英國生物實驗教學對我國高中生物創新實驗開發和研究的啟發

摘要 結合筆者對英國高中生物實驗教學中的一些實例，從改進實驗材料、變換實驗形式和融合學科內知識等方面，探討對高中生物實驗的改進和創新，從而進一步培養學生的創新精神和操作能力，同時增強學生環保意識和社會責任能力。

關鍵詞 英國生物實驗 實驗改進 實驗創新

中圖分類號G633.91 文獻標識碼B

2009年底，筆者參加了由江蘇省教育廳和蘇曼教育國際發展中心共同組織的中學生物骨干教師赴英培訓活動。培訓期間，教師們不僅對英國的歷史文化、教育教學發展和中學生物課堂教學有了更真實、更深刻的認識和理解，并有機會親身參與、體驗了一系列中學生物實驗。生物學是以實驗為基礎的自然科學，生物學實驗教學不僅是驗證生物理論知識的手段，還是激發學生探索興趣，培養學生的觀察、操作能力，啟迪創新意識，提高創新能力的重要途徑。筆者在參與體驗中體會到英國的生物實驗教學在實驗設計、材料用具、方法過程、成果展示等方面有很多優點值得我國生物教師學習和借鑒。下面將在客觀分析英國的一些中學生物學實驗的基礎上，借鑒英國生物實驗教學的一些優點和成功經驗，談談其對我國高中生物創新實驗的開發和研究的幾點啟發。

1 寓教于樂，增強實驗趣味性

“興趣”是最好的老師，是學生產生創新意識和展開創新思維最原始、最直接、最強勁的動力。在這種動力的驅使下，學生的學習與實踐的自主性和積極性才能都被充分地激發出來。興趣能夠讓學生廢寢忘食，濃厚的興趣可以誘發學生無窮無盡的探索欲望和創新動力。英國中學生物學教材實驗部分的編寫與我國現行教材的編寫相比，不但實驗數量多，探究性強，而且趣味性也很強。通過比較研究，可以發現有些生物實驗就像是趣味性極強的游戲。談到游戲，很多人會以為游戲就是玩樂。但不可否認的是，多數學生做起游戲來總是樂此不疲，而一到上課時就無精打彩，即便是操作性很強、很生活化的生物實驗，學生們動手參與的欲望也不強烈。能否把趣味性引入生物實驗教學中，寓教于樂，使學生在玩樂中掌握生物學知識呢?英國生物實驗教學在這方面做了有益的嘗試并取得了一定的成績。

例如，在說明“減數分裂形成的不同配子遺傳物質組成具有多樣性，加上受精過程中卵細胞和精子結合的隨機性，同一雙親的后代必然呈現多樣性”這一結論時，設計了一個非常有趣的“折老鼠”模擬實驗。實驗一共研究了4對相對性狀：Nose(Sharp／Blunt)、Ears(Up／down)、Whiskers(Yes／No)、Blotches or Spots，并分別提供了四種不同的卵細胞和四種不同的精子，實際上它們是四套略有差異的卵細胞(Egg1、Egg2、Egg3、Egg4)折紙步驟和四套略有差異的精子(spermA、Sperm B、Sperm C、Sperm D)折紙步驟，但是每套材料中的“折老鼠”步驟都是不連貫的、間斷的。只有將一套卵細胞材料和一套精子材料放到一起，才能獲取完整、連續的步驟，折出一只具有特定l生狀表現的老鼠(部分結果如圖1所示)。一節很抽象、枯燥的遺傳學課，立刻變得生趣盎然、其樂無窮。不知不覺中，學生就在一節有趣的折紙課中，完成了相關知識的學習。

再如，在“估測馬鈴薯細胞液濃度”的實驗中，實驗原理和實驗步驟和國內生物實驗中的基本相同：用濃度為1.0 M、0.75 M、0.5 M、0.25 M的蔗糖溶液和蒸餾水分別設置5組實驗，切取等長的5組馬鈴薯條測量初始長度后，分別放入5組實驗溶液中，一段時間后再測量馬鈴薯條的長度。但是進行實驗結果記錄、分析時，教師首先要求大家用表格、曲線圖和文字進行，這是一種傳統的、柘燥無趣的分析方法。但是接著教師又提供了白紙、彩紙、不同顏色的水筆、剪刀、膠水等，請學生將這個實驗的原理、過程、結果等用畫報的形式展示出來，這種做法一下子就引起了學生的興趣，課堂氣氛立刻活躍起來。大家都在絞盡腦汁地思考，寫的寫、畫的畫、剪的剪，力圖將自己最好、最成功的一面展示給其他人。

這些為了一定教學目的而設計的趣味性實驗構思獨特，設計巧妙，寓知識于玩樂中，使學生在課堂上邊玩邊學，在玩樂中理解科學原理、學習科學方法、啟迪自身思維。同時，趣味性實驗簡單、直觀，可以讓學生人人動手參與，使他們在和諧快樂的課堂氣氛中不再覺得學習是一種負擔，而是一種樂趣，從而提高了生物實驗教學的效率。我國的高中生物實驗也應努力增強趣味性，從而吸引學生的興趣，增強實驗的有效性。

2 經濟環保，充分利用現有資源

英國作為一個發達的資本主義國家，對于教育的投入豐厚到位，教育資源豐富實用。在義務教育期間，每年國家都會給每位學生2000～3000英鎊的教育撥款，學校也可以申請各種所需款項以改善教學條件。但是在英國的每一所學校中，校舍設計、環境布置、硬件配備等等，都是從經濟、環保、實用的角度出發，不浪費、不夸張、不花哨。當然，在生物學實驗教學中，經濟、環保也是一以貫之的重要原則。

例如，在學校的生物學科實驗室里，學生利用墻邊、窗臺的空閑位置，自己培植了生物實驗中常用的一些植物(如天竺葵、蘭花、小球藻等)。這樣不僅可以讓學生直接觀察到植物的生長過程，而且可以就地取材、研究植物生理，更能幫助學生學以致用、鍛煉動手能力。一些學校還專門開辟了小小的生物園，養起了雞、豬、羊等等，成為生物學實驗教學的重要基地。

再如，在利用培養皿進行某些生物材料培養時，需要將培養皿豎立培養，這時廢棄的飲料瓶或者餐盒就有了用武之地。按照培養皿的尺寸，用刀子在飲料瓶或者餐盒上切割出相應大小的空隙，就可以做出非常實用的培養皿支架(圖2)，真正地實現了廢物利用，變廢為寶，而且還可以多次使用，經濟環保。

在我國的生物課程標準中，倡導探究性學習，注重與現實生活的聯系。因此，為了提高學生的實踐能力和創新能力，中學生物新課程設置了“探究性學習”、“調查”、“技能訓練”等欄目，形式豐富多樣，內容生動活潑。這些對于激發學生學習興趣、培養動手能力、提高科學素養、發掘創造潛能無疑是非常有好處的。但是面對大量增加的實驗內容，學校實驗室的材料用具、資金支撐等就面臨著諸多困難。就中學生物實驗而言，必須改進那些浪費嚴重、消耗量大、排污量大的實驗，在保證實驗效果的前提下，充分利用現有資源，研究和創新實驗，用易得價廉、可循環利用的材料用具進行替代；用簡便快捷的方法驗證深刻的道理，減小勞動強度，提高效率，為學生的創新實驗和探究活動騰出時間和空間。

例如，在“生長素的發現”探究性實驗中，達爾文、溫特選用的金絲雀虉草、燕麥等實驗材料在本地都很難找到，所以可以引導學生將方便獲得的玉米、大豆、小麥等種子萌發成幼苗，從不同角度觀察、對比、分析、驗證，篩選出玉米幼苗做實驗材料，不僅實驗效果好，可操作性強，而且在探究、發現新材料的過程中，能夠培養學生的創新精神。

3 創新求實，提升學生的全面素質

創新是教育的核心，教育培養的人才不僅要有全面的知識結構，更要有創新的活力，以適應知識經濟的發展，承擔知識創新的重任。培養學生的創新能力，必須要培養學生的問題意識和求實精神。英國的一個教學時為1 h，大部分時間由學生自己動手，設計、操作、展示、說明自己的實驗，因此學生能夠充分地發現問題、提出問題，并利用已有的知識和學校豐富的器材設備設計、進行創新性的實驗，從而認真求實地研究問題、解決問題。

例如，在進行光合作用相關知識的學習時，傳統的光合作用相關實驗存在著以下一些問題。

(1)學生學習動力的問題。很多學生可能“以前已經做過”或者覺得所用的實驗植物比較乏味。

(2)獲得數據時可能出現的問題。獲得可靠的數據去表現光合作用反應速度的改變比較困難，伊樂藻產生氣泡的實驗結果是極度不可靠的(直觀的實驗現象是一種定性的描述，具有模糊性，終究不如定量的數據來得有說服力)。

為此，英國生物實驗中提供了一個創新性的實驗課題“光合作用——使用固定化海藻球(Photosynthesis——using algae wrapped in jeuy balls)”，其實驗過程簡述如下：

步驟一：制備固定化海藻球(圖3)。

步驟二：利用海藻球研究光照強度對光合速率的影響：

①將固定化海藻球放入重碳酸鹽指示劑中。

②將固定化海藻球放置于不同的光照強度下(圖4)，放置一段時間(大約1～2h)，直到瓶中出現明顯的顏色變化為止。

③測量顏色的改變：方法一，使用色度計測量光吸收量；方法二，和一系列事先準備好的緩沖劑顏色作對比。

這個關于光合作用的實驗是對傳統實驗原理、實驗材料、實驗方法的全面創新，例如，固定化海藻球這一全新的實驗主體具有很多優點——價格低廉、容易培養，很短時間內就可以獲得成百上千的實驗材料；容易獲得標準數量的植物材料；結合了固定化細胞技術，使海藻在光照潮濕的環境下可以保持幾周的活力，用于以后的實驗等。

又如，測量氧氣的產生或者二氧化碳的消耗可以確定反應速度，是讓人信服的定量研究結果。

在我國的中學生物實驗教學中，教師也應該鼓勵學生提出自己的看法，充分利用各種器材設備和技術手段來大膽地進行實驗創新。通過這樣的實驗，不僅能夠激發學生的創新意識，而且能夠培養學生專注于事實、忠實于數據的求實精神，從而提升學生的生物科學素養。

寓教于樂的教學方式，經濟環保的行事原則，創新求實的治學理念，培養和造就了英國學生的個性和天賦，使他們擁有了廣闊的思考和想象空間、擁有了無盡的探索和創新動力，也使英國這個只有6000萬人口的國家卻誕生了100名諾貝爾獎獲得者……這一切都值得我們借鑒和深思。生物教師要以積極向上、求真務實的態度在高中生物實驗教學中善于學習，勤于探索，敢于創新，讓學生切身感知到不能迷信書本，不能死學知識，應該勇于探索創新，勇于改革進取，成為具有創新能力的高素質人才，以適應迅速發展、競爭激烈、多元變化的現代社會。

參考文獻：

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