實驗教學(xué)中伴隨的“糾錯”*

陳廷華 （無錫市輔仁高級中學(xué) 江蘇無錫 214123）

生物學(xué)的學(xué)科特點決定了實驗教學(xué)在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中的重要性。生物學(xué)基礎(chǔ)知識多以實驗形式呈現(xiàn)，實驗教學(xué)在強化學(xué)生直觀體驗、轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣、提升科學(xué)素養(yǎng)、培養(yǎng)綜合探究能力等方面有其獨特的優(yōu)勢。實驗教學(xué)看似以“實驗操作”為核心，但絕不僅僅是學(xué)會“做”，更重要的是實現(xiàn)從“做”到“思”的轉(zhuǎn)化，最終形成科學(xué)探究和思維的方法，實驗教學(xué)中的有效“糾錯”是實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)化的重要途徑。

1 以“糾錯”明晰實驗原理和細節(jié)

實驗原理是實驗的“靈魂”，是領(lǐng)會實驗?zāi)康摹⒎椒ā⒉襟E的前提，是對實驗結(jié)果分析評價的依據(jù)。但實驗教學(xué)中往往重視“怎么做”而忽視“為什么這么做”，即輕視實驗原理的教學(xué)，忽視對學(xué)生思維的訓(xùn)練，以致學(xué)生對實驗細節(jié)把握不準，影響實驗的效果。

以“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化”為例：

本實驗的重點是：引導(dǎo)學(xué)生通過對培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的觀察，探究種群數(shù)量的變化規(guī)律，繪制數(shù)量變化曲線，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，強化模型構(gòu)建的思路和方法。其中如何使用血球計數(shù)板等實驗操作并非重點，所以教材只作了基本的原則性指導(dǎo)，對一些操作過程的細節(jié)未作詳細解釋，例如：①如何識別血球計數(shù)板的構(gòu)造？②計數(shù)室樣品的添加方法是什么？③如何進行顯微計數(shù)？④特殊情形的計數(shù)方法，例如沉降在大方格雙線上的細胞如何計數(shù)？⑤如何區(qū)別活菌與死菌？⑥如果后期觀察計數(shù)時濃度偏大，應(yīng)如何處理？⑦提高計數(shù)結(jié)果準確性的措施有哪些？⑧血球計數(shù)板如何清洗？這些細節(jié)操作不當，必將導(dǎo)致計數(shù)結(jié)果出現(xiàn)偏差，從而在分析酵母菌種群數(shù)量變化時構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型與預(yù)期模型相差較大，影響分析的準確性。

由于本實驗操作細節(jié)較多，時間跨度較大（連續(xù)觀察1周），若直接將正確的操作方法教給學(xué)生，學(xué)生并不明白為什么要這樣做，很難做到面面俱到，易出現(xiàn)各種失誤。為了讓學(xué)生理解本實驗的原理和操作細節(jié)，筆者采用了“糾錯”教學(xué)。

1）進一步細化實驗環(huán)節(jié)，制定了詳細的操作指南，錄制成“微視頻1”，并將學(xué)生分組，先組織小組長學(xué)習(xí)，再由小組長教會組員。

2）讓2位學(xué)生演示上述①～⑧項涉及的關(guān)鍵性操作細節(jié)，并刻意做錯，錄制成“微視頻2”，課堂上讓全體學(xué)生觀看并找錯，重點分析錯誤操作對結(jié)果的影響（偏大或偏小），闡述理由，從而明晰實驗原理和細節(jié)。

3）各小組根據(jù)自選的課題進行分組實驗，分工協(xié)作，每天定時（課間或午休時間）觀察計數(shù)，連續(xù)觀察1周。期間，組內(nèi)每位成員都有機會仔細體會操作過程及其意義，解決了原本在課堂上練習(xí)耗時較多且不一定能掌握的難題。原本擔(dān)心學(xué)生連續(xù)觀察1周會出現(xiàn)“虎頭蛇尾”現(xiàn)象，但實踐證明，學(xué)生興趣很高，小組長工作負責(zé)，組內(nèi)分工明確，責(zé)任到人，取樣計數(shù)，一絲不茍，較好地培養(yǎng)了學(xué)生認真負責(zé)、嚴謹細致的科學(xué)品質(zhì)。

2 以“糾錯”感悟關(guān)鍵操作

實驗操作的每一步對實驗結(jié)果都有影響，其中的關(guān)鍵步驟將直接決定實驗的成敗。在教學(xué)中即使教師反復(fù)強調(diào)某些操作的重要性，但若學(xué)生未能深入理解實驗?zāi)康暮驮恚荒軓娜纸嵌人伎济恳徊讲僮鞯囊饬x，就不會特意關(guān)心哪一步最關(guān)鍵，大多只會按部就班地完成實驗，不太可能對關(guān)鍵操作進行個別化的處理和創(chuàng)新。

以“酵母細胞的固定化技術(shù)”實驗為例：本實驗的關(guān)鍵步驟是“配制海藻酸鈉溶液”，因為其濃度直接決定了凝膠珠的質(zhì)量。操作中需注意小火或間斷加熱，但攪拌的力度、完全融化的標準、加多少蒸餾水定容等并沒有固定的標準，需要操作者根據(jù)實際情況確定，例如：將海藻酸鈉調(diào)成糊狀后，需要用蒸餾水定容至10 mL，但粘稠物液面不呈水平，加多少蒸餾水攪勻后恰好是10 mL，這就考驗實驗者的智慧。在多次教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在完成這一操作時，加水存在較大的隨意性。為了讓學(xué)生關(guān)注這一操作，筆者采用了“糾錯”教學(xué)。

1）播放該實驗的全程錄像，讓學(xué)生初步了解整個實驗過程。

2）展示上一班級的實驗結(jié)果實況照片，包括正常的凝膠珠照片，因操作不當導(dǎo)致實驗結(jié)果有偏差的系列圖片，即凝膠珠顏色偏淡、凝膠珠在氯化鈣溶液中浸泡時浮在表面、凝膠珠拖尾、凝膠珠大小不一、發(fā)酵過程中凝膠珠破裂等，并提供“凝膠珠彈性試驗”錄像（彈性好與彈性差進行比較），讓學(xué)生分析導(dǎo)致實驗結(jié)果發(fā)生偏差的可能原因。

3）學(xué)生討論分析原因：（略）。

4）引導(dǎo)學(xué)生比較：凝膠珠是否合格很大程度上取決于海藻酸鈉溶液的濃度，濃度過高凝膠珠不呈球形，濃度過低則包埋酵母細胞過少，故配制適宜的海藻酸鈉溶液是實驗成敗的關(guān)鍵。

通過“糾錯”，學(xué)生感悟關(guān)鍵操作的意義，從而在處理如何定容、攪拌、滴注、浸泡等技巧性動作時能積極思考，在“動手”的同時“動腦”，靈活解決實際問題。

又如：“微生物的分離與培養(yǎng)”實驗，“無菌”是實驗成功的關(guān)鍵，只有進行熟練的無菌操作，才能成功完成微生物分離與純化培養(yǎng)。而無菌操作的要領(lǐng)是什么？哪些操作可避免雜菌污染？學(xué)生似乎很難領(lǐng)會。筆者在教學(xué)實踐中采取“抓拍學(xué)生操作實況，讓學(xué)生相互糾錯”的方法進行教學(xué)，由于提供的圖片情境真實，學(xué)生參與熱情較高，在幫助別人糾錯的同時，也看到自己的不足，從而留下深刻印象，真正感悟無菌操作的關(guān)鍵步驟［1］。

3 以“糾錯”完善實驗方案

實驗教學(xué)不僅僅是讓學(xué)生學(xué)會“做”高考考試說明中規(guī)定的幾個實驗，更重要的是讓學(xué)生通過實驗理清實驗設(shè)計思路，學(xué)會科學(xué)研究的方法，提高解決生物學(xué)問題的能力，合理評價、完善、拓展和創(chuàng)新實驗方案等。

實驗方案在設(shè)計之初不可能考慮周全，且鮮活的實驗材料本身具有不確定性，學(xué)生個體的認知能力也存在差異，原有方案需要根據(jù)實驗進展進行修正，學(xué)生通過“糾錯”（包括修改不合理、不理想的實驗方案）完善或創(chuàng)新實驗方案是建立在對原有實驗全盤思考基礎(chǔ)上的能力提升。

例如人教版“探究影響酶活性的條件”的實驗，探究了pH和溫度對酶活性的影響，教材提供的參考方案是：分別采用H2O2和淀粉為底物，探究不同pH條件下H2O2酶的活性和不同溫度條件下淀粉酶的活性。實驗中發(fā)現(xiàn)，由于反映酶活性高低的指標分別是氣泡產(chǎn)生的快慢或淀粉遇碘變藍的程度，指標不明確，各人對此認識會有較大差異，標準不統(tǒng)一，很難將酶活性直接轉(zhuǎn)化為學(xué)生頭腦中量化的圖表。能否對實驗方案進行改進，將定性實驗改為定量實驗，讓學(xué)生主動參與數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建？筆者采用了“糾錯”教學(xué)法引導(dǎo)學(xué)生進行實驗創(chuàng)新，合理修改了實驗方案。

1）差異可視：按教材方案進行實驗演示，引導(dǎo)學(xué)生觀察，并讓每位學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象，繪制不同pH條件下H2O2酶活性高低的曲線，挑選所繪曲線差異明顯的進行展示。

2）差異分析：同樣的實驗，同樣的現(xiàn)象，為什么繪制的曲線差異如此明顯？誰對誰錯？學(xué)生有爭議，經(jīng)過分析討論認為：很難說誰對誰錯，主要是各自對氣泡多少的認定有偏差。

3）引導(dǎo)修改：如何采用合適的材料改進本實驗并統(tǒng)一標準？

4）提供材料：在日常生活中，隔夜蘋果和土豆塊的切口都會發(fā)生褐變現(xiàn)象。這是由普遍存在于果蔬中的多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO），通過氧化兒茶酚等多酚物質(zhì)而引起的，當多酚氧化酶活性越大，果蔬褐變就越明顯［2］（如圖 1，見封四）。

5）方案創(chuàng)新：組織學(xué)生討論，形成共識：采用常見的土豆（含有多酚氧化酶）和茶多酚進行探究實驗的設(shè)計，以探索酶活性伴隨溫度、pH的變化趨勢，通過對褐變程度進行量化，統(tǒng)一標準。

6）探究意義：土豆中多酚氧化酶能夠更好地適應(yīng)高溫和強酸、強堿的實驗條件，實驗材料也貼近學(xué)生生活，實驗結(jié)果可視程度高，標準統(tǒng)一，有利于學(xué)生構(gòu)建正確的數(shù)學(xué)模型。

4 以“糾錯”延伸實驗探究的方向

探究性實驗?zāi)茌^好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、科學(xué)過程與方法和創(chuàng)新精神。在現(xiàn)有教學(xué)課時分配體系下，額外組織學(xué)生開展課外科學(xué)探究活動較為困難，而充分利用教材實驗資源，改驗證為探究、改演示為探究、延伸原有實驗探究方向等，可在一定程度上緩解探究性實驗課時不足的矛盾；高考對實驗的考查也是立足于教材實驗并進行適度拓展和創(chuàng)新。所以通過“糾錯”進一步延伸實驗探究的方向，是對原有教材實驗研究內(nèi)容的“升華”，有效拓展了學(xué)生的思維空間。

例如“綠葉中色素的提取和分離”實驗，教學(xué)目的是進行綠葉中色素的提取和分離、探究綠葉中色素的種類。在常規(guī)教學(xué)中，該實驗常被作為驗證性實驗處理，探究意味不足。為了在原有實驗的基礎(chǔ)上增加探究的成分，筆者采用了以下“糾錯”教學(xué)法，合理延伸了探究方向。

1）情境創(chuàng)設(shè)：教師在學(xué)生完成綠葉中色素的提取和分離各步驟后，提供了如下實驗操作步驟［如表1，素材選自2012年江蘇省普通高中學(xué)業(yè)水平測試（必修科目）試卷第40題］。

表1 綠葉中色素的提取和分離實驗操作步驟

2）引導(dǎo)思考：上述實驗操作中存在3處錯誤，請找出后分別改正并闡述理由。

3）學(xué)生糾錯：

步驟①中應(yīng)該用新鮮成熟的綠葉，理由是幼嫩的菠菜葉色素含量少；步驟②中應(yīng)在研磨之前加少量碳酸鈣，理由是在研磨過程中葉綠素容易遭到破壞；步驟③中漏斗基部應(yīng)該放一塊單層尼龍布，理由是色素濾液不容易透過濾紙但可透過尼龍布。

4）延伸探究：學(xué)生在糾錯的基礎(chǔ)上自然延伸出如下探究課題：

①若要提取天然葉綠素，應(yīng)如何選擇葉片？

②若按表1中的方法步驟進行實驗操作，收集到的濾液呈什么顏色？為什么？

③有人將提取的天然葉綠素用作食品添加劑，發(fā)現(xiàn)有的食品呈誘人的綠色，有的食品呈暗淡的褐色，如何探究天然葉綠素的適用范圍？

再如：在“酵母細胞的固定化技術(shù)”實驗中，通過糾錯教學(xué)學(xué)生體會到海藻酸鈉溶液濃度將直接影響實驗結(jié)果，什么是海藻酸鈉溶液的適宜濃度？這是一個很有意義的延伸探究課題。同樣為了使實驗結(jié)果可視化，選擇什么材料也是值得研究的課題，例如選擇小球藻做材料檢測凝膠珠質(zhì)量時，可將其置于水中，如果海藻酸鈉濃度過小，小球藻漏出，會使水呈綠色，直接可視；如果海藻酸鈉濃度過大，限制了小球藻的生長，也可以測定等。這些課題都是對原實驗實施進一步探究的重要延伸。

［1]陳廷華.以糾錯為主線的“微生物實驗室培養(yǎng)”的實驗教學(xué)設(shè) 計.生物學(xué)教學(xué)，2011，36(1)：18.

［2]王清，王蒂.溫度、pH對馬鈴薯多酚氧化酶活性的影響.中國馬鈴薯，2003，17(3)：157.