高中生物新課標教材《必修1·分子與細胞》中實驗的變化與教學思考

（江蘇省錫山高級中學 江蘇無錫 214174）

生物學是一門實驗性科學，實驗教學是生物學教學的重要組成。生物學教學應充分重視實驗教學，以學生為主體，讓學生動手做實驗，設計實驗步驟，探究實驗過程，逐步學會科學研究的方法，掌握基本的實驗操作技能，養成良好的探究精神和探究能力，提高創新能力。

與《普通高中生物學課程標準（2017年版）》配套的2019年版高中生物新課標教材（以下簡稱新課標教材）已正式啟用，教科書中的實驗內容與實驗版教材有許多的不同。下面以《必修1·分子與細胞》教材為例，通過深入比較，分析談新課標教材中實驗變化與教學思考。

1 實驗變化

新課標教材必修1模塊安排了12個“探究·實踐”活動，與實驗版必修1模塊比較，新課標教材刪掉3個實驗，調整了1個實驗，補充了1個實驗。新課標教材必修1具體調整見表1。

表1 新課標教材和實驗版教材必修1實驗內容比較

1.1 形式的變化

實驗版教材實驗是安排在具體的章節內容中的，在教材的目錄中沒有體現，而新課標教材將每一個實驗的課題列進了目錄。這樣的安排可以讓教師和學生翻開課本，一目了然，知道本模塊有多少個實驗，分別是哪些實驗，有利于師生認識實驗教學在新課標新教材中的重要地位，也有利于具體的實驗教學，有利于學生的學習。

1.2 欄目的變化

實驗版教材的實驗欄目分為實驗和探究。實驗欄目就是學生只要按照教材給出的實驗材料、實驗步驟和實驗過程，完成實驗并得出相應的實驗結論即可。探究實驗則需要學生進行不同的探究。而新課標教材實驗欄目全部設置為探究·實踐，讓每一個實驗都有探究空間。這樣設置更具有科學性，充分體現了探究性和開放性。

1.3 數量的變化

新課標教材中的實驗雖然在數量上變化不大，由實驗版的13個縮減為12個，但更注重可操作性、可觀察性和實驗的價值性，刪除了實驗版實驗“觀察DNA和RNA在細胞中的分布”和“體驗制備紅細胞的方法”。前者實驗操作難度大，效果不理想；后者實驗材料不容易得到，實驗價值也不高。將實驗版模型構建“嘗試制作真核細胞的三維結構模型”改成探究·實踐，擴展了探究實驗的范疇。將實驗“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和線粒體”改為“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細胞質的流動”。因為，線粒體即使染色后也很難觀察到明顯的現象，而細胞質的流動參照物就是葉綠體，學生在觀察葉綠體的同時，也能清晰地觀察到細胞質的流動。教材這樣安排更合理，可行性更強。新課標教材增添了一個新的探究·實踐“淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用”。該實驗的實驗現象很明顯。學生自己動手做實驗，觀察實驗現象，能更好地了解知識的發生發展過程，更深入地了解酶的專一性這一知識點。新課標教材還將原來的實驗“細胞大小與物質運輸的關系”改為思維訓練欄目中的“運用模型作解釋”。因為，該實驗本身價值不高，同時教材這樣安排增加了欄目的多樣性，可以讓學生體會模型構建的樂趣。

另外，新課標教材在每個實驗的具體內容上也做了一些調整，特別是增加了實驗結果的彩圖。圖文并茂更直觀更形象，還可供教師和學生參考，以便學生通過對照判斷自己做的實驗是否成功、是否正確、是否合理。

此外，新課標教材教材在后面附上了“生物學實驗室的基本安全規則”，規范了學生進實驗室的常規，更重視學生進實驗室的安全。

2 教學思考

新課標教材必修1中的“實驗·探究”遠遠多于其他模塊，這為其他模塊中的實驗和探究打下堅實的基礎。該教材安排了12個“探究·實踐”活動，除“探究酵母菌細胞的呼吸方式”外，都是可以在一節課堂上完成的，有利于中學開展實驗教學。

2.1 從理論到實驗更具直觀性——培養學生的操作技能

實驗操作是物理、化學、生物等學科的典型學習方式，對培養學生的核心素養形成學科核心能力有著至關重要的價值。但是實驗教學一直以來都是中學生物學教學的難點，一部分教師選擇相對省事的“講實驗”，紙上談兵，沒有落實到實驗教學，對學生的動手操作能力的培養重視不夠。教師應該帶領學生更多地走進實驗室，讓學生親自動手做實驗，讓學生親身感受實驗帶來的樂趣，借助顯微鏡觀察肉眼看不到的微觀世界。這樣才能使對知識的感受才更具有直觀性，才能促進學生的深度學習，才能培養學生的探究學習興趣和實驗操作技能。

例如，教師如果只是在課堂上講述“葉綠體是綠色，是可以流動的，細胞質是流動的”，學生不能獲得感性的認識。在“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細胞質的流動”實驗中，學生用顯微鏡觀察植物的葉肉細胞，就有了直觀的認識。學生在顯微鏡下看到一個個橢圓形的綠色小體——葉綠體，還觀察到細胞質和葉綠體的流動后，認識更真實、更直觀。學生不僅會感到很新奇很神奇很驚喜，印象會很深刻，而且還能促進掌握葉綠體的結構和功能。再如，在“探究植物細胞的吸水和失水”中，學生在顯微鏡下看到原生質層和細胞壁發生了分離，就會分析：液泡之所以縮小是由于洋蔥細胞液的濃度小于蔗糖溶液的濃度，細胞就通過滲透作用失水了，而質壁分離復原是洋蔥細胞通過滲透作用吸水了，從而有力地證明了原生質層具有選擇透過性。另外，學生在顯微鏡下親身體驗到具有紫色的洋蔥液泡慢慢地縮小，可以提高生物學的學習興趣。學生通過自己動手操作實驗，使知識的傳授由知識本身過渡到知識產生的過程，因此，學生的實驗過程也就是對知識的掌握過程和驗證過程。這樣，學生既掌握了知識，也培養了實驗操作技能。

2.2 從實驗到探究更具探究性——培養學生的探究能力

科學探究的方式多種多樣。一般來說，探究的一般方法和基本步驟是：觀察現象，提出問題→作出假設→設計實驗→開展實驗→分析結果，得出結論→表達與交流。

生物學實驗有驗證性實驗和探究性實驗，驗證性實驗教材里清楚地介紹實驗的目的要求、材料用具、方法步驟，教師只需注意引導學生體驗實驗過程、獲得實驗結果、形成結論，感受獲取事實證據、得出結論。探究性實驗是在觀察、驗證性實驗的基礎上，對學生實驗能力的進一步加強。探究性實驗不是告知學生該實驗的結果，而是讓學生通過做實驗，自己探究和思考實驗過程，從中獲取有用的信息，加以搜集和整理，理清實驗的思路，再得出結論。學生進行探究性實驗，從中體驗和理解知識形成和發展的過程，對知識的掌握也就牢固，不僅學會了探究知識的方法，而且培養了科學探究精神和探究能力。

例如，在“探究淀粉酶對淀粉和蔗糖水解的作用”前，學生已獲得了一定的基礎知識，即還原糖——麥芽糖遇到斐林試劑會產生磚紅色沉淀，而淀粉和蔗糖不是還原糖，不與斐林試劑發生反應。在實驗過程中，學生觀察到1號（淀粉+淀粉酶）試管中有磚紅色沉淀，而2號（蔗糖+淀粉酶）試管中沒有出現磚紅色沉淀，會促進回憶以前學過的知識。接著，學生再進行分析、思考和探究，就能推測出1號試管中的淀粉被分解成了還原糖，而2號試管中的蔗糖沒有分解。學生還會進一步推想，可能是淀粉在淀粉酶的催化下分解成了還原糖，而淀粉酶對蔗糖不起作用。這樣，學生通過一步步的實驗和探究，得出酶的一個重要特性——專一性。

再如，“檢測生物組織中的還原糖、脂肪和蛋白質”屬于驗證性實驗。驗證性實驗有助于學生理解生物學重要概念、獲得相應的實驗技能。在精心規劃和設計下，這類活動中也可融入探究成分，以發展學生的科學思維和探究能力。教師可以進行如下設計。

（1）在實驗材料的選取上預留出探究空間。課前，教師為每組學生準備蘿卜、花生、大豆三類典型的實驗材料，提供規范的操作方法。此外，還可為全班準備面粉、番茄、馬鈴薯、小白菜、甘藍葉、甘蔗汁、葡萄糖溶液、食用油等易獲取的材料，為部分學生自主選擇實驗材料提供可能。

（2）重視對實驗設計的分析，引導科學探究。學生按照實驗操作檢測，發現蘿卜中有還原糖、花生含脂肪、大豆含蛋白質。教師引導學生思考：在實驗中為什么選擇蘿卜、花生、大豆作為典型的實驗材料？能否有替代品？如果使用其他材料進行實驗，結果又會如何？

（3）圍繞實驗結果展開討論，發展科學思維。在學生小組討論中，教師引導學生思考：生物組織中是否只含有一種物質，如蘿卜中是否只含有還原糖？有沒有蛋白質？能否用蘿卜來檢測蛋白質？能否檢測花生中的還原糖，大豆里的脂肪呢？

該設計在驗證性實驗的基礎上，為學生提供了更為豐富的實驗材料，使原本的驗證性實驗具有了一定的探究空間。在實驗中，教師應注重激發學生主動思考和探究的積極性，使其對實驗原理、材料選擇以及操作要求等有更深刻的理解。這種設計安排在加強學生動手技能、養成實驗室工作習慣、強化生物學概念的同時，也培養了學生的科學思維和科學探究能力。

2.3 從探究到實踐更具開放性——培養學生的創新能力

新課標教材安排很多“實驗·探究”活動。有的屬于開放性的探究，教材里常有“背景知識”“參考案例”“討論”等予以引導，讓學生體驗探究過程，從而對科學過程有切身感受，對科學的本質有所感悟。其中，“參考案例”是供學生設計探究方案時參考用的，既然是參考，教師就未必合適將它當作唯一的、標準的“操作流程”。教師、學生可以根據探究的問題、本校的實際條件等，靈活設計探究方案。這樣給學生提供了更為廣闊的探究空間。學生在實踐過程中，不僅掌握了探究和實踐的方法，習得了相關知識和技能，更培養學生的創新能力。

例如，在“探究植物細胞的吸水和失水”的過程中，教師一方面應嚴格遵守實驗理論，但不一定要拘泥于教材。有些教師有意識地提供了紫色的洋蔥鱗片葉、無色的洋蔥鱗片葉和黑藻等不同的實驗材料，或者不同的濃度的蔗糖溶液和NaCl溶液等不同的試劑等，供學生選擇和探究，給學生提供了選擇和探究的空間。在實驗過程中，有的學生直接用的是質量濃度為0.5 g/mL的蔗糖溶液進行探究實驗，發現質壁分離現象非常明顯；但是，過了一段時間后，再將細胞放入清水中，發現觀察不到質壁分離復原的現象了。那么，他會主動思考引起這種現象的原因。有的學生沒有利用紫色的洋蔥鱗片葉表皮細胞，而是利用洋蔥的無色細胞，但也觀察到了質壁分離現象，只是現象不是很明顯。有的學生選用了物質的量濃度為0.35 g/mL NaCl溶液做實驗，發現也能觀察到質壁分離現象，而且過了一段時間，發現質壁分離又自動復原了。他們都有更多的思考。這樣，學生通過不同的探究和不斷的創新，能更進一步深化對植物細胞滲透吸水和失水原理的認識，同時潛移默化地培養各種創新能力，也為日后獨立完成科學探究活動奠定良好的基礎。

設計性實驗能讓學生對所學知識有更深切的體驗和感受，并要求學生能夠把學到的生物學知識加以綜合并運用到實踐中，解決一些實際問題。設計性實驗要求給學生提供設計的課題和設計的方法，讓學生自己把生物學知識運用到設計的過程中，學生通過自己設計，自己操作，自己觀察，興趣非常濃厚，培養了創新的能力。例如，“嘗試制作真核細胞的三維結構模型”是開放性設計性實驗，學生可以利用節假日如國慶假期或寒假時間完成。從學生上交的模型，可以看出學生在課余時間傾注了大量的時間和精力，有的設計構建的模型非常新穎獨特，有的設計構建的模型美觀漂亮。只要給學生提供一切創新的機會，他們就會迸發出創新的火花。

總之，“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。學習自然科學時，如果全都是紙上得來，學生沒有做科學的實踐體驗，沒有做科學過程中對科學的感悟，沒有經歷成功的喜悅和挫折的洗禮，就無法養成嚴謹的科學精神，也無法養成科學探究的方法和能力。因此，克服困難、扎扎實實開展實驗教學，是每一個有追求的生物學教師應該努力的。