高中生物“預實驗”的創新設計與實施效果

吳妙說

【摘要】高中生物學實驗教學課堂效率提高的重要策略之一是注重并進行預實驗。預實驗可檢驗實驗設計的科學性、嚴謹性和可行性，通過預實驗選取最佳實驗材料，并不斷探索創新，改進一些實驗的傳統方法，優化實驗結果提高實驗教學效率，有效提升學生的探究與創新能力以及提高學生學習生物學的興趣。

【關鍵詞】生物學；實驗探究；預實驗；創新

高中生物學課程教學內容中包含較多的實驗活動。生物學實驗活動既可以激發學生學習生物學的興趣，也可以讓學生形成生物學的核心概念，獲得基礎知識和基本技能，幫助學生形成批判性思維、創造性思維等，提高觀察、實驗探究、實踐和創新能力，使學生具備“科學探究”等生物學學科核心素養。因此，提高生物學實驗課堂的教學效率是重中之重。注重并開展預實驗是提高生物實驗課堂教學效率的重要策略，預實驗也是實驗過程中不可缺少的重要環節。

預實驗是指在學生大規模進行正式實驗之前預先完成小范圍的實驗。它可以由教師、實驗員或學生興趣小組完成，為實驗順利進行而摸索出更優的條件，最終檢驗實驗設計的科學性與可行性。

一、預實驗的重要作用

通過預實驗可以防止由于實驗方案設計不夠完善、實驗材料選取不佳、某些環節準備不周全，而導致開展大規模正式實驗時產生的物資、時間、人力、財力上的浪費等情況，以及減免對環境造成的污染和破壞。每次實驗課之前，教師必須對每個實驗項目都一一認真進行預實驗，目的是通過預實驗篩選出最佳的實驗材料、用具和藥品，檢測試劑配制的適宜濃度和效果，摸索出最精準最優的實驗條件，減免實驗中可能的各種誤差，對實驗各個環節進行排查，以檢驗實驗的設計是否科學、嚴謹、可行。教師還可以通過預實驗過程熟悉實驗項目基礎操作過程，改進不利于實驗的操作方法，進而形成標準化的操作流程，同時提高自身的實驗操作技能。對預實驗過程中出現的種種問題或可能出現的問題進行綜合分析，找出可能的原因和解決的方法，并將這些發現設計成學生的學習問題，增加在實驗過程中學生的思維力度，有效提升學生的探究與創新能力。

二、預實驗的創新設計

1.在預實驗中對比，選取最佳的實驗材料

最佳的實驗材料是生物學實驗成功的前提條件，能幫助學生更順利地完成實驗操作過程且觀察到更明顯有效的實驗結果。預實驗中教師采用多種實驗材料進行實驗，包含教科書、教師教學用書實驗項目中建議的常規選用實驗材料以及教師根據當地的自然環境和周邊資源嘗試一些常見的可選用材料，經過多次預實驗觀察和對比，篩選出既符合實驗目的要求又出現明顯實驗效果的、易于獲得和成本較低的實驗材料。

案例1：在進行“檢測生物組織中的還原糖”預實驗中，我們嘗試了很多種植物材料，如蘋果、香梨、皇冠梨、沙梨、白菜葉（或梗）、白蘿卜等，多次榨汁、過濾、稀釋后一一進行鑒定試驗。試驗后發現一些常用材料的不足之處：蘋果、香梨、皇冠梨這三種材料比較容易氧化成黃褐色，影響實驗結果；白菜葉（或梗）、白蘿卜兩種材料由于還原糖的含量不高，實驗結果不夠明顯。對比后發現，沙梨汁經過稀釋，幾個小時內都不易被氧化，而且實驗結果中沙梨汁組中出現的磚紅色顏色最深，實驗結果在幾種材料中最明顯。

案列2：“通過模擬實驗探究膜的透性”演示實驗的成功關鍵在于半透膜的選擇。在預實驗中分別嘗試幾種常見的半透膜材料，如豬腸衣、卵殼膜、豬膀胱膜、玻璃紙、魚鰾等，觀察對比滲透現象結果，最后選定的材料是現象明顯、耗時最短、來源廣泛的卵殼膜而非玻璃紙。制備卵殼膜的方法是將雞蛋敲出一個小洞后去掉蛋清與蛋黃，用15%的鹽酸溶液浸泡雞蛋殼。這種方法很快就可以制成卵殼膜，比直接剝離外殼的方法更簡單，得到的卵殼膜比較完整。

案列3：在進行“探究生長素類似物對扦插枝條生根的影響”探究活動的預實驗中，分別選用了當地常見的、校園內取材比較方便的多種插條種類，如印度紫檀、散沫花、三角梅、翠蘆莉（別名為蘭花草或藍花草）、富貴竹等。在預實驗時用一系列適宜濃度的萘乙酸溶液和清水浸泡以上幾種插條，觀察發現，綜合對比結果：富貴竹在一周左右生出較多不定根，但是富貴竹需要在花卉市場購買，實驗成本較高；印度紫檀、三角梅是海南非常常見的行道樹木和觀賞花卉，取材容易，但是生根時間較長，大約兩周左右，且生出的不定根較少；散沫花的幼枝約4-5天能生根，生出不定根較多，可是此樹種并非海南各學校的常見樹木，不易大量獲取。在正式實驗時以本校園內栽種花卉品種翠蘆莉枝條作為該實驗的材料，翠蘆莉是海南常見的觀賞花卉，取材方便；翠蘆莉在3-5天就可以生出比較多不定根，實驗效果顯著，還縮短了學生利用課外時間持續觀察實驗結果的時長。

2.不斷探索改進預實驗的實驗方法

做預實驗時，實驗方法一般按照教材上或者教師參考用書上的傳統常規方法進行操作，有時實驗結果不理想，甚至與預期結果相差甚遠，必須再反復做預實驗并分析原因，不斷嘗試做一些創新，改進實驗方法。

案例1：驗證性實驗雖然能使學生快速有效地學習到所要掌握的基礎知識，但學生的自主理解能力、創新能力以及學習的積極性均受到一定束縛，不能有效激發學生學習生物實驗的興趣。相比之下，進行探究實驗，更能使學生掌握實驗操作技能，培養學生的生物學科探究思維以及創新能力，調動學生對生物實驗的激情。高中生物學必修一中的“檢測生物組織中的還原糖、淀粉、脂肪和蛋白質”實驗，是常規的驗證性實驗。經過多次預實驗摸索，筆者認為在驗證實驗的基礎上將此實驗進一步探究，具體方案如下：配制出一定濃度的沙梨汁（還原糖）、馬鈴薯汁（淀粉）、蛋清稀釋液（蛋白質）、花生勻漿（脂肪），分別放在4個燒杯里面并編號為1—4號待測樣液，不注明各個燒杯中裝的是什么物質成分，讓學生設計實驗探究方案，通過觀察鑒定顏色反應差異區分出各種組織待測樣液物質含量差異，鑒定1—4號待測樣液分別對應的是主要含有哪種物質成分，實現驗證性實驗到探究性實驗的轉變，既可以達到實驗目的，讓學生掌握實驗原理等知識，還可以提高學生實驗操作能力和學習興趣。

案例2：探究實驗的設計方案必須要不斷地修改和完善，通過預實驗對實驗方案進行檢驗，可以進一步優化實驗程序，改進具體實驗操作方法，使實驗結果更明顯直觀化。在“探究pH對酶活性的影響”實驗設計方案中，選用實驗器材：（1）體積分數為3%的過氧化氫（H2O2）溶液；（2）pH =3、5、7、9、11 （或pH =1、4、7、10、13）的緩沖液；（3）新鮮的質量分數為3%的肝臟研磨液（雞肝或豬肝）；（4）10ml玻璃瓶；（5）不帶針頭的塑料注射器；（6）帶孔橡膠塞（孔徑與注射器塑料頭對應緊密）。方法步驟設計如表1：

通過實驗方案的改進，實驗結果的觀測指標（注射器向上移動的距離）更直觀明了，能讓學生更深入地理解pH對酶活性的影響結果以及掌握曲線圖的觀察方法。

總之，教師的預實驗活動是連接高中生物學實驗課程教學和學生實驗探究活動的橋梁，是實驗教學中不可跨越和不容忽略的重要環節。做好預實驗這一環節，是保證學生成功順利完成實驗和提高實驗課堂教學效率的必要過程，也成為生物學教師提升個人實驗操作能力的最佳手段。

【參考文獻】

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