高中生物實驗中研究性學習的實踐與收獲

劉朦瑋+李懷生

【摘 要】 高中生物實驗研究性學習和學生實驗設計能力培養兩者之間表現為正相關，且具有長期的、穩定的、普遍的效果。在生物學科教學中，充分利用和挖掘新教材中的研究性、探索性因素，多渠道開展研究性學習，是培養學生創新意識和創新能力的有效途徑。

【關 鍵 詞】 高中生物實驗；研究性學習；實驗設計能力

如何在以教師為主的實驗教學方式中創設讓學生進行研究性學習的情境呢？下面是我與學生共同探討出在實驗研究性學習中的一些實踐與收獲，與大家共勉。

一、明確實驗原理的研究性實驗

教師提出需學生研究的問題→學生設計實驗→實驗驗證→得出結論→填寫報告。

以“細胞的滲透作用”實驗為例，滲透系統建立的條件為需要半透膜且半透膜兩側具有濃度差，從而發生滲透作用。通過對實驗原理的分析，我們從滲透系統建立的條件上思考創設了一些研究性學習的情景。比如：對外界溶液的改變，要求學生利用此實驗原理，對現有的20%、30%、50%3種不同濃度的溶液進行排序。此題作為本實驗的研究題目在實驗課上布置下去，要求學生在完成大綱規定的實驗基礎上進行研究，自行設計有關的方法、步驟然后把方法、結論及其說明填寫在報告上。以此實驗探究后，提高了探究的興趣。學生探究欲望越來越強。從學生使用的方法來看，可以說是多種多樣，有每種溶液各制一張裝片比較細胞的質壁分離的數量與程度的，有通過引流方法觀察細胞有無質壁分離或質壁分離復原現象的……這些都拓寬了學生的視野。甚至有位學生得知溶液的化學成分是食鹽溶液后，他把每種溶液都嘗了一下，來驗證其實驗的結果。我們從中可以看出學生主動研究的精神。課堂小結時請學生分析自己實驗成功與失敗的原因。我們認為這些失敗的教訓也是他們的收獲之一。通過這些帶有研究性質的學習過程，加深了學生對此實驗原理的理解。

二、明確實驗過程和步驟的研究性實驗

教師對實驗步驟提出建議→學生選擇比較實驗→分析對比結果→得出結論→填寫報告。如在探究過氧化氫酶的活性實驗中，常用計量氧氣釋放量的方法，但當氧氣產生量較多時就很困難。我們利用氧氣的性質啟發學生，用打孔器將過濾紙制成小圓片，浸泡在含酶的過氧化氫緩沖液中，實驗開始時，小圓片沉降在溶液底部，但后來會浮出液面，這樣記錄小圓片上浮時間，用時間的倒數來表示過氧化氫酶的催化活性。這樣可以展開多項實驗研究，如研究底物質量分數對于酶催化活性的影響，實驗在不同質量分數的過氧化氫溶液中重復進行。

通過實驗過程引出并討論以下問題：①為什么小圓濾紙片在實驗進行一定時間后就開始上浮？②為什么在此實驗中過氧化氫溶液要用緩沖液？③若要研究溫度對過氧化氫酶催化活性的影響，應怎樣調整這個實驗的設計？④若要研究pH對過氧化氫酶催化活性的影響，應怎樣調整這個實驗的設計？這些問題都涉及到上述實驗設計的原則：①是由于過氧化氫分解產生了氧氣氣泡改變了溶液的密度，使濾紙片可以上浮，將氧氣的釋放量的多少轉化為濾紙片上浮的時間，運用了實驗條件的轉化原則；②是用緩沖液維持了反應溶液中酸堿度的穩定，運用了實驗條件的恒定原則；③和④則強調了不同研究目標時的對照組設置的原則。通過對這種過程的總結，使學生從中提取實驗設計的一般性規律，使過程性知識理論化。

在實驗過程中學生的興趣很高，積極性與主動性得到充分體現，相互之間主動交流實驗的結果與體會。同時教師根據學生的實驗對比結果，對實驗的方法進行了一定的改進。如“葉綠素的提取與分離實驗中”，畫濾液細線的方法可直接采用載玻片的一側蘸取勻漿，壓在濾紙條上或者直接將濾紙條畫線處折疊蘸取勻漿等。此法可以節省實驗時間，且濾液細線細而齊整，畫線次數超過7次后對實驗影響就不明顯了。部分學生的研究結論被教師介紹給大多數學生，學生的研究直接參與進教學的研究，這對參與實驗的學生是一種激勵，反過來可以成為他們進一步學習的動力。

三、明確學生實驗操作中易錯的研究性實驗

教師針對教材中某些“不許”“不能”“注意”等內容提出質疑→要求學生解釋為什么→學生實驗→得出結論。

如在“葉綠體中色素的提取與分離”實驗中不能讓層析液浸沒濾液細線，否則色素會溶解在層析液中，影響實驗結果；“植物細胞的有絲分裂”實驗中根尖解離后必須經過漂洗，否則鹽酸同染色劑反應，會影響根尖細胞內染色體的染色效果；“探究溫度對酶活性的影響”實驗中，為什么不能先加酶與底物混合，應先分別對底物和酶保溫等。為什么要這樣做呢？以往教學過程中往往是教師把答案告訴學生，要求學生記住，實驗中不能如此操作。但在開展研究性學習的實踐與研究后，教師不再給出答案，而是建議學生不妨在實驗時試一下，通過親自進行“錯誤”操作，學生知道了此操作所造成的后果，其印象比教師口頭的講述要深得多，也更有說服力，其心理體驗是前者無法相比的。也有一些“錯誤”操作的結果對實驗并無多大影響，如“溫度對酶活性的影響”實驗中使用先混合和保溫后再混合實驗效果是相同的，那么教師就應引導學生分析其原因，為什么教材中采用前者，由此讓學生體會科學研究的嚴謹性。

這樣一種設計能養成學生批判性的獲取教科書知識的習慣，培養學生發現問題，并積極探索解決問題的精神，更能培養學生的邏輯思維能力。學生能更深入地認識科學的本質特點，加深對生物學知識的理解，超越現有知識，也有助于培養學生的科學態度和創新精神。

四、以教材實驗出發設計研究性實驗

教材中的知識點→教師、學生提出質疑→學生課外實驗→得出結論。

高中生物教材中的學生實驗以及演示實驗，既有驗證型的又有探索型的，既有觀察型的又有操作型的。而這些實驗，都為前人的科學研究過程中的一部分，學生對此進行重復操作，不僅有助于對有關知識的理解和掌握，同時也培養了學生的觀察、實驗操作和思維能力，從實踐中體會科學實驗的嚴謹性。因此，我們希望在教材中有更多的實驗，但課堂教學受教學時間的限制，無法過多地開展研究性的實驗，這就要延續到課外開展。

我們的做法是結合教材中的知識點提出問題，引導學生開展課外的研究實驗，鼓勵學生自己對知識點提出質疑，如“用缺素培養法探究礦質元素的作用”為什么一定要用完全培養液作對照；“植物生命活動的調節”中，植物去除頂端優勢后，植物的側芽如何生長。選修一中《果酒果醋的制作》中為什么要用長而彎曲的玻璃管，在泡菜的制作中為什么有的泡菜酸而脆，有的泡菜只酸或者只是咸等等。教師鼓勵學生多觀察、多參與、多動手，在認識的基礎上探索規律，通過理論聯系實際，才能使學生迸發出創造的火花。

總之，高中生物實驗研究性學習是一種重要的科學活動，可以把觀察、實驗控制、收集事實、分析和統計結果等科學方法融于一體。在實驗中應引導學生逐步掌握科學研究方法。通過生物實驗還可以培養學生實事求是、嚴謹求實的科學精神以及一絲不茍的科學態度和團結協作的科學作風，這些是研究性學習的必要條件，也是學生在未來社會全面發展所必需的基本素質。

【參考文獻】

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