“探究性學(xué)習(xí)”在高中生物實驗教學(xué)中的運用

中圖分類號：G633.91

縱觀現(xiàn)在的高中生物學(xué)實驗，多是以學(xué)生被動地完成整個實驗。實驗?zāi)康模瑢嶒炂鞑模约皩嶒灧椒ǎ滩亩际孪茸隽司唧w的規(guī)定。這固然對于培養(yǎng)學(xué)生實驗基本技能有一定的作用，但是在培養(yǎng)學(xué)生主動探究，發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新能力上必然會受到限制。若讓學(xué)生按照教材所提供的生物實驗主題，根據(jù)多種思路和方案自行設(shè)計、組織和展開實驗。這樣可激發(fā)學(xué)生的求知欲，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，做學(xué)習(xí)的主人，以此培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力。

一、培養(yǎng)學(xué)生思維和探究方法，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會探究

自然科學(xué)的發(fā)展史就是一部科學(xué)探究的歷史。在生物發(fā)展史中，每個發(fā)現(xiàn)都經(jīng)過科學(xué)家周密的實驗、細(xì)致的觀察和分析、嚴(yán)密的推理和驗證等過程。通過科學(xué)史的學(xué)習(xí)，不僅能加強(qiáng)學(xué)生知道知識的發(fā)生、發(fā)展過程，還能能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，探究未知世界的好奇心。（1）展示科學(xué)家的思維過程，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。生物學(xué)史上的許多重大發(fā)現(xiàn)，都閃爍著科學(xué)家們非凡的創(chuàng)造性思維的光芒。如生物膜流動鑲嵌模型的提出、光合作用發(fā)現(xiàn)史、植物生長素的發(fā)現(xiàn)過程和孟德爾兩個遺傳基本規(guī)律的創(chuàng)立等。教學(xué)中應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生循著科學(xué)家的思維歷程去親身體驗一番，探究得出結(jié)論的具體思維過程。并適時讓學(xué)生大膽作出種種設(shè)想、猜測，讓他們無拘無束地去思考、去討論、去爭辯。同時要求學(xué)生將自己設(shè)計的方法與科學(xué)家所采用的實驗方法進(jìn)行比較，找出自己方法中的不足之處。通過這這種方式的教學(xué)，科學(xué)思維的全過程充分地暴露出來，學(xué)生不僅從中獲取科學(xué)知識，更重要的是受到科學(xué)思維的熏陶。（2）從生物學(xué)史中學(xué)習(xí)科學(xué)的研究方法。在生物學(xué)發(fā)展史中，每一項重大發(fā)現(xiàn)，都是各種科學(xué)研究方法綜合運用的結(jié)果。教師應(yīng)充分地把科學(xué)家們獨到的科學(xué)思想和方法滲透到知識傳授中，啟迪學(xué)生領(lǐng)會科學(xué)方法，且能運用到實際的實驗設(shè)計中。如光合作用探究歷程中，科學(xué)家通過同位素標(biāo)記法成功探究出光合作用中的物質(zhì)變化。沃森和克里克通過對DNAX射線的衍射圖譜的分析構(gòu)建出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。梅塞爾森和斯塔爾用等密度梯度離心的方法，證明DNA是半保留復(fù)制。再如，在遺傳的基本規(guī)律的教學(xué)中，可向?qū)W生提出孟德爾之所以能發(fā)現(xiàn)遺傳的兩大規(guī)律，與他精心選擇實驗材料有關(guān)，當(dāng)然還有科學(xué)的觀察和分析方法，他在觀察時，對紛繁復(fù)雜的雜交現(xiàn)象，只看其一對性狀，而對其它性狀暫且不管，這就使研究對象大大簡化了，特別是他把數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法引入生物學(xué)的研究，是超越前人的創(chuàng)新。

二、創(chuàng)設(shè)探究性實驗，促進(jìn)學(xué)生主動探究

可通過將模擬實驗、驗證性實驗設(shè)計為探究性實驗，為學(xué)生提供一個能動腦思考、交流、合作、親自探究創(chuàng)新的空間，激發(fā)學(xué)生的求知欲，促使學(xué)生主動探究，使學(xué)生的知識水平和探究能力在探究過程中逐漸增長起來。例如植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原實驗，這是一個驗證性實驗。在完成教學(xué)目標(biāo)后，我們引導(dǎo)學(xué)生向探究的方向邁進(jìn)：（1）實驗材料，是否只能選用洋蔥外表皮細(xì)胞，其他植物細(xì)胞可以嗎？盡量選用紫色部分的意義何在？（2）實驗試劑，除了蔗糖溶液，可改用其他試劑嗎？試劑的濃度呢？（3）實驗操作方法，有沒可改進(jìn)或簡化，可提高實驗效率的？學(xué)生經(jīng)思考、實踐和探討后，得出結(jié)論：（1）其他植物細(xì)胞也行，但洋蔥外表皮紫色部分，液泡呈紫色，原生質(zhì)層和細(xì)胞壁區(qū)分明顯，在顯微鏡下觀察質(zhì)壁分離現(xiàn)象十分清晰。（2）蔗糖溶液粘性強(qiáng)，易污染顯微鏡。根據(jù)滲透作用原理，其他試劑也行，比如可用經(jīng)濟(jì)易制的NaCl試劑。而試劑的濃度不能太高，否則易導(dǎo)致細(xì)胞死亡，無法質(zhì)壁分離復(fù)原；濃度太低，實驗沒有現(xiàn)象或不明顯。（3）操作方法可改進(jìn)為直接把蓋玻片掀開，滴加外液。這樣，一方面可以減少了幾次重復(fù)滴加和用吸水紙吸引的步驟；另一方面又避免因操作不當(dāng)污染了顯微鏡。看到學(xué)生探究的熱情高漲，可結(jié)合這個實驗，引導(dǎo)學(xué)生探究某植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度。有了這個驗證性實驗作為背景，學(xué)生設(shè)計起來就容易得多，設(shè)計實驗的方法和思路與原實驗基本相同，將原來只滴加30％蔗糖溶液，改為分別滴加10％、20％、30％、40％等不同濃度的蔗糖溶液，分別觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離來估測細(xì)胞液的濃度。通過此實驗不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)生從以前按部就班，到現(xiàn)在能在實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題，改進(jìn)方法，并由此設(shè)計實施探究性實驗，能力有了一定的提高。學(xué)生也發(fā)現(xiàn)自己通過實驗更好掌握了植物滲透吸水原理，對自己所做實驗結(jié)論也較滿意。可見積極引導(dǎo)學(xué)生去思考、去探索，比簡單的驗證更能培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能和創(chuàng)新能力。這樣做不僅可使學(xué)生牢固掌握知識點，而且激發(fā)了學(xué)生探究的熱情，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)造性思維能力。

三、指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計探究性實驗，培養(yǎng)學(xué)生探究能力

在實驗教學(xué)中應(yīng)當(dāng)盡量鼓勵學(xué)生運用所學(xué)的知識，進(jìn)行實驗設(shè)計。指導(dǎo)實驗設(shè)計的一般方法，包括提出問題→作出假設(shè)→實驗設(shè)計→進(jìn)行實驗→分析結(jié)果→得出結(jié)論→表達(dá)交流，老師可以提供學(xué)生一個已設(shè)計好的方案或者教材實例進(jìn)行參考模仿。例如，在探究影響酶活性的條件實驗中，許多同學(xué)確認(rèn)的課題是《溫度對酶活性的影響》。但在設(shè)計實驗方案時，我發(fā)現(xiàn)部分同學(xué)根據(jù)已有的知識選用斐林試劑來檢測酶的催化效率。他們認(rèn)為在適宜的溫度條件下，淀粉可以被淀粉酶水解成還原性糖，因而可以用斐林試劑檢測。是不是真的可以用斐林試劑呢？在我的提醒下，學(xué)生很快意識到他們忽視了斐林試劑反應(yīng)的條件需要加熱，對于冰水浴實驗組，在加熱過程中，隨著溫度的升高，酶活性也會逐漸增加，使淀粉逐漸被水解，導(dǎo)致結(jié)果很可能與對照組差不多，從而影響了探究目標(biāo)的達(dá)成。而選擇碘液來檢測就不存在此類誤差，可在催化反應(yīng)結(jié)束后直接滴加碘液，根據(jù)溶液是否變藍(lán)來判斷淀粉有否被水解。在設(shè)計實驗過程中，要指導(dǎo)學(xué)生注意：（1）要求學(xué)生根據(jù)教材中相關(guān)探究實驗內(nèi)容、原理和目的要求，結(jié)合實際可行性情況，確立研究目標(biāo)。（2）根據(jù)實驗所提出的問題，運用已具備的知識或?qū)嶒灱寄埽O(shè)計解決問題的方案，包括材料用具的選擇，具體的實驗步驟，實施計劃過程，作觀察記錄的內(nèi)容，實驗結(jié)果呈現(xiàn)形式，和實驗設(shè)計的原則。教師在學(xué)生進(jìn)行實驗設(shè)計時，不要束縛學(xué)生的思路，也不一定局限于教材中提供的材料用具，要鼓勵學(xué)生大膽設(shè)想、求異創(chuàng)新，設(shè)計出既簡便易行，又科學(xué)準(zhǔn)確的實驗設(shè)計方案。（3）引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)，組織實驗小組進(jìn)行討論交流，確定最佳方案，指導(dǎo)學(xué)生從方案的科學(xué)合理性、設(shè)計簡潔性、效果明顯性和聯(lián)系實際原則展開評價，鼓勵新穎巧妙、有創(chuàng)意的方案。