例談如何上好高中生物探究實驗課

潘勇

摘要本文以“探究酶的作用條件”一節課的設計與實施為例，從教學目標的制訂、實驗方法的開發、實驗設備的選擇以及合作學習的組織四個方面闡述了筆者對如何上好高中生物探究實驗課的基本觀點。

關鍵詞探究實驗課高中生物

中圖分類號：G633.91文獻標識碼：A

在我國的基礎教育課程改革中，一個十分突出的特點就是提倡探究式學習。包括生物學科在內的許多學科的課程標準都明確提出了“倡導探究性學習” 的基本理念，力圖促進學生學習方式的轉變，引導學生主動參與、樂于探究、勤于動手和動腦，感受科學知識形成的過程，培養分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力等，從而培養學生的創新精神和實踐能力。

為了落實上述理念，生物教師一方面要在平時的教學中隨時創造機會，引導學生進行探究學習；另一方面，要重視探究實驗課的開展，因為它為學生提供了難得的既動腦思考又動手操作的機會，具有不可替代的價值。然而在實踐中，由于學生層次、班級容量、教學時間、實驗條件、教師能力等諸多因素的限制，高中生物探究實驗課的開展情況還不夠理想。那么，如何才能更好地開展生物探究實驗課呢？我想以“探究酶的作用條件”這節課的設計為例，談談自己的想法。

1 善于取舍，著力于核心教學目標的實現

由于課堂探究的時間非常有限，而一項探究活動的任何一個環節如果充分展開的話，都需要很多時間。所以，教師必須對探究活動的內容和方式加以取舍。這里的難點主要是舍什么。我們往往感覺每個部分都有價值，舍棄哪個都不好。然而，在“魚與熊掌不可兼得”的情況下，只能是“舍魚而取熊掌”。那么，在探究實驗課中，什么是“魚”，什么是“熊掌”呢？我認為這是由一節課的核心教學目標而定的。我們在某節課舍棄了某個部分并不是因為它不重要，只是因為它對于實現我們所預設的核心教學目標而言不是重點。

以“探究酶的作用條件”這節課為例，我們可以看到許多不盡相同的教學設計。在這些設計中，探究活動的內容、開放程度、材料用具等都有所不同，這是因為它們都有各自的教學背景和核心目標，很難說哪個設計是最完美的，是能夠適用于所有層次學生的。因此，我們還是要根據自己所教學生的情況、此前的上課情況、本學期探究實驗課的總體計劃、現有的實驗條件等等來確定這節課的核心目標，進而對探究活動的內容和形式做出選擇。

通過分析，我將本節課的核心目標定位在以下兩點：第一，讓學生親自獲得酶的活性受溫度和酸堿度影響的實驗證據，通過定量的探究實驗認識不同條件下酶活性的變化情況。第二，讓學生在探究實驗活動中，學會確認和控制自變量，觀察和檢測因變量的變化。

根據上述核心教學目標，我對這節課的探究活動做出了以下取舍。第一，在提出問題的環節，放棄了讓學生根據生產、生活中的現象提出問題，而采用了先回顧上節課的實驗現象和結論，進而追問“酶總是比無機催化劑的催化效率高嗎？酶的催化效率會改變嗎？你有什么判斷依據嗎？”這樣一來可以迅速引出本節課的探究問題，同時也體現了科學探究是一個不斷深入的過程。第二，在設計實驗的環節，突出了材料的選擇、自變量的確認和操縱方法、因變量的確認和檢測方法三個核心問題，而淡化了實驗步驟中細節的設計。這樣更有利于突出重點，實現本節課“學會確認和控制自變量、觀察和檢測因變量的變化”這一核心目標。第三，在實驗操作的環節，采用了每個小組都只做一種溫度條件和一種pH條件的探究實驗，最后將各組的數據匯總分析，得出結論。這樣既節省了時間，又使每位同學都親自參與了“探究溫度對酶活性的影響的”和“探究pH對酶活性的影響”這兩個實驗，并可以體會到自己所承擔的任務對整個班級的探究活動具有重要的價值。

第四，在數據處理環節，放棄了讓學生描點、繪圖的方式，采用了借助Excel軟件來進行數據處理的方式，節省了很多時間。第五，在得出結論環節，采用了師生對話，共同確定結論，最后由教師總結呈現的方式，使學生經過本節課的學習之后，頭腦中能夠留下科學、準確的結論。

以上取舍和調整為實現預設的核心教學目標提供了時間上的保障。雖然壓縮和放棄了一些活動，但是學生集中精力完成了實驗思路的設計和實驗操作，親自獲得了酶的活性受溫度和酸堿度影響的實驗證據，并且認識了不同條件下酶活性的變化規律。課后，學生反映對于本節課的探究活動及結論的印象非常深刻，這從一個側面反映出這節課已經較好地實現了核心教學目標。

2 在親自操作的基礎上對實驗進行深入的開發

上探究實驗課之前，教師務必要親自操作，只有這樣，才能對每個環節所需要的時間、容易出現的問題以及可能采取的改進措施有具體而深入的了解。

例如，“探究酶的作用條件”這個活動，在教材中是沒有具體實驗步驟的，也沒有規定是采用定性實驗還是定量實驗。根據我校的實驗條件，我決定讓學生做定量實驗。其中，“探究pH對過氧化氫酶活性的影響”是借助氧氣傳感器實現定量測量的，而“探究溫度對淀粉酶活性的影響”則是采用定時取樣檢測的方法來確定完成反應所需的時間，進而計算出反應速率，進行定量分析的。為了能在有限的時間內順利完成這兩個實驗，我事先進行了多次嘗試，在嘗試過程發現并解決了許多問題。例如，“探究pH對過氧化氫酶活性的影響”這一實驗看似簡單，似乎只要用上氧氣傳感器，實驗就能順利完成。但實際情況是，在沒有確定出適當的反應時間、容器體積、過氧化氫溶液和肝臟研磨液的濃度及用量的情況下，在同一pH值條件下進行實驗，測得的數據卻總是不同，而且偏差很大。這樣一來，就無法定量比較不同pH值條件下的反應速率了。后來經過反復實驗，確定了適當的實驗參數，才解決了這個問題。再如，“探究溫度對淀粉酶活性的影響”這個實驗，對于如何檢測因變量，我最初的設計是：反應進行一定時間后，分別加入碘液，觀察和比較顏色的深度，進而比較出不同溫度下反應速率的差異。但實驗表明，這是無法實現的。在許多溫度條件下，試管中出現的顏色很不穩定。有時，滴加一滴碘液后出現藍色（或紫色），震蕩一下又消失了，根本無法進行比較。在反復嘗試仍然沒有結果的情況下，我突然想到可以采用定時取樣檢測的方法，并最終獲得了成功。以上這些經歷使我深刻地感受到，要開發實驗，必須親自動手，單純靠想象和書本知識是難以實現的。

3 充分發揮先進的實驗教學設備的作用

盡管探究活動不要求必須具有特別先進的設備，但是如果學校已經配備了一些先進的設備，我們教師就要充分發揮它們的作用。

比如在本節課中，使用了恒溫水浴鍋、數字化傳感器、計算機、智能板等先進的實驗教學設備，它們對于順利完成本節課的教學任務發揮了極為重要的作用。例如，恒溫水浴鍋為控制不同的溫度條件提供了便利，數字化傳感器為因變量的檢測創造了條件，計算機、Excel軟件、智能板的綜合應用對于高效地完成數據處理，得出實驗結論起到了非常好的作用。

另外，一些先進的實驗設備使我們可以組織更多的定量實驗，例如數字化實驗室中的傳感器等設備。在中學生物實驗中，定量實驗所占的比例很小，原因之一就是傳統實驗室缺乏定量研究設備。隨著社會的發展和技術的進步，數字化實驗設備已經逐漸走進了中學校園，為開展定量研究創造了有利的條件。我們可以用各種傳感器來測量多種理化指標和生理指標，從而定量研究變量之間的關系。如：我們可以定量研究不同光照強度下某種植物的光合作用速率，測量某植物的光飽和點和補償點，定量比較不同的植物在特定光照強度下光合作用速率的差異等。我們還可以定量研究不同溫度、濕度或光照條件對某種植物蒸騰作用的影響等。如果我們能夠充分利用數字化實驗設備有利于開展定量研究的特點，開發出一系列能夠反映生物學理科特性的實驗，那么勢必會提高生物探究實驗課的層次。

4 合理地組織合作學習

合作學習是指學生在小組或團隊中為了完成共同的目標與任務，有明確責任分工的互助性學習。在開展探究實驗課的時候，我們通常都會組織學生開展合作學習。其原因主要有兩個方面：一方面，培養學生的合作意識和合作能力本身就是我們的教學目標之一；另一方面，探究活動的復雜性、時間的有限性和學生能力的有限性都造成學生很難獨自一人完成探究實驗。

我在“探究酶的作用條件”這節課中所組織的探究活動都是以分工合作的方式完成的。一方面，實驗的設計和實施是以小組為單位，由幾名學生合作完成的；另一方面，整體探究任務又是在各組實驗的基礎上合作完成的。正是因為組織了合作學習，才使學生能夠在一節課中完成“溫度對酶活性的影響”和“pH對酶活性的影響”兩個定量探究實驗，足以說明合作學習的方式在探究實驗課中的重要性。

教師在安排合作學習時，要注意遵循“組內異質，組間同質”的原則，否則，容易出現因組間分工不同而造成學生的學習機會不均等以及學生不能真正全面參與探究過程的問題。小組內的分工一般不會造成上述問題。因為在小組內，學生盡管有分工，但是他們的交流是非常充分的，他們一起研究、一起操作，對于別人說了什么、做了什么，出現了什么結果都十分了解。在組間情況就不同了。各組間是相對獨立的，組間的交流是不充分的，學生在完成自己所承擔的任務時，不可能像在組內那樣隨時了解到其他人在做什么。即使教師最后組織全班范圍的交流，讓各組介紹自己的探究過程和結果，聽的學生也很難產生共鳴，因為他沒有真正參與其中。所以，只有不同組進行的探究活動是同質的，在進行全班交流的時候，學生才會非常關注別人的探究結果，并將自己得到的結果與別人的結果綜合在一起來考慮問題。

因此，在“探究酶的作用條件”這節課中，盡管時間很緊，我也沒有安排一半學生做“探究pH對酶活性的影響”實驗，另一半人做“探究溫度對酶活性的影響”實驗，而是要求每個小組都做一種溫度條件和一種pH條件的探究實驗，最后再將各組的數據匯總分析，得出結論。這樣，每位同學都親自參與了這兩個實驗，并體會到自己所承擔的任務對整其他專業課程的銜接與聯系，相互配合、相互補充，提升了實驗課程的教學水平和教學質量，對保證學生的實驗質量和實踐教學的效果起到了良好的作用

在實驗教學內容方面，首先對實驗內容進行了優選，對原來無機化學實驗內容進行了較大幅度的改革，取消了過去單純性課堂內容的實驗以及與其它課程實驗有重復的實驗內容，提高了實驗教學的起點，加強了基本操作訓練，增加了綜合性實驗的內容。通過對實驗的調整改革，既節約了實驗課程的學時數，又循序漸進地培養了學生獨立思考，分析問題，解決問題的能力，使實驗內容和理論知識更加系統化。

在實驗原理及實驗方法中，采用由寬到窄檢查學生的實驗預習報告、觀察學生的實驗操作過程、結合評定學生實驗數的方式介紹某一個知識點及其有關方面；實驗方法上也從一般通用方法到具體實驗方法，如果實驗方法有多種選擇，則將幾種主要的實驗方法做分析、比較式地介紹。實驗中，堅持一人一組，獨立完成每一個實驗的教學原則。通過嚴格規范的基本操作訓練，使學生掌握基本的實驗技能。實驗數據當堂提交指導教師，征得同意后方可離開，并采用實驗數據教師與學生一式二份的方式，保證實驗數據的可靠性。

3 化學實驗教學網絡環境在實驗教學中的作用

我校非常注重在網絡教學環境方面的投資，擁有十分完善的校園網和良好的上機環境，有專門維護校園網站的部門。校圖書館專門建立了電子閱覽室，供學生課余上機學習之用，并且于2005年在校園網開放了網絡教學平臺，實現了教師和學生在課間、課后學習知識的實時互動。為使該網絡平臺發揮最大的功效，目前網絡寬帶已進入我校各個學生宿舍，學生可以在學校任何地方都能上網進行學習。網絡教學資源建設初具規模，并能經常更新；運行機制良好。基礎化學實驗課程教學已建立了教學網絡，教學內容均已上校園網。通過網絡教學平臺，教師可控制和調節實驗部分的內容。

4 綜合實驗改革的設想

開設基礎實驗，目的是訓練基本實驗技能，要求的是遵守和服從，這的確是訓練基本操作的經典好方法。以前所開設的基礎化學實驗，包括所謂的綜合性實驗，都是分別取自于基礎化學一門課程中的知識點，只是將基礎化學課程中的各種知識點和各種實驗基本操作在綜合實驗中加以綜合應用，幾乎處于同一個層次。這對于興趣多變的年輕學生來說可能就沒有足夠的吸引力。綜合性、設計性實驗是一種能夠培養學生綜合應用知識和創新能力的很好方法和途徑。我們準備在學完了化學基礎實驗課程以后，將基礎實驗組合或擴充為一些層次稍高一點的、涉及多門化學課程知識點和實驗操作內容的綜合性、設計性實驗，讓學生有一定程度的自主設計和安排實驗的余地，使其變成學生自己的實驗，提高他們的興趣。設計性實驗不僅可以培養和檢驗學生應用理論知識、掌握實驗原理、選擇與操作實驗儀器、確定實驗條件和選擇實驗方法等方面的能力，也給學生一個較寬闊的思考空間和選擇余地，使其可以發揮各自的思維與想象力，使學生的創新意識和能力受到啟發與鍛煉，而且可以培養學生科學思維和科學素養。我們在實驗內容上將給學生一定程度的自由發揮，期望學生的實驗態度從“要我做”轉變為“我要做”，從“要我學”轉變為“我要學”。培養學生綜合解決問題的能力。

實驗改革后的預期效果：學生可能比較有興趣，但是開始時也會表現出不適應。首先是沒有了實驗教材這根“拐杖”；也沒有“畫瓢”時可參照的“葫蘆”。學生做實驗到了較深層次時，對怎樣將實驗內容做得更豐富可能會顯得有點不知所措。但是，為了完成好一個綜合實驗，肯定需要比基礎實驗更多的思考和設計，可以將學生在實驗學習過程中的缺陷暴露出來，讓學生讓學生及時發現自己實驗能力方面的不足之處；也將學生在未來很有可能會遇到的困難，提前到做綜合實驗的階段顯現出來，讓學生從現在開始不斷地修正和拓展自己的實驗動手能力，提高分析問題和解決問題的能力。綜合實驗的報告格式可從老的實驗報告格式改革為研究報告的論文格式。學生也可獲得論文寫作的學習和訓練。綜合實驗改革的成果可能將在學生的畢業論文中和研究生階段體現出來。如果將來學生的綜合性的實驗能力增強了，我們改革的目的就到達了。

參考文獻

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