生物實驗“探究思維”的培養

謝奇

現行的生物課程標準和《考試說明》對中學生物實驗均有明確的教學要求。教師應該在高一、二年就對學生加強實驗探究思維培養，使學生逐步理解生物學科中實驗的基本原理，實驗方法和常用的手段，初步形成實驗探究思維，為高三的進一步提高和形成較系統的實驗探究思維打下基礎。

2006年高中新課程改革已經在我省全面開展實施，現行的生物課程標準和《2011年高考福建省理科綜合考試說明》對中學生物實驗均有明確的教學要求。考試說明對考生實驗與探究能力的要求是：（1）能獨立完成“生物知識內容表”所列的生物實驗。包括理解實驗目的、原理、方法和操作步驟，掌握相關的操作技能，并能將這些實驗涉及的方法和技能進行綜合的運用；（2）具備驗證簡單生物學事實的能力，并能對實驗現象和結果進行解釋、分析和處理；（3）具有對一些生物學問題進行初步探究的能力。包括運用觀察、實驗與調查、假說演繹、建立模型與系統分析等科學研究方法；（4）能對一些簡單的實驗方案作出恰當的評價和修改。這與歷年的高考要求相似，實驗類試題仍是重中之重。但從多年高三教學過程來看，學生對實驗類試題普遍感覺難度很大，有部分學生甚至對實驗類試題產生畏難情緒，這也導致高考中得分不理想。要解決這一難題，僅靠高三的專題復習和訓練是不夠的，更重要的是教師應該在高一、二年就對學生加強實驗探究思維培養，使學生通過學習逐步理解生物學科中實驗的基本原理，實驗方法和常用的手段，初步形成實驗探究思維，為高三的進一步提高和形成較系統的實驗探究思維打下基礎。在教學過程中，我注意把握了以下幾點，取得了較好的教學效果。

一、學會觀察，培養思維的深刻性

觀察是有目的、有計劃的一種思維知覺，是實驗探究的基礎，也是智力的一個組成成分。學生是否懂得如何觀察，是否具有認真的觀察習慣，將很大程度決定著探究活動的效果和質量。所以，在教學過程中，能讓學生觀察的盡量讓學生觀察，以促進其觀察力的發展。演示實驗教學是培養學生觀察能力的最重要途徑，雖然現行教材中沒有演示實驗，教師可以結合教學內容的需要及學生特點安排演示實驗。但學生對演示實驗往往表現出來的是注意力不集中，目的不明確，主次分不清，因而忽略了本質現象，那么教師在演示實驗教學中，除交代實驗儀器，裝置特點，實驗目的和原理之外，更應向學生指出觀察的重點和方法，讓學生了解“看什么，怎么看”，變“觀看實驗”為“觀察實驗”，以培養學生的觀察能力和思維的深刻性。如果進行課堂演示實驗，盡可能讓學生觀察到實驗的全過程，在認真觀察之后學生能夠提出問題、開展討論、自己得出結論那就更好了。在一次演示“斐林試劑檢測還原性糖”的實驗中，我讓學生觀察了每一步操作和實驗現象，最后一步用水浴加熱約2min，結果沒得到磚紅色的氧化亞銅沉淀，而得到了黑色氧化銅沉淀。這是怎么回事呢？學生的情緒被調動了起來，并相互討論積極尋找原因。最后得出結論：氧化亞銅極不穩定，在緩慢的水浴加熱過程中被氧氣氧化生成CuO；另外，Cu（OH）2在緩慢水浴加熱過程中分解也生成CuO，失去了與還原性糖發生氧化還原反應的能力。通過觀察，學生不僅真正地理解什么是科學的觀察，更讓學生感受到生物學作為一門科學需要嚴謹、細致、認真的態度和方法，更激發起學生學習生物學的興趣。

二、注重實踐，培養探究思維

生物是一門實驗科學，教材中的實驗、探究與教學內容緊密聯系，相輔相成，讓學生實踐，對學生理解、掌握生物學基礎知識，培養實驗與探究能力非常必要。從實驗類型看，有觀察類的，如“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”；有檢測類的，如“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質”；還有很多探究類的，如“探究植物細胞的吸水和失水”。在每一個實驗的過程中，從實驗意念的產生到實驗方案的設計，從實驗結果的分析到實驗報告的完成，每一步都有思維活動，每一步都是思維的結果。可見，進行生物實驗能把學生帶入問題情境，使學生在分析實驗問題、解決實驗問題中鍛煉思維能力。學習過程中，學生對分組實驗課都非常感興趣，教師只要組織得當，引導得法，學生就能在完成實驗的同時，從中感受到教材中實驗設計和操作的規范性和嚴謹性，從而逐步構建實驗的基本框架和形成基本的實驗探究思路。這次課改教材中探究類實驗的比例明顯增大，對培養學生的探究性思維非常有幫助。剛接觸探究實驗時，學生基本沒有頭緒，教師要對第一個探究實驗：“探究植物細胞的吸水和失水”多花心思，幫助學生分析，引導他們初步掌握探究的流程；學到第二個探究實驗：“探究影響酶活性的條件”，學生有了初步的探究思維能力，可以讓他們自行設計實驗方案，再由教師加以分析、引導，小組討論、完善，最后付諸實踐；之后還可以進行小組交流，發現問題，進一步探究。這個過程不僅使學生對實驗探究有了進一步的認識，也鍛煉了學生的探究思維能力，為后面探究實驗的進行打下了良好的基礎。

三、積極思考，發展探究思維

教學中要給學生留下獨立思考的時空，讓他們自己去探究，拓展思維活動的廣度和深度，去尋找解決問題的辦法，從而達到“真會”和“真能”。生物學新教材，在引言和正文中都提出了一些富于啟發性的問題，引導學生思考。如在講到“DNA與基因的關系”時，讓學生先閱讀四則資料和圖片，然后給出思考方向，讓學生討論：（1）生物體內的DNA分子數與基因數目相同嗎？生物體內所有基因的堿基總數與DNA分子數的堿基總數相同嗎？如果不同，說明什么？（2）你如何理解基因具有遺傳效應？請從DNA水平上給基因下的定義。這時候，教師要給學生充分思考的時間，適當加以引導，讓學生自己得出DNA與基因的關系。當然，在教學過程中，教師也要積極設計有啟發性和趣味性的問題，創設情境，促進學生創新思維能力的發展。例如在講解“豚鼠胰腺細胞分泌物形成過程”時，我設計了以下一系列問題：（1）這里用3H標記亮氨酸的目的是什么？為什么用3H標記？還可以用其他元素標記嗎？（2）為什么注射氨基酸，而不是核苷酸？氨基酸與蛋白質是什么關系？（3）3min后，被標記的氨基酸出現在附著核糖體的內質網上說明了什么？17min和117min后被標記的氨基酸相繼出現在哪些部位？（4）與此分泌物的合成和分泌有關的結構有哪些？合成和分泌過程需要能量嗎？（5）這些分泌物的合成和運輸的方向怎樣？在核糖體上合成的分泌蛋白，為什么要經過內質網和高爾基體，而不是直接運輸到細胞膜？內質網和高爾基體起到什么作用？這些由淺入深的問題不僅有助于學生理解，更激發了學生思維和探究問題的興趣，取得了良好的教學效果。

四、精選練習，引導學生探究思維的發展

對學生來說，考試、練習是他們平時學習的風向標，考試試題對他們的學習有很大的導向性。我們在基礎年段的月考、期中、期末考試試題中，加大實驗探究類試題的設置，既有利于固鞏學生所學的知識，又有利于實驗探究思維的培養，更能通過考試使學生不斷彌補缺陷，總結提高。同時實驗探究類試題的設置，本身也是對實驗探究思維的的一種訓練。通過具體的實驗探究類問題的解決，學生的分析、綜合、抽象和概括能力都得到訓練和提高，也為高三的專題復習作了準備。

恰當引用經典的高考實驗類試題，能增強學生解決此類試題的自信心。高考中實驗類試題對許多高三學生來說是比較難的，那么對高一、高二的學生是不是就更難呢？答案是不一定的。如在突破質壁分離和復原這個問題時，我們引用2005·全國卷Ⅱ（30）回答下列問題：植物葉片表皮上分布有大量的氣孔，氣孔結構如圖所示。當組成氣孔的細胞（保衛細胞）吸水后，會膨脹變形，氣孔開啟；反之細胞失水收縮，氣孔關閉。請以放置一小段時間的菠菜為材料設計一個實驗，證明氣孔具有開啟和關閉的功能。要求寫出實驗材料與主要用具、實驗步驟、預測實驗結果并作出解釋。

學生感覺此題非常有趣，有挑戰性，并且能夠解決。所以，如果我們在新課教學過程，恰當的引入一些經典實驗類試題進行分析，既有利于對教材難點知識的突破，又能吸引學生的注意力，更重要的是通過這類高考試題的分析，極大的增強了學生解決此類試題的自信心。