淺談新課程背景下的創新式生物實驗教學

生物學是一門實驗性學科，生物實驗教學是生物教學的重要內容之一。生物實驗教學既可以使學生掌握生物科學知識和生物實驗技能，又有利于學生進行科學方法的訓練，培養學生發散性思維和創新精神，發展學生的創造能力，使學生形成嚴謹求實的態度及追求真理的科學精神。因而教師應充分利用生物學實驗的優勢，重視實驗教學與技術創新，發展學生的創造能力。下面，筆者結合高中生物教學實踐，就新課程背景下創新式生物實驗教學中的一些嘗試，談幾點體會，與大家一起商榷。

一、根據課本實驗，發揮模仿作用，發展學生的創造能力

中學生物課本上有很多實驗，學生通過模仿，可以訓練創造性思維，發展創造能力，

比如：在分析了斯帕蘭札尼研究鷹的消化作用實驗之后，讓學生嘗試自己設計實驗證明胃蛋白酶液制備方法（取4片胃蛋白酶片，每片含胃蛋白酶0.1g，放在研缽內研磨成粉末，溶于100ml蒸餾水中，加入3%鹽酸約10ml，使溶液PH值調到1.8左右，即成胃蛋白酶液）。請看學生完成的實驗設計：首先，將鴨蛋煮熟，將其蛋白剝下，取一小部分蛋白搗碎，加入試管中，然后加胃蛋白酶液，在37℃下保溫一段時間。做對比實驗的試管中，其他條件都相同，但不加胃蛋白酶液，而是加等量的蒸餾水。預測結果：加胃蛋白酶液的試管中蛋白質被消化了，而僅加等量蒸餾水的試管中蛋白質沒有被消化。本設計很巧妙，因為反應前蛋白質是固體狀態，后來消失不見了，必然是胃蛋白酶的作用。

學生根據課本實驗，發揮模仿作用，是創新式生物實驗教學的前提，是達到教學目的最簡單的方法，同時也是培養學生創新精神與實踐能力的重要教學手段，是學生和教學內容形成有機整體、提高生物教學質量的重要保證。

二、掌握實驗設計的思路，發展學生的創造能力

多數生物學實驗課，學生只是機械地根據實驗指導按部就班進行操作，至于實驗為什么分這幾步，學生往往不去想，因而在具體操作之前，教師應啟發引導學生搞清楚實驗設計的思路，并且要進行大膽改進。

例如：實驗“研究細胞大小與物質擴散的關系”。本實驗是人教版高中生物必修1第六章的一個探究性實驗，學生若能大膽創新、成功地完成本實驗，不僅能幫助學生理論聯系實際地理解細胞體為什么這么小及為什么細胞要分裂等問題，還能激發學生的學習興趣，培養學生實驗能力和創造能力。

原實驗操作過程如下：先用塑料餐刀將瓊脂塊切成3塊邊長分別是3cm、2cm、1cm的正方體，然后將3塊瓊脂塊放在燒杯內，加入NaOH溶液，將瓊脂塊淹沒，浸泡10min；用塑料勺不時翻動瓊脂塊，然后再戴上手套，用塑料勺將瓊脂塊從NaOH溶液中取出來；用紙巾把它們吸干，用塑料刀把瓊脂塊切成兩半。原實驗學生操作起來比較容易，但實驗藥品中有NaOH，NaOH有腐蝕性，且酚酞、瓊脂塊要提前制備，比較耗時。因而筆者和同行及同學們根據實驗設計過程，對此實驗進行大膽改進，綜合幾年來的實驗設計，得出如下效果顯著的改進：

1.材料器具的改進：每組用3個直徑2-3cm的乳白色果凍代替需要提前制備的酚酞、瓊脂塊，用0.5%KMnO4溶液（或碘液）代替NaOH溶液，用削鉛筆刀代替塑料餐刀。其他器具：小燒杯、直尺、塑料勺子、紙巾、不干膠。

2.改進實驗的方法步驟：

（1）用小刀將果凍封蓋劃破，撕開果凍封蓋，用小刀把它切成3塊邊長分別為2cm、1cm和0.6cm的立方體。（2）把切好的果凍塊放進小燒杯，加入KMnO4溶液將它們浸沒，每2min就用小勺子翻動果凍塊一次。（3）過10min后，取出果凍放在紙巾上，吸掉表面溶液，然后用小刀把每一個果凍切成兩半，仔細觀察切面上顏色變化情況，了解KMnO4在大小不同果凍塊中的擴散效果。

3.實驗結果：各果凍小塊棱角整齊，切面顏色界限清晰，KMnO4在大小不同果凍塊中的擴散結果明顯不同：邊長0.6cm的已經全部擴散，邊長2cm和1cm的只擴散了總體積的約1/3和約2/3。

4.改進實驗的優點：

（1）實驗的主要材料果凍和KMnO4，現成易得，經濟安全，實驗方法與步驟簡單、易操作、省時又省力。（2）在學生掌握實驗設計思路的同時，鼓勵其大膽改進生物實驗，既滿足了課堂教學的一般要求，又兼顧了學生的差異性，同時逐漸地將全體學生引到嘗試創新的境地，這樣有利于培養學生的創新思維和創新能力。

三、賦予實驗設計與改進的自主性，發展學生的創造能力

在實驗教學中，教師要鼓勵學生動腦、動手，不但要使學生會做實驗，而且要賦予學生實驗設計與改進的自主性，讓學生學會設計實驗，通過實驗來分析問題和解決問題，不斷提高他們的創造能力。

例如：對觀察植物細胞的有絲分裂實驗的分析，首先進行發散思維，分析出各種可能的影響因素，如根尖解離時間長短、壓片時細胞能否分散開等；然后對某種具體因素進行設計，分析它確實能影響制片的成功進行，應允許學生相互討論，相互補充，從而完善設計方案。通常情況下，對同一實驗課題，不同學生會擬出若干不同的設計方案。

例如：關于解離時間，教材中解離時間為3～5min，而學生提出3種不同的解離時間：①2～3min；②8～10min；③10～12min，對這些不同方案，教師不要輕易判斷其優劣，可在保證安全的前提下，都讓學生付諸實施，通過實踐，使他們自己認識和發現其實驗設計的成功和不足之處。如學生在將上述實驗設計付諸實施后發現實際操作的解離效果最理想的時間為8～10min。

如：學生對教材選用洋蔥根尖做實驗材料，覺得很浪費材料，還有染色時，教材中使用質量濃度為0.01g/mL的龍膽紫溶液染色3～5min，但在實際使用時發現濃度偏高，整個細胞都呈紫色，而細胞核呈深紫色，不能直接區分細胞核中的染色體。有同學還提出按教材中的步驟與方法不能使根尖細胞完全分散開來。

針對以上問題，筆者也與學生通過不斷實驗，覺得對實驗要作一系統的改進，效果會更好。觀察植物細胞有絲分裂的實驗改進如下：

1.選用大蒜的根尖做實驗材料：大蒜物美價廉，而且一個蒜瓣長出的根不比一個洋蔥長出的根少；其次大蒜根尖細胞中的染色體形態較清楚，便于觀察。具體做法是取鋁絲網、將蒜瓣鑲嵌鋁絲網洞中放入塑料臉盤，注水使蒜瓣充分接觸水，放置在室內培養，每天換水一次，待根長到約1cm時，在有絲分裂的活躍期上午10:00-11:00或下午1:00-2:00時，剪取根尖0.5cm進行固定解離。

2.固定：使用卡諾氏固定液（實驗員配置好的，純酒精:冰醋酸=1：1），在室溫條件下將取下的根尖放入固定液中固定5～20min。固定完畢后，將根尖用純酒精清洗2～3次，直到根尖不含冰醋酸，然后放入70%的酒精中保存。

3.解離：將根尖取出放入質量分數為20%的鹽酸中，看到根尖色澤亮白，酥軟即可，此過程約需3min。

4.染色：可采用質量分數為0.01g/mL的龍膽紫溶液染色3～5min。后再在體積分數為20%的醋酸中分色1min；也可采用改良苯酚品紅染液，其著色加強效果更好，做法是：用鑷子挑出漂洗好的根尖放在載玻片上，用刀片將根尖縱切稍分開，滴上染液染色6min。

5.制片：將載玻片上的染液吸干，加滴清水，蓋上蓋玻片，在蓋玻片上加一吸水紙，蓋上載玻片后用拇指輕壓載玻片，注意不要移動載玻片。然后用鉛筆頭輕輕敲打蓋玻片，使細胞均勻分散。

改進后的實驗，準備時間約為3s，時間短，工作量小。解離、漂洗、染色、制片、觀察由學生在課堂上完成。教師講解10min左右，學生對根尖解離、漂洗、染色約18min，時間充裕，且觀察效果非常好。實踐證明，讓學生逐步學會獨立地設計實驗，是提高學生靈活運用知識、培養他們發散思維和創造能力的重要途徑，也是多層次實驗教學活動的最高層次。

四、暴露實驗操作的缺陷性，發展學生的創造能力

實驗本身就是一種探索，有些實驗往往效果不理想，甚至出現失敗，對此我們老師要引導學生一起分析、尋找失敗的原因，并以信任的態度讓學生參與實驗改進工作，學生大都會以極高的熱情投入。如滲透作用實驗，原實驗鐘形漏斗體型大，外形特殊，經常出現結扎不嚴密或半透膜的破損，管內液面上升速度慢。對此，教師可要求學生自己去改進設計，并在實踐中檢驗之，如有的學生設計裝置時用廢舊的一次性注射器和輸液用的針頭細導管制成，細導管彈性好，便于操作，可靠性強，成功率高；還有的學生自己制作塑料漏斗，但制作出的塑料漏斗玻璃管內徑更大，管內液面上升速度更慢。通過大膽的探索，有的學生失敗了，也有學生成功了，但都有收獲。總之遇到實驗有缺陷，可讓學生自己去改善它，或者老師和學生共同去改進它，雖然學生的建議和措施，有的是稚拙的、不可行的，但卻體現了他們肯于鉆研、勤于思考和勇于創新的可貴精神。這樣做，不僅能夠改進某些實驗，而且還能發展他們的創造能力。

當今社會是個創新的時代，創新式的生物實驗教學模式以創新靈活的教學方法、寬松和諧的思維空間促進學生自主性發展。多年的教學實踐證明，這一教學模式能有效地激發學生熱愛生物的情感，引發學生學習生物的自覺性，激發學生深入實驗的主動性，是培養高素質創新人才的有效途徑。