高中課堂實驗拓展 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維

摘 要：生物是一門實驗性的學(xué)科，教師要充分利用課堂實驗教學(xué)，在完成課標要求的基礎(chǔ)上對其進行創(chuàng)新和拓展.文章以“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實驗為例，在課前增加制作果酒的預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，在實驗教學(xué)中增加對高溫變性后酶活性的檢測，然后增加對酶的化學(xué)本質(zhì)的檢測，還有創(chuàng)新實驗教具——兩支注射器以軟膠管連接，將過氧化氫酶活性的定性檢測轉(zhuǎn)變?yōu)槎繖z測，分組比較多種抗氧化植物的過氧化氫酶活性.教師在有限的課堂教學(xué)中，聚焦實驗創(chuàng)新，幫助學(xué)生逐步建立起創(chuàng)新實驗，可以拓展其科學(xué)探究的深度和廣度.

關(guān)鍵詞：課堂實驗創(chuàng)新；自制實驗教具；定量檢測

中圖分類號：G632

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0333（2024）30-0140-03

收稿日期：2024-07-25

作者簡介：劉欣（1975.1—），女，河北省寧河人，博士，中學(xué)一級教師，從事高中生物教學(xué)研究；

王萌萌（1988.10—），女，河北省石家莊人，碩士，中學(xué)一級教師，從事高中生物教學(xué)研究.

《普通高中生物學(xué)課程標準》中提出“本課程高度關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的實踐經(jīng)歷……培養(yǎng)創(chuàng)新精神^［1］”.優(yōu)質(zhì)、高效的課堂教學(xué)是促進學(xué)生有效學(xué)習(xí)的基本前提條件，是素質(zhì)教育的重要保障.教師應(yīng)該充分利用有限的課堂教學(xué)時間，精心設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，不斷思考課堂實驗的創(chuàng)新思路，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神，為國家的創(chuàng)新人才培養(yǎng)奠定良好基礎(chǔ).

1 遵循認知規(guī)律，精簡設(shè)計教學(xué)流程

在課堂視域下，教師要關(guān)注大概念和重要概念，精簡組織教學(xué)內(nèi)容，保證實現(xiàn)課堂教學(xué)目標的同時，盡可能多地給予學(xué)生動腦動手探究的機會.通過從現(xiàn)象到本質(zhì)的認識，結(jié)合實驗探究、比較分析，構(gòu)建酶的概念，然后通過動畫揭示酶的催化作用的原因，聯(lián)系生活實際，設(shè)計新的探究實驗，將定性實驗轉(zhuǎn)化為定量實驗，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和探究能力，認識健康文明的生活方式.教師根據(jù)上述要求，設(shè)計教學(xué)流程如圖1所示.

2 生活經(jīng)驗+科學(xué)史+課前實踐，有效建立生命觀念

生命觀念是人們將自己觀察到的生命現(xiàn)象或規(guī)律等進行解釋從而形成抽象概念^［2］.為了有效建立生命觀念，盡可能利用學(xué)生觀察到的生命現(xiàn)象和規(guī)律，還需要追隨科學(xué)家的腳步，思考生物學(xué)概念的建立并逐漸完善的過程.

2.1 課前預(yù)習(xí)+生產(chǎn)實踐，學(xué)生參與樂趣多

在課前預(yù)習(xí)中，除了常規(guī)預(yù)習(xí)要求外，教師可以增加選擇性必修三中制作果酒的步驟.學(xué)生在家里制作葡萄酒，并帶來學(xué)校分享預(yù)習(xí)內(nèi)容，包括自釀果酒和照片記錄過程.

2.2 科學(xué)史+跨學(xué)科理論，科學(xué)分析記得牢

在課堂上，教師可以利用科學(xué)史展開教學(xué).教師展示圖片并介紹斯帕蘭札尼的實驗，施旺發(fā)現(xiàn)了胃蛋白酶.落實了消化過程和化學(xué)反應(yīng)的關(guān)系，但是學(xué)生仍然懷疑消化包含物理作用.

問題：細嚼慢咽有助于消化是對的嗎？學(xué)生從物理角度思考，細嚼慢咽使食物由大變小，而且可以與消化液混合均勻，得出“反應(yīng)速率和接觸面積相關(guān)”和“物理變化能改變化學(xué)反應(yīng)速率”的結(jié)論.

2.3 生活經(jīng)驗+總結(jié)方程，生命觀念建立快

教師提示：酶的概念可以從來源、生理作用、化學(xué)本質(zhì)三方面考慮.然后展示學(xué)生國慶釀酒圖片，根據(jù)學(xué)生的釀酒結(jié)果列出酒精發(fā)酵的化學(xué)反應(yīng)式：“果糖→酒精+CO₂”.學(xué)生了解這個化學(xué)方程式后，教師提問：葡萄罐頭也是葡萄加水，為什么不會變成葡萄酒？學(xué)生在二者間找差異，釀酒時用新鮮葡萄，上面附著酵母菌，葡萄罐頭是高溫滅菌后密封，沒有酵母菌.所以酵母菌合成酒精發(fā)酵的酶，催化酒精發(fā)酵的化學(xué)反應(yīng).

教師精心設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，在學(xué)生的生活經(jīng)驗中疊加科學(xué)史，再疊加課前實踐，使學(xué)生迅速建立生命觀念.

3 立足教材實驗科學(xué)合理拓展，讓科學(xué)思維進階

實驗是培養(yǎng)理性思維和探究能力的有效手段，具有先鋒引領(lǐng)作用^［3］.培養(yǎng)科學(xué)思維需要設(shè)計從低階向高階螺旋式上升的學(xué)習(xí)任務(wù)，逐步為學(xué)生科學(xué)思維進階搭建臺階^［4］.

教師介紹“比較H₂O₂在不同條件下的分解”的實驗方法，實驗設(shè)計如表1所示.

學(xué)生分組實驗，匯報實驗結(jié)果，并記錄其實驗結(jié)果.

教師介紹實驗設(shè)計的單一變量原則，2號和3號試管是否能比較？教師繼續(xù)介紹對照原則，讓學(xué)生分析空白對照的目的.

教師通過對教材經(jīng)典實驗進行簡單拓展，結(jié)合學(xué)生的認知特點，制定合理的探究任務(wù)和學(xué)習(xí)目標，逐步提升學(xué)生的探究、闡釋生物學(xué)現(xiàn)象及解決具體問題的能力.

4 利用有限課堂拓展實踐探究活動，無限創(chuàng)新

生物實驗是目前生物高考的重要組成部分，教師在教學(xué)中需要不斷加強生物實驗課程建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和探究能力^［5］.

4.1 拓展實驗，驗證酶的本質(zhì)

教師通過展示科學(xué)家薩姆納等人的研究成果，揭示酶的本質(zhì)，絕大部分是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA.教師提問：可以通過實驗證實酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)嗎？學(xué)生認為蛋白質(zhì)可以用雙縮脲試劑檢測，而且高溫可以使蛋白質(zhì)變性.

肝臟研磨液中的過氧化氫酶含量非常低，不適合用雙縮脲試劑檢測.教師介紹了新的實驗材料——多酶片，然后學(xué)生用雙縮脲試劑檢測多酶片研磨液，結(jié)果顯示比較清晰的淺紫色，證實了消化酶的化學(xué)本質(zhì).

教師提示“比較H₂O₂在不同條件下的分解”實驗中的第5支試管的實驗現(xiàn)象，與第4支試管比較，讓學(xué)生分析原因.

4.2 設(shè)計新定量裝置，學(xué)以致用重探究

教師以簡單圖示（圖2）介紹活性氧自由基的對細胞的危害，過多的活性氧自由基會引起多種疾病，如心臟病、帕金森病和腫瘤等，以及過氧化氫酶的作用.網(wǎng)上推薦一些抗氧化食品（也叫防衰老食品），如番茄、葡萄等.教師選擇了其中6種常見的食品，取研磨液分組檢測比較過氧化氫酶活性，師生討論，認為定量比定性檢測更容易比較檢測結(jié)果，因此一起設(shè)計了定量檢測實驗裝置如圖3所示.

實驗材料：新鮮的番茄、葡萄、紅薯、菠菜、土豆、大白菜，用榨汁機直接制成研磨液.

學(xué)生分組：學(xué)生2人一組，每4組測一種材料，重復(fù)性實驗減少誤差的產(chǎn)生，結(jié)果可信度更高.

實驗方法：（1）用10 mL注射器取H₂O₂溶液3 mL；用1 mL注射器取樣品液0.3 mL；

（2）兩個注射器用短膠管相連接，1 mL注射器吸打幾次，使兩種溶液混合均勻；

（3）1 mL注射器置于0刻度處，計時4分鐘，讀取10 mL注射器上的刻度增加的部分.

根據(jù)各組的實驗結(jié)果（如表2），學(xué)生認為紅薯過氧化氫酶活性最強的食物.教師進一步分析“想要獲得紅薯中的過氧化氫酶，需要選擇什么烹調(diào)方式？”學(xué)生思考了一下，選擇“生吃，酶不會高溫變性，但是會被消化道內(nèi)的蛋白酶水解，所以什么方法也沒有用”.教師解釋：這些食品含有豐富的維生素C、胡蘿卜素、花青素等抗氧化物質(zhì)，可以幫助我們消除過度氧化，維護機體健康，增強免疫力，預(yù)防疾病.

探究生活中的問題，設(shè)計了新的定量檢測裝置，在教學(xué)過程中強調(diào)學(xué)生的主動參與，增加學(xué)生動手和動腦的活動，促進生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成.

5 結(jié)束語

學(xué)生只有親自深度經(jīng)歷科學(xué)探究的磨煉，才能實現(xiàn)概念的自主建構(gòu)和思維的深度發(fā)展^［6］.基礎(chǔ)教育的人才培養(yǎng)，就要以創(chuàng)新為第一動力^［7］，將生活中的問題設(shè)計成多樣化、趣味化、規(guī)范化的課堂活動，智匯創(chuàng)新，致力于培養(yǎng)科技拔尖創(chuàng)新人才.

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部. 普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020（5）：2-5.

［2］ 張傳華.高中生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生生命觀念的策略探究［J］. 華夏教師， 2022（27）：22-24.

［3］ 趙夢丹.“5E”教學(xué)模式在高中生物學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用：以“探究pH對過氧化氫酶的影響”為例［J］. 基礎(chǔ)教育論壇（上旬刊），2022（12）：10-12.

［4］ 李清梅.基于科學(xué)思維進階培養(yǎng)的高中生物學(xué)系列拓展實驗：以酶相關(guān)實驗為例［J］.中學(xué)生物教學(xué)，2022（1）：55-57.

［5］ 徐建新. 新高考視域下提高高中物理實驗教學(xué)的策略探究［J］.學(xué)周刊，2023（17）：40-42.

［6］ 孫濤.“探究 pH 對過氧化氫酶活性影響”的實驗設(shè)計與實踐［J］. 生物學(xué)教學(xué)，2022，12（47）：59-60.

［7］ 公維余，于戈. 教育科技人才“三位一體”戰(zhàn)略布局下推進綜合實踐活動課程建設(shè)和創(chuàng)新人才培養(yǎng)［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2023（8）：47-52.

［責(zé)任編輯：季春陽］