嚴謹性。其中運用白熾燈作為光源會產(chǎn)生較大的熱量，溫度會干擾實驗。與此同時，運用多種顏色玻璃紙會投射中多種顏色光，再加上玻璃紙薄厚程度不同，會投射出不同強度的光。運用打孔器也葉片進行打孔后再運用注射器排出葉片內(nèi)氣體，最后統(tǒng)計葉片上浮數(shù)量，整個過程歷時較長，煩瑣復(fù)雜且不易難操作，因而有必要創(chuàng)新實驗方法。具體從可從以下方面著手，首先準備實驗器材;分別準備一個10w、20w、40w的不同功率LED燈，一個分層模型板，溫度計，若干長勢相同水草，四個500ml燒杯，二氧化碳片劑，若干冰塊等。其次自制分隔式光合作用探究實驗裝置;運用具有遮光性能的復(fù)合材料制作該裝置，分為三間，每間分別安裝不同功率的LED光源，由一個開關(guān)控制上述光源。由于LED光源為冷光源，在一定程度能避免白熾燈等熱光源散發(fā)出溫度對實驗結(jié)果造成影響。第三具體實驗;將學(xué)生分為若干小組探究光照強度以及CO2濃度、溫度對光和強度產(chǎn)生影響。隨即打開光源開始計時，要求學(xué)生認真觀察燒杯氣泡上浮數(shù)量，整個過程清晰直觀，簡化傳統(tǒng)實驗，深化對所學(xué)知識理解。

三、開展有趣數(shù)字實驗

數(shù)字化實驗是蓬勃發(fā)展信息技術(shù)下衍生的產(chǎn)物，安全性高，能以直觀清晰方式呈現(xiàn)重難點生物知識，改變以往生物實驗耗時過長未使學(xué)生看到明顯變化情況，對所學(xué)生物知識產(chǎn)生深刻理解和印象，提高生物教學(xué)質(zhì)量。毫無疑問，生物教師在開展實驗時需要運用各種裝備，只要具備硬件資源才能順利開展數(shù)字化實驗，以清晰直觀地方式為學(xué)生呈現(xiàn)生物實驗，并基于此引領(lǐng)學(xué)生觀察分析實驗現(xiàn)象，明確實驗原理以及物質(zhì)真相。良好的實驗裝備需依附于各種軟硬件配備與定期更新，生物教師要在現(xiàn)有條件下充分整合資源，全面優(yōu)化數(shù)字化實驗教學(xué)，增強學(xué)生觀察能力、歸納總結(jié)問題能力以及動手操作能力。與此同時，教師在整合資源時需充分發(fā)揮數(shù)字化實驗優(yōu)勢作用和功能，并從以下方面著手：首先配備、完善硬件極其應(yīng)用軟件;實驗裝備是順利開展實驗重要條件，尤其數(shù)字化實驗無法脫離有效地實驗裝備。其中計算機數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)是數(shù)字化實驗常見系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括智能接口、開放式軟件系統(tǒng)、在線/離線系統(tǒng)等應(yīng)用軟件。多媒體實驗廣泛應(yīng)用PPT與Flash等軟件，傳感器實驗運用DataStudio數(shù)據(jù)處理軟件處理數(shù)據(jù)。同時數(shù)字化實驗廣泛應(yīng)用如COREL Chemlab等仿真實驗軟件。實驗硬件設(shè)備包括電子白板、溫度傳感器、電流傳感器、pH值傳感器、投影儀等各種實驗器材，上述軟硬件為數(shù)字化實驗不可缺少的基礎(chǔ)條件。其次完善各種實驗資料;一般實驗資料配備包括實驗資料光盤、教學(xué)案例、教學(xué)影片，或借助生物教材教案、學(xué)術(shù)期刊等教學(xué)輔助工具查詢與實驗有關(guān)的資料與數(shù)據(jù)，提高實驗教學(xué)效率。

四、實驗試劑儀器改進

生物學(xué)實驗需要相應(yīng)的儀器設(shè)備和試劑作為輔助，不同于其他學(xué)科，生物學(xué)科實驗運用的實驗材料都具有強大的生命力，正因如此在獲取和保存生物材料時不可避免會受到空間與時間等因素限制。與此同時，生物材料具有顯著的發(fā)展性、靈活性、多樣性、生命性等特征，一個高質(zhì)量和高水平的實驗材料在不斷改進、創(chuàng)新和探究中逐漸完善與發(fā)展，從某種意義層面而言，生物學(xué)實驗教學(xué)的生命力和吸引力極其旺盛，教師在教學(xué)過程中需創(chuàng)新實驗試劑和儀器，提高實驗教學(xué)效率。例如針對實驗試劑創(chuàng)新要求，生物實驗試劑種類極其豐富，具體操作過程中用量較小，然而試劑配制相對復(fù)雜，無形中加大實驗工作量，需要師生具有足夠的耐心。如果在實際中運用生物教材呈現(xiàn)實驗試劑濃度，并非會取得理想實驗效果，因而需要在實驗中結(jié)合實際情況配置試劑，經(jīng)多次反復(fù)操作調(diào)整實驗試劑濃度、用量、比例等，盡可能達到理想實驗效果。與此同時，針對實驗裝置創(chuàng)新也有相應(yīng)要求;實驗裝置是生物實驗不可缺少的組成，學(xué)生只有充分了解實裝置特征與操作才能提升實驗教學(xué)效果。雖然高中生物實驗裝置相對簡單，然而部分實驗裝置設(shè)計缺乏完善，無法直觀且有效地反應(yīng)實驗效果。對此，生物教學(xué)需基于原有實驗創(chuàng)新和改進裝置，要求創(chuàng)新和改進后的實驗裝置簡單且具有較強的可操作性，易于控制實驗條件，最重要能直觀呈現(xiàn)實驗現(xiàn)象。

以“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗為例，該實驗在裝置方面存在檢測手段缺乏嚴謹、難以控制條件以及實驗耗時長等缺陷，因而需從供氧條件和優(yōu)化酒精檢測等方式加以創(chuàng)新，使學(xué)生形成良好核心素養(yǎng)。首先在改進供氧條件方面;部分生物教師已改進實驗裝置，例如在密閉錐形瓶中開展實驗并觀察有色液滴的具體移動方向，雖然能體現(xiàn)氣體含量變化，然而卻無法直觀反映酒精產(chǎn)生情況，故而無法確定細胞呼吸方式，再加上在測量中較易受環(huán)境等非人為因素影響。對此，生物教師在通氣導(dǎo)管下端運用塑料管制作一個具有多個微孔的曝氣頭并以延伸狀態(tài)分布于整個培養(yǎng)液當(dāng)中，由此一來，各個地方酵母菌就能獲取足夠氧氣。在上述實驗裝置改進中參考人體肺部支氣管結(jié)構(gòu)，簡化實驗裝置的同時為優(yōu)化有氧條件提供方式，再結(jié)合空氣主要成分事實條件為形成無氧條件提供有力證據(jù)，解決實際問題的同時強化科學(xué)思維。其次優(yōu)化酒精檢測;生物教材中在該實驗中運用酸性重鉻酸鉀溶液檢測酒精成分，然而該溶液中的鉻離子屬于致癌性較強，為自然環(huán)境有著較大危害。再加上濃硫酸具有較強的腐蝕性，學(xué)生在運用時普遍產(chǎn)生畏懼心理，十分容易出現(xiàn)安全隱患。對此，教師可基于質(zhì)量分數(shù)為11%重鉻酸鉀水溶液與濃硫酸體積比為1：1可運用酒精檢測。該比例檢測酒精能有效降低酸性重鉻酸鉀用量，只需運用滴管滴3滴就可直接反映實驗現(xiàn)象，提高實驗效果的同時降低實驗危險性。

結(jié)束語

核心素養(yǎng)背景下的高中生物教學(xué)要關(guān)注學(xué)生的生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任素養(yǎng)培養(yǎng)，而上述教學(xué)目標實現(xiàn)與生物實驗有著密切的關(guān)聯(lián)。通過創(chuàng)新和改進實驗教學(xué)深化學(xué)生理解，激發(fā)學(xué)生探究興趣，提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

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