中學生物教學中觀察實驗的教與學

徐曉明

摘 要： 中學生物教材中的觀察實驗可分為驗證性觀察實驗和探究性觀察實驗。實驗的教法主要有：目標引導法、演示范學法、逐步推進法和探究發現法。學法主要有：取材好、試劑準、操作嚴、觀察細、分析透、圖表清、結論對。

關鍵詞： 中學生物教學 觀察實驗 教法 學法

在中學生物實驗教學中，觀察實驗占據比較重要的地位，它不僅是學生鞏固所學知識，訓練動手能力和培養觀察能力的重要教學環節，更是拓展學生思維廣度和深度、提高探究能力和科學素養的重要手段。

高中教材中比較重要的觀察實驗主要有以下幾個：

A.驗證性的觀察實驗

a.高倍顯微鏡的使用和觀察葉綠體

b.觀察細胞質的流動

c.觀察植物的有絲分裂

d.觀察根對礦質元素離子的交換吸附現象

e.觀察植物細胞的質壁分離和復原

f.觀察果蠅唾腺巨大染色體裝片

B.探究性觀察實驗

a.植物向性運動的實驗設計和觀察

b.設計實驗、觀察生長素或生長素類似物對植物生長發育的影響

c.動物激素飼喂小動物實驗

d.觀察被子植物的花粉管

下面以這幾個實驗為例討論生物觀察實驗的教法與學法。

一、教法

根據觀察內容的不同和學生狀況的差異可以采取：目標引導法演示范學法，逐步推進法和探究發現法等不同的教學方法。

1.目標引導法

每節課都有教學目標和重點，生物觀察實驗也一樣。要將這些目標貫徹好，重點理解好，達到預期的觀察效果，教師可以在學生實驗前就提出明確的目的與要求。既可以以提綱的形式提出，也可以用問題的形式提出，要求學生在實驗過程中注意或做到的步驟和環節，在不同環節中要達到目標或必須解決的問題，然后由學生完成實驗。

這類實驗一般指那些實驗目標明確，實驗步驟簡單，觀察結果明顯的實驗。學生完全可以根據已有知識—技能獨立完成整個實驗，教師則可以不必親自參與，只起到指導、解惑的作用。

例如：在“a.在用高倍顯微鏡觀察葉綠體”和“b.觀察細胞質的流動”這兩個實驗中，由于學生對顯微鏡操作技能在初中階段已經掌握（當然不排除個別學生需要重新培訓的情況），其他的步驟均簡單易做，學生完全可以自己達到教學目的，若教師直接做給學生看，則會使課堂教學索然無味，學生興趣也會受到影響。

在這兩個實驗中，均有三個目標要達到：

（1）會正確操作顯微鏡。

（2）能盡快準確地觀察到目標的形態征或動態變化。

（3）能準確對目標的物的形態特征描述或繪出圖表，并得出正確結論。

這種實驗教學簡單地說就是“先講后做”。

2.演示范學法

演示法是指教師先將重點步驟或難點先演示給學生看，克服學生操作過程中的不合理因素和畏難情緒的教學方法，可以與目標引導法配合使用。

范學法是指教師指導一位或一組學生先實驗給全班同學看，在實驗過程中強調重點和難點，利用師生互動糾正實驗中出現的問題，確保其他同學在后面的實驗中準確無誤的教學方法。

當然，為了節約時間和保護學生的表現欲，一般采用教師或學生對重點環節演示的方法較宜。對于較難理解或難以表達的內容，也可以借助于多媒體動畫或視頻給學生強調重點，突破難點。

例如：在實驗“觀察植物細胞的有絲分裂”中，教師需要重點演示的內容是：

（1）裝片制作步驟。

（2）高倍顯微鏡的操作方法。

需要強調的是教師不要將實驗結果直接呈現給學生，否則會使學生的求知欲受挫。

這種實驗教學方法可以簡單總結為“先看后做”。

3.逐步推進法

教師與學生同做實驗，在實驗進行的不同階段中，遇到重點、難點由教師點化或師生共同協商解決，以保證實驗逐步正確完成的教學方法。教師既是實驗的設計者、引導者，又是實驗過程的參與者。

例如在實驗“觀察植物細胞質壁分離和復原”中教師可以用以下幾問題逐步引導實驗進程：

（1）怎樣制作洋蔥鱗片葉表皮的臨時裝片？

（2）在高倍顯微鏡下，你會觀察到洋蔥鱗片細胞什么狀態？

（3）從蓋玻片一側滴入質量濃度為0.3g/ml的蔗糖溶液，你會觀察到什么現象？

（4）如何使質壁分離現象復原？

（5）這個實驗說明了什么？（拓展）生活中還有哪些是細胞的質壁分離和復原現象？

（6）略（幾個討論題）。

逐步推進法要求教師在關鍵問題和程序上給予學生引導。實驗過程由學生體驗，實驗結果由學生分析總結，教師不宜越俎代庖。這樣才有利于調動學生主動操作和思維能力。

這種實驗教學法可簡單稱之為“邊講邊做”。

4.探究發現法

高中生物探究活動的教學不似初中探究活動教學那樣繁多，也不過于程式化，但主要的幾個步驟還是必不可少的。首先要發現和提出問題或提出實驗目標，然后由學生自主設計和實施實驗，教師在學生設計實驗時可以提供實驗必須的物品條件及有關的提示，利于學生在此條件和提示基礎上發展思維，產生創意；最后要廣泛交流形成結論。對于學生來說，探究的過程是一次全新的經歷，是一次愉快體驗，探究的結果的未知性和神秘感會更激發他們的創造力和求知欲。所以在設計和實驗環節上，教師一定不能代替學生思考和操作，只能為學生提供參考的思路和方法。

探究性觀察實驗是一種盡可能發揮學生學習能動性，培養學生科學思維能力和實驗能力的優質教學方式。由于不學生設計實驗的思維方式不同，實驗方案和結果會有很大差異，如何整合不同結果形成正確的結論，對教師和學生的素質都是一種檢驗。

例如在“觀察被子植物的花粉管”這一探究觀察實驗中，教材只提出目的要求和必要的提示。在提示中具體明確了材料，試劑種類和濃度，花粉粒培養時間和溫度。對于實驗過程則沒有規定，完全由學生設計和實驗、觀察，結論也由學生交流得出。教師只是實驗的組織者和參與者，學生則是學習和實踐和主體。這樣的探究實驗極大地激發了學生的學習興趣和表現欲望，對比于那種由教師一切準備好再由學生觀察的教學方法精彩生動了許多。

需要注意的是，教師應及時糾正學生設計或操作中的謬誤，并參與分析學生成功與失敗的原因，以期得到正確的結論。

二、學法

觀察實驗是培養學生設計能力、動手能力、觀察能力、分析能力和創新精神的一類實驗。實驗的成功與否直接影響觀察的結果和最終結論。因此教會學生嚴謹的科學實驗態度和正確的學法就顯得十分必要。簡單地說，觀察實驗的學法就是先學后做再總結：

（1）在實驗前充分熟悉實驗內容，明確實驗目標。

（2）設計或熟悉實驗步驟，包括實驗小組的劃分和每個組員的任務，尤其要注意細節的安排和應對意外情況的預案。

（3）充分準備好實驗材料，尤其關注所選用的觀察材料的質量和時機。

（4）然后根據教師的不同教法進行實驗，要善于尋找和鑒別最佳物象及最佳角度，同時及時記錄實驗數據、過程變化和最終現象，邊實驗邊思考邊改進，從而激發進一步探究的創新思維。

（5）實驗結束后還要及時交流總結實驗結果和實驗心得。

在實驗過程中要求學生做到以下幾點：取材好，試劑準、操作嚴、觀察細、圖表清、分析透、結論對。

1.取材好

正確取材是實驗成功的第一步。有的學生實驗失敗，往往是因取材不正確而引起的，因而在實驗時，首先要正確取材。例如：實驗c“觀察植物細胞的有絲分裂”中，準確切取洋蔥根尖生長點部位，是實驗成功的前提。一些學生制成的裝片中往往看不到或看到很少的分裂細胞，這是因為切取部位不正確導致的，即沒有選準根尖的生長點部位。正確的取材應該是上午10時至下午2時當洋蔥根尖細胞有絲分裂的活躍期時，剪取洋蔥根尖的2～3mm長度，即可很明顯觀察到各個時期的有絲分裂現象。實驗e“觀察植物細胞的質壁分離和復原”中，取材部位應該是在新鮮的洋蔥鱗片葉外表皮的紫色較深處。而在內表皮或紫色很淺的部位取材，往往觀察不到或僅有很少紫色液泡。實驗d“觀察根對礦質元素離子的交換吸附現象”中，剪取的是有活性的根，如果是死根、爛根，則觀察不到預期的結果。

2.試劑準

藥品與試劑的量、濃度、純度等都是影響實驗正確結果的重要因素，要逐一檢查，不能忽視。

（1）劑量適中：有些實驗對藥品與試劑的量有一定的要求，如實驗c“動物激素飼喂小動物實驗”中向培養蝌蚪的2000mL水中每天加入5mg甲狀腺激素的劑量要適中。甲狀腺激素劑量過多反而使蝌蚪的新陳代謝過速，蝌蚪因營養消耗太快影響發育，導致瘦弱或死亡，達不到預期的觀察效果。甲狀腺激素濃度過低則觀察時間延長，效果不顯著。又如許多觀察實驗在將觀察物制成臨時裝片時需要染色，在載玻片上滴加蒸餾水只需要一小滴，過多則亂流，材料染色也需要2～3次方可清楚，染色過多過少都會觀察不清。

（2）濃度準確：實驗中，規定的濃度，都是人們經過多次試驗后，認為最適合的。實驗員在實驗前配制藥品與試劑時，濃度要配準，否則將會影響學生實驗。如實驗e“觀察植物細胞的質壁分離和復原”中蔗糖溶液濃度較高時（高于30%），會使細胞因發生強烈質壁分離而失水過多，細胞死亡，不能復原。蔗糖溶液濃度低于0.3g/mL時，實驗結果不明顯或實驗時間延長。培養植物花粉粒所需要的蔗糖溶液的質量濃度范圍在0.05～0.45g/mL之間，過高會使花粉粒細胞脫水死亡，過低則花粉管萌發較慢。對芽來說生長素的最適濃度是10■mol/L左右，這個濃度用在根上則會抑制根的生長（根的生長素最適濃度為10■mol/L左右），用在莖上則作用不明顯。

（3）純度講究：有的實驗如實驗d.“觀察根對礦質元素離子的交換吸附現象”對試劑的純度有較高的要求，如果所用蒸餾水中混入雜質陽離子，或用自來水代替，則漂洗時，不僅洗去了浮在根細胞表面的亞甲基藍陽離子，而且也會把吸附在根細胞表面的亞甲基藍陽離子交換下來；在對比實驗中，含雜質陽離子的蒸餾水也會變藍。

3.操作嚴

步驟及操作是否正確是影響實驗結果的主要因素，要注意以下三種情況。

（1）操作步驟全：實驗步驟不能少，如實驗c“觀察植物細胞的有絲分裂”中，根尖用15%鹽酸解離后，若不經漂洗直接染色，則染色效果極差，因為根尖上附著的鹽酸將和堿性染料起中和反應，從而影響著色；制片時，用鑷子尖把根尖弄碎，這一步也易漏掉。用顯微鏡觀察時更要注意顯微鏡的操作步驟：取鏡、安裝、對光、調焦、觀察，一步都不能亂，尤其是調焦時鏡筒要先下后上、螺旋要先粗后細，否則不易找到物象。

（2）操作方法對：在具體操作某個步驟時，如果沒有按規定的操作方法做，則肯定會影響實驗結果。如臨時裝片制作時，有的學生將蓋玻片放在水滴上后沒有用鑷子輕壓，這樣制成的裝片中，氣泡較多，嚴重影響觀察。實驗e“觀察植物細胞的質壁分離和復原”中，應用鑷子撕取洋蔥表皮，而不少學生是用刀片削或挖，以致取出的表皮較厚，這樣在顯微鏡下也就看不到單層細胞。

在使用顯微鏡時，就要特別強調其使用方法和操作要領，如對光程序、高倍鏡觀察程序等。如順時針調節粗準焦螺旋時，使鏡筒緩慢向下，這時頭應向左側偏下，眼光與裝片在同一水平面上，眼要特別注意物鏡下降的位置，當物鏡靠近裝片時停止。這時用左眼從目鏡觀察，同時右眼要睜開，用右手逆時針方向轉動粗準焦螺旋，使鏡筒慢慢上升，直到對準焦點，看清物像為止。再轉動細準焦螺旋，來回調節，使看到的物像更清晰。千萬不能違反操作規程，例如常有學生在用高倍鏡觀察時，把蓋玻片壓碎了，弄臟了鏡頭，就是由于這些學生在下降鏡筒時，眼睛看的是目鏡而不是物鏡，這樣，鏡筒下降到什么位置就不知道了。

（3）操作態度好：學生在實驗時態度一定要嚴肅、認真、仔細。許多生物實驗對時間、次數、溫度、濕度都有嚴格要求，如洋蔥根尖在質量分數為15%的鹽酸和體積分數為95%的酒精溶液的混合液中解離，需要室溫下3～5min（用較濃的鹽酸和95%的酒精混合液浸泡根尖可以縮短解離時間）；花粉粒培養的條件為20OC左右1～2h。操作不嚴格，如解離、染色時間不夠，漂洗的時間或次數不足。制作洋蔥表皮臨時裝片時，未將清水滴中卷起的表皮平展開來；做質壁分離復原實驗時，滴入清水的次數少，都會對實驗結果有一定的影響。

4.觀察細

在觀察時，必須對觀察者預先提出一定的目的或任務，擬訂計劃，按計劃仔細地觀察，提出問題，尋求某種答案，這樣才能保證注意力集中在所要觀察的事物中。遵循先整體觀察后局部觀察的原則。需用顯微鏡的實驗，顯微鏡的操作要按一定的程序進行，當對焦正確后，觀察時要在粗準焦螺旋找到物象后用細準焦螺旋調到最清晰的位置，移動玻片尋找最佳目標和位置，雙眼均應睜開，邊觀察邊記錄或畫圖、制表。觀察得要仔細、全面。注意分辨是要觀察的物象，是玻璃、水痕，還是雜物灰塵。

有時會因為顯微鏡的操作，鏡頭污染等問題，而影響觀察，看不到已經出現的現象或結果。有的學生不按程序操作，結果既耽誤了時間又觀察不到相應的結果，而且易損壞顯微鏡。此外，目鏡或物鏡頭被嚴重污染、焦距沒有調好、放大倍數不夠、視野較暗、標本不在通光孔的中心位置等諸多因素，都會直接影響觀察。

5.圖表清

觀察實驗的對象往往是一個或一組有特定形態結構的物體或者是實驗對象的某種變化過程，需要用圖形或表格的形式如實記錄下來，以便于分析理解。在這一點上必須強調“實事求是”這一要求。仔細認真地描繪自己實驗得到的觀察物的形態特征或客觀如實地統計自己測量的數據、記錄發展狀況。不可閉門造車或依賴別人。

繪制圖形應該清楚、規則，例如：細胞質用點的疏密、粗細；細胞壁與細胞膜、核膜的區別；染色體的變化情況都應形象逼真。表格的設計是否合理也對實驗結果的分析有直接影響。

6.分析透

實驗完成后對實驗結果的分析是提高學生能力的重要環節，可以請一些實驗認真、觀察細致、操作熟練、清楚實驗步驟和實驗目的、正確掌握了實驗技能、并實驗成功的同學談談收獲、體會。也可由教師或者同學給予肯定評價和鼓勵。對實驗現象明顯，效果好的裝片，讓全班學生對比看，對實驗效果差的學生，不急于指出毛病出在哪，而幫助他們分析沒能達到預期效果的各種可能情況，通過學生交流、分析可能是哪一步驟出現錯誤，自己找出失敗的原因，從而提高學生分析問題的能力，同時培養學生嚴謹的學習態度。

例實驗c“觀察植物細胞的有絲分裂”中，在顯微鏡視野里，幾乎看不到分裂相細胞，原因可能是：①從取材角度看，可能是沒有取準生長點部位導致的；②從步驟及操作角度看，可能是解離時間短或是制片過程壓片太輕導致標本太厚，看不到單層細胞；在實驗中細胞有時會出現顏色過淺，可能是漂洗和染色時間短所致。③從顯微鏡使用角度看，可能是沒有移動尋找或調焦不準，也有光線過強過暗的原因。實驗e“觀察植物細胞的質壁分離和復原”中，質壁分離后進行復原時發現復原效果較差，其原因可能是：①蔗糖溶液在配制時，濃度過大，質壁分離強烈，細胞失水過多而死亡；②質壁分離時間長了，未及時復原，細胞死亡；③滴入清水次數少或只滴入一次。

通過交流、分析及時總結經驗、教訓，使學生在今后的實驗中都能認真對待每一個步驟，主動提出問題，如某一步驟為什么要這樣操作，如不這樣會怎樣，對實驗的某一部進行改進，提高了學生實驗的興趣，也培養了學生解決實驗問題的能力，使學生獲得了成功的喜悅。

7.結論對

觀察實驗的結論往往是對所學知識的鞏固和延伸，因此實驗結果正確能夠加深對知識的理解。但實驗結果若與課本知識相左，就要客觀分析。要么是實驗過程中的錯誤操作導致的錯誤結論，要么是另有洞天，科學史上通過觀察，大膽質疑，產生新思想、新發現的事例也屢見不鮮。只要學生操作正確、觀察仔細、分析到位，就要鼓勵他們敢于提出自己的新想法、新見解，這樣才能形成探究問題的能力，才更具研究生物學的潛力。

總之，生物學是一門實驗性學科。學生的學習從感性認識開始，以感知為基礎，而觀察是一種有目的、有計劃的感知活動。生物學科的直觀性很強。教師除了提供掛圖、模型、標本、實物、錄像等豐富的感性材料外，觀察實驗是必不可少的直觀手段，同時應指導學生多接觸動植物和大自然，留心生活中的生物學知識。學生在觀察實驗教學中應著重培養以下幾種能力：觀察能力、實驗操作能力、思維能力，以及生物學的初步研究能力等。觀察能力是人們認識事物、增長才干的最基本途徑，也是產生探究能動性的基礎。學生對實驗過程中出現的現象進行仔細觀察、記錄，而后經過一定的比較、分析、歸納等思維過程，得出某個結論。因此，實驗操作能力、思維能力是以觀察能力為前提的。同時，就生物學科而言，實驗操作能力也是諸多能力中最基本的。通過一定量的觀察實驗的學習，讓學生初步學會或學會一定的實驗操作技能，為今后的進一步提高打下基礎。上述幾種能力，相對而言，觀察能力、實驗操作能力等是初級的、較低層次的能力要求；而研究能力則屬于較高層次的能力要求，它必須建立在觀察能力、實驗操作能力、思維能力等的基礎上。因此，只有具備了一定水平的觀察能力、實驗操作能力和思維能力，才能從事有關生物學研究工作。

參考文獻：

[1]中國學習聯盟.http：//www.study888.com/.

[2]《中學生物教學》.高等教育出版社.

[3]高長梅主編.《活動教學操作全書》.物資出版，1999.