改進實驗，讓學生有更多的獲得感
——以“驗證呼吸過程中的氣體變化”為例

張 瑜 （江蘇省常熟市海虞中學 江蘇蘇州 215519）

《義務教育課程標準（2011版）》（以下簡稱課標）強調加強和完善生物學實驗教學，鼓勵教師要創造條件，設計富有創造性的實驗。順應課標要求，初中生物學教材提供了適合學生實踐的大量實驗。審視教材中的這些實驗，不難發現，其中大部分實驗提供了實驗方法，教師帶著學生按部就班的完成實驗，可以觀察到預期的實驗現象，但由于只是就事論事，學生的思維得不到發展，獲得的知識也不夠全面、深刻。正確的教材觀要求教師在教學中不能機械再現文本內容和編者意圖，應該把教科書作為學習生物學的平臺，這樣就有了創造性使用教科書的很大空間。

因此，中學生物教師應積極地在教材實驗的基礎上進行“二次開發”，從而更有利于初中生物實驗的高效開展。筆者在多年的生物實驗教學中，多次嘗試對教材實驗拓展改進，涉及到了實驗方法、實驗用具、實驗材料等多個方面。下面以蘇科版初中生物七年級上冊第七章第一節“能量的釋放與利用”中“驗證呼吸過程中的氣體變化”為例，談談對初中生物實驗改進的認識。

1 教材實驗步驟

根據二氧化碳具有使澄清的石灰水變渾濁和氧氣可以助燃的原理，設計兩組實驗，全班學生分小組完成實驗。第一組：（1）取A、B兩只塑料袋，在A袋內裝入新鮮菠菜，B袋內不放任何材料。分別將A、B兩袋的袋口密封。（2）將兩只袋子放到黑暗處，24 h后取出。（3）把A、B袋內的氣體分別通入裝有澄清石灰水的兩個錐形瓶中，觀察和記錄石灰水的變化。第二組：（1）取等量沸水處理過的菠菜和新鮮菠菜分別裝入甲、乙兩只廣口瓶中，同時放在溫暖處，并封閉遮光處理。（2）24 h后，分別將點燃的蠟燭迅速伸入到甲、乙兩瓶中，觀察蠟燭的燃燒情況。

2 實驗改進原因

七年級的學生在認識事物和考慮問題時，經常需要具體的感性經驗來支持，尤其像呼吸作用這樣抽象的概念，更需要一系列的實驗現象來支撐，要在實驗結果的基礎上分析得出，才能深刻理解，遷移應用。而教材中的實驗只能得出“植物的呼吸過程需要氧氣，同時會釋放二氧化碳”的結論，從建構植物呼吸作用概念角度來看，學生還需要建立“植物所有生活的部位都能呼吸”“植物的呼吸不需要光”“植物呼吸作用產生了水”等認識。此外，課前教師需要為每個實驗小組準備兩套實驗裝置，需要的材料、用具較多，且兩組實驗材料都要進行避光處理，準備工作和操作步驟繁瑣，導致不少教師把本實驗改成了演示實驗甚至是“講實驗”，走回了機械灌輸的老路。

3 實驗改進要點及說明

3.1 實驗原理的引入——魔術表演

變色魔術：請兩位學生分別用吸管向試管內的澄清石灰水和藍色的BTB溶液吹氣，澄清石灰水變渾濁，BTB溶液由藍色變成黃綠色。蠟燭自滅：將一小燒杯倒扣置于燃燒的小蠟燭上，蠟燭熄滅。

說明：除教材提供的澄清石灰水外，引入顏色變化更明顯的BTB試劑，并采用魔術表演的方式呈現真實可見的情境，不僅讓學生掌握了實驗原理，也凸顯了初中生物實驗的趣味性。

3.2 檢測方法的創新——同組多用

改進檢測二氧化碳的方法，舍去教材第一套裝置，僅利用教材第二套裝置即可同時檢測二氧化碳和氧氣。方法如下：檢測前，將3或4滴澄清石灰水和BTB溶液分別裝入系著細線的1 mL容量的許愿瓶中。檢測時，先分別將兩個許愿瓶放入廣口瓶中，并手提細線輕輕晃動以加速反應時間，觀察現象。然后將燃燒的小蠟燭迅速放入廣口瓶中，觀察蠟燭火焰的變化。這樣就可以在同一個實驗裝置中同時檢測氧氣和二氧化碳。

說明：通過實驗裝置的改進，大大降低了學生實驗操作的難度，實驗現象更加明顯，利于學生在對比觀察中準確得出結論，同時也減少了檢測試劑的用量，節約了實驗成本。

3.3 實驗組織形式的優化——增設對照

為了使學生深入理解對呼吸作用原理，筆者將本實驗分為基礎實驗和拓展實驗兩部分。全班分組依次完成基礎實驗和拓展實驗（以下為學案導學中的實驗步驟與現象分析）。

3.3.1 基礎實驗

（1）取兩只廣口瓶，將等量的正在萌發的種子和開水煮過的種子分別放入瓶內，瓶上分別標記為材料A和B，密封。

（2）將兩個廣口瓶在溫暖（約25℃）處放置一晝夜。

（3）觀察兩個廣口瓶壁。

（4）將裝有澄清石灰水的小瓶和裝有BTB溶液的小瓶放入廣口瓶中，輕輕地晃動，觀察現象，記錄在表格中。

（5）將點燃的蠟燭迅速伸入廣口瓶中，觀察現象，記錄在表格中。

步驟（1）、（2）需要教師提前準備好。通過基礎實驗，學生可以得到的結論為：萌發的種子通過呼吸作用消耗氧氣，產生二氧化碳和水。

3.3.2 拓展實驗

方法與預測：各小組領取教師課前準備好的裝有材料C的實驗裝置，按照基礎實驗步驟（3）~（5），觀察實驗現象并記錄結果。觀察BTB變色程度、石灰水渾濁度和蠟燭火焰大小變化，記錄實驗現象并分析討論。實驗材料C需教師或學生在課前進行預處理（表1）。

表1 拓展實驗材料及探究問題

說明：根據需要學生了解的內容教師給每一小組明確不同的實驗目的，確定不同的實驗變量，準備不同的實驗材料或不同的實驗條件，每一小組得出各自相關的結論，最后綜合全班結果，形成有關植物呼吸作用比較完整、全面的知識。

4 實驗改進體會

從實驗中觀察現象、獲得事實或數據、得到相應的結果和結論，這種實驗構建概念的模式是學生學習生物學知識的重要模式。而在充分關注學情基礎上的教材實驗的積極改進與嘗試，有助于調動學生的實驗積極性，積極實踐、發現知識、領悟內涵、遷移應用，最終實現科學素養的不斷提升。初中生物實驗改進的價值主要體現在以下幾個方面：更深刻地感知內容；促進概念的理解；發展學生的理性思維；滿足STS教學需求等。改進和創新生物實驗是提高教學水平和教學質量必不可少的環節，生物教師應努力創造條件，在符合科學性、實用性等原則下，積極嘗試優化實驗方案，帶著學生一起探究，實現由講授式教學向體驗式教學轉變。