巧變教材實驗 培養科學思維

婁志義 程紅梅

[摘 要]生物實驗是培養學生科學思維和科學探究能力的重要手段，而生物實驗的有效開展對高中生物的教學至關重要，在進行實驗教學時，可以對現有的教材實驗加以改進和創新來引導和組織學生進行探究，從而提高學生的科學素養，培養學生的科學思維。

[關鍵詞]科學思維;教材實驗;核心素養

[中圖分類號]? ? G633.91? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）17-0095-02

新一輪的課程改革提倡以核心素養為導向的教學模式，要培養學生用科學的觀點、知識、思維和方法去解決實際問題。生物學科要求從生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個方面提升學生的核心素養。

生物實驗是培養學生科學思維和科學探究能力的重要手段。高中生物教材中，所涉及的實驗包括驗證性實驗、探究性實驗和自主設計實驗三種類型，其中以驗證性實驗居多，而探究性實驗則較少。驗證性實驗是在已經知道實驗結果和現象的基礎上加以操作，實驗所用的材料用具、實驗所依據的原理及操作步驟都是書本給定的，學生是在被動的情況下完成實驗的，很難啟發學生主動思考，無法培養學生的科學思維和科學探究能力。相反，探究性實驗是在結果、現象未知的情況下通過設計實驗去探索，進而獲得結論，在探究實驗過程中，學生需要對實驗原理、實驗材料、實驗步驟及結果的檢測加以認真思考，這對培養學生的科學思維是非常有利的。

為了達到新課程標準對培養學生科學思維和科學探究能力的要求，教師在進行實驗教學時，可以對現有的教材實驗加以改進和創新，對實驗目的、實驗材料、實驗試劑、實驗裝置以及過程等方面進行重新思考，加以改變，使學生的思考和探究貫穿整個實驗過程，從而實現提高學生科學素養的目標。

一、創新實驗目的

教材中的很多驗證性實驗，如果對其實驗目的加以創新，就能變成探究性實驗，引發學生思考與探究。例如“植物細胞的吸水和失水”實驗，如果在教材實驗的基礎上，對實驗目的加以創新，改為“測定紫色洋蔥外表皮細胞液的濃度”，就可以進一步引導學生去設計實驗進行探究，強化學生的實驗設計能力和創新意識，提高學生的知識運用能力。這樣，既實現了原實驗設定的教學目標，也使該實驗在要求上提高了一個層次[1]。又如“葉綠體中色素的提取與分離”實驗，可以創新實驗目的為“比較不同葉片中的色素含量”，學生可能會觀察思考采集哪些葉片進行實驗，如何說明不同葉片中的色素含量等問題。再如“檢測生物組織中的還原糖、脂肪和蛋白質”實驗，可將其實驗目的創新為“植物種子中化學成分的探究”，給學生提供小麥、大豆、花生等作物種子，由學生結合教材實驗的原理設計出實驗，探索其中的化學成分。

二、準備實驗材料和試劑

通常，實驗中所用的實驗材料都是由實驗員根據教材要求提供的，實驗所需的試劑也是由實驗員提前準備或配制的，這樣給學生思考的空間就很有限。對于一些簡單的、日常生活中就能獲得的材料，如讓學生自己參與準備的話，則有利于培養學生的思維能力，也有助于培養學生的生活能力，促進學生接觸大自然，培養社會責任感。例如“檢測生物組織中的還原糖、脂肪和蛋白質”實驗，教材提供的實驗材料是蘋果或梨勻漿、馬鈴薯勻漿、花生種子、豆漿、鮮肝研磨液等，這些材料是常用的生活必需品，很容易獲得，完全可以提前布置給學生去準備。有的學生在準備的過程中，會想到對其他的生物材料進行檢測，他們會準備好帶到實驗室進行實驗，這樣不僅激發了學生的實驗興趣，還培養了學生的科學探究能力。又如“用高倍鏡觀察線粒體和葉綠體”實驗，所需的菠菜葉片可讓學生自己尋找取材，也可以鼓勵學生尋找其他的替代品;“葉綠體中色素的提取與分離”實驗可讓學生自帶葉片，小組學生進行比較，研究不同葉片中的色素含量問題[2]。同樣，實驗試劑的準備，在條件允許的情況下，也可以選取少數學生參與。例如，配制氯化鈉溶液、不同濃度的硫酸銅溶液等簡單的試劑，可以完全由學生配制;而對甲基綠吡羅紅染液、解離液和層析液等需要不同試劑配制的混合試劑，可由教師指導學生動手操作完成。這樣，學生在配制的過程中，不僅掌握了試劑配比、使用和保存等知識，也充分調動了實驗的積極性。總之，讓學生參與到實驗材料或實驗試劑的準備過程中，學生會對實驗原理有更透徹的理解，對實驗的過程、結果和結論也能投入更多的思考。

三、改變順序，引導探究

教材中有許多實驗，尤其是驗證性實驗，都是在學生學完相應的知識后進行的，如果我們能對課程進行順序調整，即先實驗后上課，則有利于學生進行思考探究。

例如，教材中“用高倍鏡觀察線粒體和葉綠體”實驗是安排在學習線粒體和葉綠體的形態特征之后再進行實驗驗證的，教師完全可以先安排學生進行實驗，觀察比較線粒體和葉綠體的外部形態。雖然只是調整了講課與實驗的先后順序，卻將驗證性實驗改成了探究性實驗，引導學生親自構建知識體系，此過程的心理體驗也是學生非常重要的收獲[3]。

教材中還有一些經典的實驗，如“植物生長的向光性”，教師通常采用在課堂上引導學生觀察實驗現象并解釋原理的方法進行教學。教師完全可以在課前數天布置給學生去進行實驗，然后課上進行分享總結。教師可提前數天向學生介紹小麥胚芽鞘，明確實驗目的，將萌發的小麥胚芽鞘實驗裝置放在教室適宜的位置，由學生連續觀察記錄實驗現象，等到上課時，讓學生分析實驗現象。這樣一來，教學就實現了從先做探究性實驗到觀察現象再到分析實驗現象的轉變。得到的結論既有事實依據，也能讓學生對知識的理解更加深刻。

四、拓展實驗，延伸思維

教材中關于“捕獲光能的色素”部分，介紹了綠葉中含有葉綠素和類胡蘿卜素，因為葉綠素含量較多，而使得絕大部分葉片呈現綠色。同時學生也通過“綠葉中色素的提取和分離”實驗，對綠葉中四種色素的含量有了比較清楚的認識。教師在此基礎上進一步設疑：為什么有的葉片到了冬天會變成黃色？楓葉為什么變紅色？學生進一步探究，應用上述實驗層析法的原理，學生只能分離出類胡蘿卜素。學生可以解釋因為冬天氣溫下降，葉綠素易分解，所以葉片會變成黃色，卻很難解釋楓葉變紅的現象，因為其中含有的花青素是水溶性色素，不能通過層析法分離出來。

教師可進一步引導學生設計有關花青素的實驗，并親自動手操作，直觀了解花青素的性質和作用。花瓣的紅、藍、紫等顏色是由花青素的作用形成的，楓葉的顏色變化也與其有關，秋后因為溫度的變化，楓葉中花青素的含量也迅速增加，這種花青素非常不穩定，只要酸堿度、濕度等稍有變化，它的顏色也就隨著變化。它和酸性物質結合呈現紅色，和堿性物質結合呈現藍色，中性時便呈現紫色。由此可知，如果含有花青素多的花朵遇到酸性或堿性物質時，就會明顯地改變顏色。因而教師可以利用此原理設計實驗檢測花青素的存在及性質。

取兩個小燒杯，分別加入少量鹽酸或氨水，加以攪動，用試管夾夾住花瓣放入燒杯，注意花朵不直接接觸鹽酸或氨水，讓揮發的鹽酸或氨氣作用于花瓣，用培養皿蓋住燒杯口。可以選用粉紅色康乃馨、月季以及紫紅色的牽牛花等放進鹽酸的燒杯中進行實驗，短時間可見花瓣顏色發生變化。也可選用淺藍色牽牛花、鳶尾等放入氨水的燒杯中進行實驗，花瓣會發生變色，變色現象可保持較長時間[4]。一系列實驗做完后，學生對色素的分布、含量及性質等有了完整的認識，科學思維和科學探究能力也得到了有效提升。

五、將課堂實驗向課外拓展延伸

按照新課程標準的要求，教師應打破課堂內外的約束，有計劃地安排好需要較長時間才能完成的實驗，包括必要的調查、探究活動等，充分利用多種教學資源，保證活動時間的落實。課堂教學時間是有限的，而有些探究性實驗需要時間又比較長，不可能都在課內完成，像“植物向性運動的實驗設計”“探索生長素類似物促進插條生根的最適濃度”“探究培養液中酵母菌數量的動態變化”等實驗均無法在一節課內完成，對此教師可通過小組課外活動進行實驗，課堂交流共享做法，將課堂實驗向課外拓展延伸。另外，還有一些實驗，如 “制作真核細胞的三維結構模型”“制作DNA雙螺旋結構模型”等，雖然在課堂上也可以完成，但是教師可以引導學生合理安排課內學習和課外制作時間，以小組為單位在課外完成，并將成果在課堂上進行展示[3]。這樣，就將課內和課外學習整合為一個有機整體，學生在自然環境中的探究活動將決定他們學習的深度和能力。

實驗是高中生物教學中的重要內容，通過實驗，學生可以鞏固所學的知識和所掌握的技能，激發探究和發現知識的興趣，學會發現問題、探索問題并解決問題。在開展實驗前，教師應結合學校實際進行充分的準備與合理的改進，引導學生開發新的實驗方法，大膽放手讓學生對已設計的實驗進行操作。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 吳永剛.淺議高中生物實驗的改進策略[J].中學生物教學，2017（12）：42-43.

[2]? 張杰，王靜.小議高中生物實驗的一些改進[J].中華少年，2016（4）：117.

[3]? 張淑偉.高中生物實驗改進與創新[D].石家莊：河北師范大學，2012.

[4]? 符春鋒，張巖.生物小實驗兩則[J].中學生物學，2014（10）：47.

（責任編輯 黃春香）