在生物實驗教學中培養學生創新精神與實踐能力

摘要： 生物學是一門以實驗為基礎的自然科學，實驗操作能力是學生素質的主要體現之一，在實驗中培養學生創造性思維，對素質教育的發展有很好的推動作用。本文作者以“植物細胞質壁分離和質壁分離復原”實驗為例，闡述了實驗的過程與方法， 并對實驗結果作進一步的研究、討論、分析，從而引發相關的思考。

關鍵詞： 生物學 探究性實驗 創新精神 實踐能力 培養

1.問題的提出

江澤民同志曾指出：“創新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力。”培養學生的創新精神與實踐能力，是當今素質教育的要求，也是生物教學的一項重要任務。

生物學是一門以實驗為基礎的自然科學，實驗操作能力是學生素質的主要體現方式之一。新課改對大專學生的實驗操作能力提出了更高的要求。但是，課本實驗大多還是驗證型實驗，少有探究性實驗，且實驗的結果、現象一般來說是學生事先已知道的。同時，由于受傳統教育觀念制約，課堂教學過程往往會出現“考什么，教什么”、“教什么，學什么”的傾向，重知識灌輸，輕能力培養，學生往往進行被動學習。這在一定程度上限制了學生的創新精神與實踐能力的培養。筆者認為：在實驗中培養學生的創造性思維，對素質教育的發展能起到很好的推動作用。下面以“植物細胞的質壁分離和質壁分離復原”這一實驗教學內容為例作些初步探索。

2.過程與方法

2.1實驗設計

首先全班學生都做書本上設定的以30%蔗糖溶液為滲透劑進行質壁分離及其復原實驗。然后進行分組實驗：把本班48位學生分成A—F六個小組，一排四桌8位學生為一個小組，教師引導學生探索不同濃度的滲透溶液對植物細胞的質壁分離及其復原在時間上的影響，從而加深理解引起質壁分離的外界條件及與濃度的關系。

2.2計時方法

質壁分離：從滴滲透液始至開始產生質壁分離止。

質壁分離復原：從滴清水始至完全復原止。

2.3過程與結果

2.3.1常規實驗。采用30%蔗糖溶液做滲透劑，觀察質壁分離現象，從滴滲透液開始用秒表計時，110秒左右就可觀察到質壁分離現象；再滴加清水后，140秒左右觀察到質壁分離復原現象。

2.3.2探究型實驗。在完成教材所規定的基本實驗后，教師提出如下問題：“本實驗中使用的蔗糖溶液，如濃度高于30%，則實驗的結果有什么不同？”“除蔗糖溶液外，想一想，能否用其它溶液來替代？”問題提出后，學生情緒高昂，躍躍欲試。對于蔗糖溶液濃度，有學生建議：采用40%，也有說采用35%，更有提出用50%。對于能否用其它溶液來替代蔗糖溶液，農村學生更有生活體驗：“蕃茄片加食糖后有較多水分析出；青菜加鹽腌制后，也有許多水分析出，所以我們用一定濃度的NaCl溶液也能使洋蔥表皮細胞產生質壁分離。”是不是這樣呢？為便于實驗，我們進行分組實驗：A—F六個小組分別采用35%、40%、50%蔗糖溶液；5%、10%、15%NaCl溶液進行探究型實驗。實驗結果如下：

2.4實驗總結

教師請學生全面觀察上述兩個表格，然后發表看法。同時教師提出如下問題：“滴加上述溶液后，原先紫色的洋蔥鱗葉表皮細胞發生了什么變化？”“同一溶質不同濃度的滲透溶液，產生質壁分離及其復原在時間上有何不同？”學生通過分析比較上表數據后，爭先恐后地回答：“上述濃度的溶液都能引起細胞內紫色部分收縮。”“細胞失水，引起質壁分離。”“同一溶質的溶液，隨著濃度的升高，引起質壁分離的時間縮短。”通過自身實踐，學生自然而然地理解了植物細胞發生質壁分離及其復原的外界條件，即當細胞外溶液度高于細胞液濃度時，細胞失水；反之，細胞就吸水。同時還了解了：“外界濃度越濃，細胞失水越快。”通過這節課的實驗，絕大部分學生都能理解植物細胞失水、吸水的原理，從而為下節課進述“水分的吸收”作了很好的鋪墊，以實現知識的遷移。同時，采用40%蔗糖溶液、15%NaCl溶液作為滲透液進行實驗的兩個小組學生還注意到：在表中所列質壁分離復原相應時間上，尚有少部分細胞還未完全復原，甚至個別細胞根本就無法復原。采用50%蔗糖溶液作滲透劑進行實驗的一個小組學生注意到：觀察到質壁分離現象后，再滴加清水，細胞已無法復原。我請學生們再思考和討論。有學生說：“可能濃度太高，細胞已腌死了。”（細胞過度失水，細胞已死亡）說明活細胞才具有滲透作用。

經過親身實踐，學生還發現：在氣溫較高的情況下，用40%蔗糖溶液，10%、15%NaCl溶液做本實驗的滲透溶液不是最適宜的。因為采用上述濃度的溶液雖然可縮短質壁分離復原時間，但質壁分離時間過快，往往還沒看仔細，細胞已過度失水，致使滴清水后，質壁分離時間延長，甚至有些細胞已根本無法復原了。采用50%蔗糖溶液做滲透劑的，更使細胞無法復原。通過實踐，學生一致認為：用30%蔗糖溶液作為本實驗的滲透溶液是比較理想的，兩分鐘左右觀察到質壁分離現象后，再滴加清水，三分鐘左右絕大部分細胞都能較快復原。通過走一遍生物學工作者走的探索之路，學生加深了對本驗中所用試劑的適宜濃度的認識，同時也培養了學生的探索精神、科學思維能力和求真、求實的科學態度。

3.研究結果

通過引導探索高濃度溶液、不同溶液對植物細胞質壁分離及其復原在時間上的影響，激發學生的好奇心和求知欲，培養學生學習生物學的濃厚興趣，從中也培養學生的發散性思維、創造性思維能力，點燃學生智慧的火花。筆者發現：在以后的其它實驗教學和課本理論知識課堂教學中，學生在教師的啟發引導下，也能表現出思維活躍，提出一些爭議性的問題，供課內或課外討論。

4.分析討論

“植物細胞的質壁分離與質壁分離復原”這一實驗是一個很好的探究性實驗。教師設置懸念，學生產生“實驗到底如何？”的好奇心，對實驗操作有一種迫切“試一試”的懸念心理，學生帶著一種期待的心理去學習，從而激起學生學習的濃厚興趣，充分調動全體學生的積極性，把“被動性學習”轉變為“主動性學習”，讓學生在思維、實踐和創新活動中成長和發展，努力體現“以教師為主導，以學生為主體”的素質教育理念。基于課堂教學的實際效果和當今素質教育對基礎教育的要求，筆者做了以上初步嘗試并作如下思考：

4.1傳統的驗證性實驗在培養學生的動手能力、鞏固課堂知識方面固然有它的優點，但它畢竟是驗證已知的知識，實驗結果、實驗現象一般來說是學生事前知道的，學生不過是動手操作驗證書本知識而已。這樣就不能最大限度地調動全體學生的學習積極性，不能充分發揮學生的主體作用，因而也不利于學生學習能力的提高。學生按照既定的實驗步驟，按部就班，得出與書本上相同的結果，實驗就算成功。這種簡單劃一的教學方式，同樣也不利于課堂教學中學生創造性思維能力的培養。

4.2探究性實驗的特點是學生事前不知道答案，對學生富有挑戰性。教師通過設置懸念，啟發引導，讓學生積極思考，獨立探究，自行發現并掌握原理，獨立實現認識過程。不墨守成規，突破書本材料、試劑等限制，給予學生探討的余地，培養學生探究的意識，讓學生自始至終積極參與教學全過程，從而完成知識的遷移和能力的轉化。因此，生物實驗教學不僅僅是單純驗證，更應啟發探索，培養學生觀察問題、分析問題、解決問題的能力。

4.3從大專學生的思維特點看，他們在感知和觀察方面比中學生更富有目的性、全面性、深刻性和批判性，其想象力已能圍繞問題進行連貫的構思，善于獨立地提出問題和解決問題，喜歡探討問題發生的原因。大專學習時期，是一個未來教師成長的關鍵時期。這一時期教育的成果，將在很大程度上決定著一個人、一個民族的創新活力。因此，在生物學教學中，教師更應注意因勢利導，培養學生探索思維的習慣和意識。

4.4在探究式教學活動中，教師應注意以下幾點：

4.4.1精心準備，避免盲目性。如本文所述實驗中，對“蔗糖溶液濃度高于30%，則實驗結果有什么不同？”這個“高濃度”到底高到多少？“NaCl溶液相應地設置哪些梯度？”這些都需在課前預先設計好。為此，在本實驗課前準備過程中，筆者請幾位小組長和教師一起配制滲透溶液。這也就是本文選用六種滲透液的依據。

4.4.2因勢利導，避免隨意性。學生的思維、探索過程離不開教師的啟發引導，由淺入深、由表及里、步步深入、避免學生脫離探索的軌道。

4.4.3精講多議，突出主體性。充分發揮以教師為主導，以學生為主體的作用。課堂教學中，避免教師一個人唱“獨腳戲”，講解過多，占用較多時間；而應充分發揮全體學生的主觀能動性，給學生思考、探索、討論的余地，盡力為學生創造一個探索、創建思維的空間。

4.4.4總結討論，體現目的性。本文所述探究性實驗的流程可歸納為：“定向質疑→設計方案→探索實踐→歸納總結”。記錄的分析、實驗總結是探究性實驗的重要環節。對實驗中出現的一些問題、不同的實驗現象和結果，通過分析、討論，教師要進行恰當的評價，并正確指導學生撰寫實驗報告。

當今，全國的教學改革進行得如火如荼，如何加強探究式教學，激發學生的獨立思考和創新意識，進而培養學生的精神和實踐能力，全面推進素質教育，是我們廣大教育工作者必須正視并亟需研究的重要課題。

參考文獻：

［1］馬煒梁主編.生物教學.華東師范大學出版社，1999，（4）.

［2］王蒙瑪著.感悟生命——談中學生物的教與學.上海教育出版社，1999.10，第1版