“探究性學習”在高中生物實驗教學中的運用

中圖分類號：G633.91

縱觀現在的高中生物學實驗，多是以學生被動地完成整個實驗。實驗目的，實驗器材，以及實驗方法，教材都事先做了具體的規定。這固然對于培養學生實驗基本技能有一定的作用，但是在培養學生主動探究，發現和創新能力上必然會受到限制。若讓學生按照教材所提供的生物實驗主題，根據多種思路和方案自行設計、組織和展開實驗。這樣可激發學生的求知欲，引導學生學習，做學習的主人，以此培養學生的創新意識和實踐能力。

一、培養學生思維和探究方法，引導學生學會探究

自然科學的發展史就是一部科學探究的歷史。在生物發展史中，每個發現都經過科學家周密的實驗、細致的觀察和分析、嚴密的推理和驗證等過程。通過科學史的學習，不僅能加強學生知道知識的發生、發展過程，還能能激發學生學習的興趣，探究未知世界的好奇心。（1）展示科學家的思維過程，培養學生的思維能力。生物學史上的許多重大發現，都閃爍著科學家們非凡的創造性思維的光芒。如生物膜流動鑲嵌模型的提出、光合作用發現史、植物生長素的發現過程和孟德爾兩個遺傳基本規律的創立等。教學中應該引導學生循著科學家的思維歷程去親身體驗一番，探究得出結論的具體思維過程。并適時讓學生大膽作出種種設想、猜測，讓他們無拘無束地去思考、去討論、去爭辯。同時要求學生將自己設計的方法與科學家所采用的實驗方法進行比較，找出自己方法中的不足之處。通過這這種方式的教學，科學思維的全過程充分地暴露出來，學生不僅從中獲取科學知識，更重要的是受到科學思維的熏陶。（2）從生物學史中學習科學的研究方法。在生物學發展史中，每一項重大發現，都是各種科學研究方法綜合運用的結果。教師應充分地把科學家們獨到的科學思想和方法滲透到知識傳授中，啟迪學生領會科學方法，且能運用到實際的實驗設計中。如光合作用探究歷程中，科學家通過同位素標記法成功探究出光合作用中的物質變化。沃森和克里克通過對DNAX射線的衍射圖譜的分析構建出DNA雙螺旋結構模型。梅塞爾森和斯塔爾用等密度梯度離心的方法，證明DNA是半保留復制。再如，在遺傳的基本規律的教學中，可向學生提出孟德爾之所以能發現遺傳的兩大規律，與他精心選擇實驗材料有關，當然還有科學的觀察和分析方法，他在觀察時，對紛繁復雜的雜交現象，只看其一對性狀，而對其它性狀暫且不管，這就使研究對象大大簡化了，特別是他把數學統計方法引入生物學的研究，是超越前人的創新。

二、創設探究性實驗，促進學生主動探究

可通過將模擬實驗、驗證性實驗設計為探究性實驗，為學生提供一個能動腦思考、交流、合作、親自探究創新的空間，激發學生的求知欲，促使學生主動探究，使學生的知識水平和探究能力在探究過程中逐漸增長起來。例如植物細胞的質壁分離及質壁分離復原實驗，這是一個驗證性實驗。在完成教學目標后，我們引導學生向探究的方向邁進：（1）實驗材料，是否只能選用洋蔥外表皮細胞，其他植物細胞可以嗎？盡量選用紫色部分的意義何在？（2）實驗試劑，除了蔗糖溶液，可改用其他試劑嗎？試劑的濃度呢？（3）實驗操作方法，有沒可改進或簡化，可提高實驗效率的？學生經思考、實踐和探討后，得出結論：（1）其他植物細胞也行，但洋蔥外表皮紫色部分，液泡呈紫色，原生質層和細胞壁區分明顯，在顯微鏡下觀察質壁分離現象十分清晰。（2）蔗糖溶液粘性強，易污染顯微鏡。根據滲透作用原理，其他試劑也行，比如可用經濟易制的NaCl試劑。而試劑的濃度不能太高，否則易導致細胞死亡，無法質壁分離復原；濃度太低，實驗沒有現象或不明顯。（3）操作方法可改進為直接把蓋玻片掀開，滴加外液。這樣，一方面可以減少了幾次重復滴加和用吸水紙吸引的步驟；另一方面又避免因操作不當污染了顯微鏡。看到學生探究的熱情高漲，可結合這個實驗，引導學生探究某植物細胞的細胞液濃度。有了這個驗證性實驗作為背景，學生設計起來就容易得多，設計實驗的方法和思路與原實驗基本相同，將原來只滴加30％蔗糖溶液，改為分別滴加10％、20％、30％、40％等不同濃度的蔗糖溶液，分別觀察植物細胞質壁分離來估測細胞液的濃度。通過此實驗不難發現，學生從以前按部就班，到現在能在實驗過程中發現問題，改進方法，并由此設計實施探究性實驗，能力有了一定的提高。學生也發現自己通過實驗更好掌握了植物滲透吸水原理，對自己所做實驗結論也較滿意。可見積極引導學生去思考、去探索，比簡單的驗證更能培養學生的實驗技能和創新能力。這樣做不僅可使學生牢固掌握知識點，而且激發了學生探究的熱情，培養了學生創造性思維能力。

三、指導學生設計探究性實驗，培養學生探究能力

在實驗教學中應當盡量鼓勵學生運用所學的知識，進行實驗設計。指導實驗設計的一般方法，包括提出問題→作出假設→實驗設計→進行實驗→分析結果→得出結論→表達交流，老師可以提供學生一個已設計好的方案或者教材實例進行參考模仿。例如，在探究影響酶活性的條件實驗中，許多同學確認的課題是《溫度對酶活性的影響》。但在設計實驗方案時，我發現部分同學根據已有的知識選用斐林試劑來檢測酶的催化效率。他們認為在適宜的溫度條件下，淀粉可以被淀粉酶水解成還原性糖，因而可以用斐林試劑檢測。是不是真的可以用斐林試劑呢？在我的提醒下，學生很快意識到他們忽視了斐林試劑反應的條件需要加熱，對于冰水浴實驗組，在加熱過程中，隨著溫度的升高，酶活性也會逐漸增加，使淀粉逐漸被水解，導致結果很可能與對照組差不多，從而影響了探究目標的達成。而選擇碘液來檢測就不存在此類誤差，可在催化反應結束后直接滴加碘液，根據溶液是否變藍來判斷淀粉有否被水解。在設計實驗過程中，要指導學生注意：（1）要求學生根據教材中相關探究實驗內容、原理和目的要求，結合實際可行性情況，確立研究目標。（2）根據實驗所提出的問題，運用已具備的知識或實驗技能，設計解決問題的方案，包括材料用具的選擇，具體的實驗步驟，實施計劃過程，作觀察記錄的內容，實驗結果呈現形式，和實驗設計的原則。教師在學生進行實驗設計時，不要束縛學生的思路，也不一定局限于教材中提供的材料用具，要鼓勵學生大膽設想、求異創新，設計出既簡便易行，又科學準確的實驗設計方案。（3）引導學生進行總結，組織實驗小組進行討論交流，確定最佳方案，指導學生從方案的科學合理性、設計簡潔性、效果明顯性和聯系實際原則展開評價，鼓勵新穎巧妙、有創意的方案。