運用創造學原理在生物實驗中培養學生創新思維

張 斌

江蘇省南京田家炳高級中學 江蘇南京 210037

運用創造學原理在生物實驗中培養學生創新思維

張 斌

江蘇省南京田家炳高級中學 江蘇南京 210037

普通高中《生物課程標準》指出：提高每個高中生的生物科學素養是課程標準實施中的核心任務,創新思維是科學素養的一個重要組成方面,它具有思維的流暢性、靈活性、變通性、周密性、獨特性、批判性、綜合性等特點。而實驗教學是培養創新思維的一個有效途徑,包括實驗方案的設計、實驗器材、材料和試劑的選擇、實驗數據的處理等各方面的創新。筆者在實驗教學中,運用創造學原理,培養創新思維做初步的探討。

一、運用等效轉換法,選擇實驗材料,培養思維的靈活性

所謂等效轉換法,就是在保證最終效果相同的情況下,運用較為簡便的事件將原事件替換的方法去考慮問題或進行創造的原理。

生物實驗中實驗材料的選擇對實驗成敗起著舉足輕重的作用。課程標準實驗教科書對實驗材料的選擇采取了較靈活的原則,并不指定實驗材料,而是只提出選材建議。這為生物實驗中實驗材料的選擇提供了廣泛的空間。

在教學中,教師應避免選擇最理想的材料,提供給學生進行實驗,因為這樣的實驗雖然效果較好,但是限制了學生思維的發散。教會學生選擇實驗材料,可以培養學生實驗能力和創新思維。

可以通過以下步驟引導學生進行實驗材料的選擇：一、根據科學家的經典科學實驗,如孟德爾的豌豆雜交實驗、肺炎雙球菌轉化實驗、噬菌體侵染細菌實驗、恩格爾曼用水綿進行的光合作用實驗等,引導學生分析體會選擇實驗材料的原則：服務實驗目的、取材方便、操作簡單、效果明顯；二、具體實驗中,依據創造學原理,引導學生遵循實驗材料的選擇原則,自主地選擇實驗材料,只要可行就給予肯定。

如“綠葉中色素的提取和分離”實驗。依據實驗原理,學生用多種植物的葉片做實驗材料,發現除菠菜外,青菜、大蒜、芹菜、萵苣等植物的葉片,都能較好地分離出色素來。還有學生對用CaCO3保護色素提出質疑,認為CaCO3溶解性差,提出用Na2CO3代替。教師鼓勵學生查找資料,分析CaCO3保護色素的原理：葉片研磨過程中流出的液體呈酸性,使葉綠素中的鎂被取代而受破壞,CaCO3可以中和細胞液的酸性從而起到保護色素的作用。因而得出結論,可以用Na2CO3代替。在實驗中提供Na2CO3和CaCO3供學生選擇,取得同樣的效果。

再如“觀察DNA和RNA在細胞中的分布”實驗。教材安排是用人的口腔上皮細胞。這種取材方式存在著取材過程不衛生,由于漱口不徹底而導致雜質多的情況。我們在教學中鼓勵學生選取植物材料,學生通過分析比較,選取了白色洋蔥鱗片葉表皮細胞,這種取材方式過程簡單,細胞色淺,不影響染色效果,經過制片染色,可以清晰觀察到細胞中DNA和RNA的分布。

運用等效轉換法以教材外的材料,進行材料轉換,順利完成實驗,學生在實驗中學會了選擇實驗材料,增強了實驗的興趣,培養了思維的靈活性。

二、運用缺點列舉法,改進實驗儀器,培養思維的批判性

所謂缺點列舉法,就是挑剔某一事物的缺點和不足,展開聯想,進一步找到改進的方法。

教材中的生物實驗,多數已為學生提供了完備的實驗儀器,長期以來,教師和學生都已習慣了這種便利,用最少的精力完成規定的實驗,禁錮了學生的思維。教學中,應鼓勵學生對現有的知識經驗提出質疑,利用缺點列舉法,質疑教材中的實驗缺陷,培養學生的創新思維。

如“綠葉中色素的提取和分離”實驗。要求用毛細吸管畫濾液細線。學生在實驗中發現用毛細吸管畫濾液細線,存在以下缺點：毛細吸管粗細不一,細的易斷,粗的不易把濾液線畫細；毛細吸管中的濾液流速不穩,劃的線斷斷續續；毛細吸管尖端易劃傷濾紙。如何改進呢？有的學生想到用硬筆尖來畫細線,效果較好。得到教師肯定后,其他同學受到啟發,用雙面刀片蘸取濾液劃線或用細棉線彈出濾液細線,同樣收到好的效果。

通過缺點列舉法,使學生懂得了選用簡便、高效儀器的道理,也使學生敢于質疑教材,培養了學生的批判性思維。

三、運用橫向思考法,設計實驗方法,培養思維的變通性

橫向思考法又稱水平思考法,即通過轉換思維角度和方向來重建新概念的思考方法。它是指在研究問題時,對一種基本觀點或方法已經了解后,繼續探求在它之外還有沒有好的觀點或方法的過程。

科學實驗的方法多種多樣,生物實驗中,在學生弄清了實驗原理和方法后,既可按教材中步驟方法進行實驗,在實驗中更應該鼓勵學生,運用橫向思考法,在不違背操作規程前提下標新立異、獨立思考,重新設計實驗方法。

比如“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”實驗。往往由于實驗時間的關系而影響實驗效果,按教材中的實驗步驟,會出現染色時外濃內淡的現象。如何克服這一缺點呢？學生們將染色的步驟簡化：在載玻片上滴一滴0.01g/ml的龍膽紫,將解離和漂洗后的根尖直接放在載玻片的龍膽紫中進行壓片,制備成臨時裝片,只要注意龍膽紫的用量,根尖的染色就均勻了也節約了染色的時間。

再如“探究植物細胞的吸水和失水”實驗。教材建議選擇紫色的洋蔥鱗片葉,是由于液泡呈紫色便于觀察。有些學生選擇了白色洋蔥鱗片葉制作臨時裝片,用加入少量紅墨水的蔗糖溶液滴加在蓋玻片一側,在另一側用吸水紙吸引,觀察到質壁分離的細胞,液泡無色,但細胞壁與原生質層之間呈淡紅色。在完成實驗的同時,由于紅墨水沒有進入原生質層,更好地說明了生物膜的選擇通透性。

通過橫向思考法,選擇不同常規的實驗方法,取得意想不到又在情理之中的結果,培養了學生的思維變通性。

四、運用逆向思考法,分析實驗現象,培養思維的周密性

逆向思考法又稱“反向求索”。就是在一個事情的反面或者另一個角度來思考,是從相反的思維方向去分析、探索,從而解決問題的創造原理。

實驗中,經過完整的實驗操作,呈現出實驗現象后,教師應引導學生分析實驗現象,得出實驗結論。當實驗現象與實驗預期不一致時,教師可以讓學生運用逆向思考法,從與實驗預期相反的方向去思考分析,從而探索原因,以培養學生的創新思維。

如“探究影響酶活性的條件”實驗。在探討溫度或PH對淀粉酶活性的影響時,檢驗實驗結果的試劑有碘液和斐林試劑,學生在實驗時可以自主選擇。他們有的用碘液檢測反應底物淀粉,有的用斐林試劑檢測反應產物還原糖,觀察到的現象有的與預期一致,有的卻與預期相左。此時教師引導學生從自己的實驗現象反向思考,到底是什么因素導致結果出現差異？經過討論與查找資料發現：斐林試劑與還原糖反應需水浴加熱,而水浴加熱會影響實驗設定的溫度條件,因此不適于在“溫度影響酶活性”的實驗中用斐林試劑檢驗產物中的還原糖,而應該用碘液檢驗底物淀粉；碘液中的I2在水中形成的HI和HIO會與NaOH反應生成NaI和NaIO,影響碘與淀粉形成藍紫色絡合物。所以在“PH影響淀粉酶活性”實驗中應用斐林試劑檢驗產物還原糖,不應用碘液檢驗底物淀粉。

運用逆向思考的方法,從意外的實驗現象出發,分析實驗原理、方法步驟,完善實驗,培養了思維的周密性。

五、運用起點還原法,遷移實驗原理,培養思維的綜合性

所謂起點還原法,是先想到某一原理或現象所提示的本質問題,即找到問題的起點,然后從這一起點出發進行創造性思維的方法。

實驗原理,是進行實驗的理論依據,運用起點還原法,遷移運用實驗原理是培養創造能力的良好時機。從實驗原理中找到知識的本質,進而以此為起點,可以設計出一系列實驗,在此過程中,創造性思維得到充分發揮。

如“探究植物細胞的吸水和失水”實驗。實驗完成后,教師再提出問題,利用此實驗的原理,還能進行其他的探究實驗嗎？學生積極思考,熱烈討論,提出利用這一實驗原理“鑒定不同植物細胞液的濃度”“鑒定不同蔗糖溶液濃度的高低”“鑒別蔗糖溶液與硝酸鉀溶液”等。課后學生根據興趣,自己選擇探究實驗,設計方案,進行實驗。某一小組在“鑒定洋蔥表皮細胞液濃度”,實驗中,學生制備了一組低于30%的一定濃度梯度的蔗糖溶液,分別用來進行質壁分離實驗,濃度過高,質壁分離速度快,不易觀察變化過程,且不易復原,濃度越接近細胞液濃度,質壁分離速度越緩慢,現象越不明顯,通過這樣的實驗設計,學生對滲透作用的原理更加理解,并將實驗原理進行了遷移和運用。

可見,在實驗教學中,打破傳統的按照實驗指導照方抓藥,固定和刻板的模式,充分挖掘實驗中開放性的因素,運用創造學原理,可以培養學生的個性,有效地培養學生的創新思維能力。

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標準[S].北京：人民教育出版社,2003

[2] 李嘉曾.創造性思維[M].江蘇：江蘇教育出版社,2002

[3] 胡繼飛,鄭曉蕙.生物學教育心理學[M].廣東：廣東高等教育出版社,2002

[4] 唐加富.談生物學實驗中生物材料的選擇[J].生物學教學,2009,9

[5] 肖兵.探究實驗的彈性預設與動態生成[J].生物學教學,2009,11

張斌，碩士，中教高級。