構建實驗思維模型，鍛煉科學思維

蔣英俊

摘 要：構建模型是將抽象的認識對象進行簡單化、具體化、形象化的一種方法。在課堂教學中構建模型，是對新教學模式的探索，也是對核心素養濃度落實。筆者設計和實施了《酶》這一節課，在課堂上通過學生自主參與實驗設計、操作、思考、完善、再次實驗設計這幾個環節，使學生建立起生物實驗設計的基本模型，鍛煉了科學思維。

關鍵詞：模型 實驗設計 科學思維

模型是將抽象的認識對象進行簡單化、具體化、形象化的一種方法。除了物理模型外，還可以構建出抽象的其他模型，如實驗思維模型。若構建出科學嚴謹的生物實驗思維模型，學生在學習實驗或者解答實驗題的時候就可參考模型來進行理解和設計，在模型的基礎上進行補充和完善。使得學生在生物學習中培養嚴謹的科學精神，同時鍛煉科學思維，提升學生的科學素養。[1]

在生物課堂教學中建模，不僅是對新教學模式的探索，更是在核心素養的指導下引導學生進行科學探究，通過討論、實驗設計、方案實施以及對結果的交流討論與分析，引導學生主動參與到課堂和學習中來。學生親歷這些過程，就可以發現原先設計的問題和缺陷，在后期及時進行補充和完善，最終形成科學的生物實驗思維模型。筆者設計并在課堂上實踐了浙科版生物學必修一《酶》這一節內容，對構建生物實驗思維模型進行了嘗試。[2]

《酶》這一節重點在于酶的催化作用和催化特性，而這兩點都需要通過實驗來證明。選擇這一節內容可以很好地將生物實驗的各種因素融入到課堂中，可以讓學生在課堂中進行實驗設計、實驗操作和補充完善。本堂課共組織了兩個實驗，實驗一是通過對比H2O2溶液中不加酶和加H2O2酶（豬肝研磨液中）的釋放氧氣效果，證明酶具有催化作用。實驗二是通過對比H2O2溶液中加入無機催化劑FeCl3和H2O2酶（豬肝研磨液中）兩組實驗的釋放氧氣效果，來證明酶的催化具有高效性。[3]

實驗一：證明酶具有催化作用

實驗材料：大燒杯、試管、滴管、蒸餾水、37℃溫水、衛生香等

實驗試劑：H2O2溶液、豬肝勻漿或馬鈴薯勻漿

參考裝置：

學生設計：兩組實驗，一組加入H2O2溶液但不加入豬肝研磨液，另一組加入H2O2溶液和豬肝研磨液，用點燃的衛生香伸入試管口來檢驗產生氧氣的多少。

然后讓學生上講臺進行實驗操作。實驗結果非常明顯，加入H2O2溶液和豬肝研磨液的試管內短時間內產生大量的氣泡，伸入試管口的衛生香馬上劇烈燃燒并產生火焰，實驗中甚至聽到一聲輕微的爆炸聲；另一組的試管內沒有什么變化。

實驗結束，教師稍作點評，馬上提出以下幾個問題：①若實驗現象不明顯，如何區分這兩支試管中所加試劑的情況？②兩支試管內加入試劑不同，為什么要這樣設計？③兩支試管出現的實驗結果分別是什么？④加入兩支試管的H2O2溶液體積應該如何控制？⑤其中一支試管加入豬肝研磨液后試管內溶液的總體積發生變化，應該怎么排除這個影響？⑥為什么要將兩支試管放在同一個大燒杯里進行實驗？通過學生之間討論解決這些問題。

討論解決這些問題后，學生已構建出生物實驗思維的初步模型。即實驗步驟分為三大步：第一步，分組編號，根據自變量進行分組，并編號以便于區分；第二步，設置變量，控制自變量為唯一變量，其余無關變量控制相同，以便于分析實驗結果；第三步：觀察并記錄實驗結果，通過分析實驗中設置的自變量，實驗結果即因變量的變化，從中尋找兩者間的關系，分析得出實驗結論，得出結論。

然后進行實驗二。

實驗二：探究酶的催化效率是高還是低

實驗材料：大燒杯、試管、滴管、蒸餾水、37℃溫水、衛生香等

實驗試劑：H2O2溶液、FeCl3溶液，豬肝勻漿或馬鈴薯勻漿

學生設計：實驗分兩組進行，A組加入一定量的H2O2溶液，B組加入等量的H2O2溶液，然后同時往A、B試管中分別加入等量的豬肝研磨液和FeCl3溶液，觀察氣泡的產生速率，并將點燃的衛生香伸入試管，觀察現象。

學生仍然進行了實驗操作，發現加豬肝研磨液的試管產生氣泡速度明顯快于加FeCl3溶液的試管，伸入點燃的衛生香后，加豬肝研磨液的這組快速復燃，而加FeCl3溶液的這組只是明顯的增亮了一下。通過對比就能得出酶的催化具有高效性。

通過對前一次實驗的設計和完善過程，在這一次的實驗設計中，學生明顯利用了之前構建起來的模型來書寫實驗設計，在實驗設計中明確了試管編號，控制單一自變量即加入催化劑的種類，控制無關變量相同即加入試劑的體積相同等。說明學生的實驗思維模型初步建立起來之后能加以運用。

這一節課后，筆者發現，通過實驗設計、實驗操作、問題思考、完善實驗設計、再次實驗設計這幾個環節非常好地調動了學生的興趣和積極性，而且建立起了生物實驗思維的基本模型。同時鍛煉了科學思維，可在后續的生物實驗學習和設計更科學、嚴謹。

生物學教材中還有很多實驗，這次課后，學生建立起實驗思維的基本模型，當然后期還需要進一步的補充和完善，如植物、動物、微生物培養過程中的細節；又比如選擇實驗材料時的注意點；一組實驗需要多次實驗并求平均值；針對動植物實驗的培養時間要求；實驗數據記錄表的設計等等。

參照這次課堂的效果，筆者進行了深入的思考，在教學中可參考此課堂模式，教師設計課堂教學，讓學生在自主參與中就建立和完善生物學中的模型。真正做到培養學生生物學核心素養，并能在以后的學習、生活、工作等各方面運用科學的素養，讓科學思維得以運用和發展。

參考文獻

[1]趙萍萍，劉恩山.生物學建模教學研究進展及啟示[J].生物學通報，2015，50（1）：19-23.

[2]秦瑞忠.淺談生物建模在高中《生物》教學中的運用[J].教法研究，2012，06：170-171.

[3]龐春歌.在高中生物教學中培養學生科學思維的探索[J].理科園地教學創新，2018，06：145-146.