精心設計生物實驗 培養自主思維能力

劉福林

摘要：在初中生物實驗教學中，教師通過巧妙設計活動，吸引學生積極地投入到探索活動中來；設計問題環節，引導學生掌握科學探究的基本方法；運用簡易的實驗材料，改進設計實驗方案；巧妙創設探究情境，讓學生的探究活動既有趣又真正有所收獲。引導學生解決實驗問題，培養學生的動手能力，使課堂充滿生機與活力。

關鍵詞：設計活動；科學探究；實驗方案；自主思維

生物學實驗課是最受學生歡迎的課程。但在實際教學中，我們許多教師只是照本宣科，按照書本上的實驗步驟，要求學生一步步地模仿操作，或者由于實驗條件的限制，就放棄操作過程，把結論直接告訴學生。這樣的課堂抑制了學生的思維，不利于學生動手能力的培養和科學素養的發展。生物學是實踐性很強的一門學科，在教學過程中，教師可以不拘泥于課本，根據教學內容的需要，優化實驗教學過程，充分地把學生融入實驗的情境中去，引導學生積極觀察實驗現象，努力解決實驗問題，既有效利用了實驗的教育價值，又調動了學生學習的積極性，提高學習興趣。

一、巧妙設計活動，激發學生實驗的積極性

良好的教學環境能激發學生積極的情感，促進學生智力活動的進行和個性的發展。在學生實驗中，教師可以通過設計一些新穎獨特的活動，提出有思考性的問題，調動學生思維，吸引學生積極地投入到探索活動中來，從而提高教學效率。

例如，在探究“適于蚯蚓生存的環境”實驗中，有些學生討厭蚯蚓，或者對蚯蚓存在恐懼心理，不愿意做實驗。于是筆者設計了一個探究活動：“給蚯蚓建造一個溫馨的家”。同學們非常興奮，他們四人一組，通過在校園里觀察蚯蚓的生活環境，討論和設計“蚯蚓之家”應該具備哪些基本條件，利用可樂瓶、食品瓶、花盆等設計實驗方案，然后采集蚯蚓、土壤、樹葉等，建造一個蚯蚓的“家”。為了保持土壤透水、透氣，有的同學還在瓶子底部挖了一些小孔。有些同學對蚯蚓呵護備至，甚至把蚯蚓當作寵物來飼養了。兩個星期后同學們匯報和展示自己的實驗成果，大家共同評選出最佳“蚯蚓之家”。通過這次活動，同學們不僅掌握了適于蚯蚓生存的生態環境，而且觀察了蚯蚓的形態結構特征。實驗結束后，同學們主動把蚯蚓放回大自然，體現了關愛大自然，珍愛生命的美好情感。

可見，教師通過活動引入課題，使同學們在游戲中輕松地進行探究性學習，擺脫以往生硬灌輸的教學模式，化難為易，在快樂和歡笑聲中完成學習任務。

二、設計問題環節，引導學生掌握科學探究的基本過程

實驗研究的程序和方法體現了科學探究的基本過程：提出問題→作出假設→進行實驗→得出結論→表達和交流等。絕大多數的中學生物實驗都體現了這個科學探究的基本過程。教師應結合每個具體實驗，幫助學生由了解到理解，最后初步掌握科學探究的基本過程，把這種發現問題，解決問題的基本程序內化為學生的思維習慣。學習科學探究的過程是枯燥的，在教學過程中，教師可以通過巧妙設計實驗問題，引導學生在解決問題的深厚興趣中掌握科學探究的基本方法。

以“光合作用產生氧”的實驗為例，筆者創設這樣一個問題情境：

將一盆生長旺盛的綠色植物和一只小白鼠同放在一個密閉的玻璃罩內，在陽光的照射下，植物和小白鼠都能正常地生活著；在黑暗的條件下，小白鼠很快死亡。這是什么原因呢？

同學們根據以上的問題，作出如下假設：

綠色植物在陽光下進行光合作用，能產生氧氣，供給小白鼠呼吸，小白鼠才得以正常生活，在黑暗的條件下，植物不能進行光合作用，玻璃罩中缺少氧氣，小白鼠很快窒息死亡。

怎樣用實驗來證明光合作用產生氧氣？教師可以先向學生介紹實驗原理，材料，裝置等，同學們設計實驗方案。大部分同學以金魚藻為實驗材料，用排水法收集金魚藻在陽光下產生的氣體，當快要熄滅的竹簽遇到這種氣體時，迅速地燃燒起來。同學們分析這種現象，因為氧氣具有能使快要熄滅的物質迅速燃燒的特性，從而得出結論：綠色植物在陽光下產生氧氣，驗證了最初的假設。

在生物學教學過程中，有些實驗問題本身就體現了一個非常好的實驗設計構思。一個完整的生物學實驗問題，就是一個實驗設計的雛形。因此，引導學生對這類生物學實驗問題進行練習，通過對實驗問題的解答，同樣可以使學生掌握科學探究的基本過程。例如：

1.如圖1，從一株木本植物上選取一個枝條，用解剖刀在枝條中部剝除約1厘米寬的一圈樹皮，露出木質部，然后用少量凡士林涂抹在環切部位。約兩個月后，發生了如下圖所示的變化，在切口的上方形成枝瘤，解釋枝瘤形成的原因。

2.如圖2，在同一株植物上，選取有大小相同果實的帶葉枝條，在兩果實中間剝除約1厘米寬的一圈樹皮，露出木質部，然后用少量凡士林涂抹在環切部位。數日后，位于切口上、下方的果實將會有什么不同？解釋原因。

3.如圖3，在同一株植物上，再選一枝條，在兩葉之間，用解剖刀在中部剝除約1厘米寬的一圈樹皮和木質部，只剩下髓，然后用少量凡士林涂抹在環切部位。兩日以后枝條上的葉片有何變化，解釋發生變化的原因。

從這個生物實驗問題可以看出，該題目本身就是一個較為周密的實驗設計方案，其實驗結果是驗證植物莖中的韌皮部和木質部的功能。它是通過逐一排除環割韌皮部和木質部所產生的不同現象來分析二者的功能，即應用減去原理來設計的實驗。學生在濃厚的學習興趣中，掌握了科學探究的基本方法。

三、運用簡易的實驗材料，巧妙設計實驗方案

在初中學生物教學中，對學生進行實驗設計能力的訓練可以圍繞實驗材料的選擇、實驗手段的改進等多種途徑和方法進行。由于實驗條件的限制，有些實驗難以完成。但是，運用簡單易得的實驗材料，巧妙設計實驗方案，同樣能夠取得較好的實驗效果。

例如，學習細胞的吸水和失水原理時，很多學生不理解半透膜的選擇透過性原理。半透膜是指某些物質可以自由通過，而另一些物質則不能通過的多孔性薄膜。課本上介紹的實驗步驟較繁瑣，學生不容易操作。雞蛋的卵殼膜就是具有選擇透過性的薄膜。利用同學們司空見慣的蛋殼做半透膜實驗，材料易得，感性直觀，每個學生都可以獨立完成。筆者的實驗過程如下：

實驗材料的準備：取兩個大小相近的雞蛋，用剪刀剪去尖端的蛋殼，使之成為一個直徑約為0.8cm邊緣整齊的圓孔。搖動雞蛋，將蛋黃、蛋清從小孔倒出，并用水把蛋殼沖干凈。將鈍端的蛋殼輕輕敲裂，再將鈍端敲裂的蛋殼輕輕剝離，露出約1cm高完好的卵膜。

實驗操作：將處理好的兩個蛋殼分別放入兩個裝著等量清水的燒杯中，尖端圓孔向上。向其中一個蛋殼的圓孔內加入飽和蔗糖溶液，直到蛋殼大部分沉入水中，水面接近圓孔；向另一個蛋殼的圓孔內加入清水，也使其大部分沉入水中，水面接近圓孔，兩個蛋殼都保持懸浮狀態（實驗裝置如圖4所示）。約30分鐘左右就可以觀察到：加入蔗糖溶液的蛋殼由于燒杯中水分的滲入而逐漸下沉，直至沉沒于燒杯的清水中，而加入清水的蛋殼仍保持初始的位置。

通過上述操作得到的實驗現象非常明顯，有的同學還設計了其他方案。同學們通過動手操作，不僅深刻理解了半透膜的作用，而且觀察了鳥卵（以雞蛋代表鳥卵）的結構，收到較好的教學效果。

四、巧妙創設探究情境，充分培養學生自主思維能力

實驗探究特別重視開發學生的智力，發展學生的創造能力和思維能力。要讓學生的探究活動既有趣又真正有所收獲，教師必須認真思索如何創設探究情境。根據不同的教學內容，巧妙創設課堂探究情境，激活學生的興奮細胞，使學生在整個探究過程中處于積極狀態，從而達到愉快學習的效果。

例如，在教學“探究蚯蚓對外界刺激的反應”這一環節中，筆者把學生分成四人一組，每組分發一條蚯蚓，鼓勵同學們說：“請大家自己設計一些小實驗，探究蚯蚓對外界刺激的反應，看誰最聰明，能夠得出別人不知道的結論。”同學們一聽，立刻來了興致，他們把蚯蚓放在解剖盤中，按照自己的方式研究起來。當時有一位同學對著蚯蚓拍手，叫喊，蚯蚓沒有任何反應。可是，當他用鉛筆敲擊解剖盤的邊緣時，蚯蚓開始翻滾身體，表現出焦躁不安的情景。于是這個同學發言說：“蚯蚓沒有聽覺，但喜歡安靜的環境。”另一個同學用鉛筆、不同顏色的紙在蚯蚓的前面來回遠近、左右向不同的方向晃動，發現蚯蚓沒有任何反應；然后，他把蚯蚓放在一個黑暗的紙盒中，用聚光的小手電筒照射，發現蚯蚓作出明顯的躲避光線反射，從而得出結論：蚯蚓沒有視覺，但體表有感光細胞，可以感受光線的強弱。有的同學分別把蚯蚓放在硬紙板上和玻璃板上，比較它們在哪個平面上爬得更快。還有的學生更是別出心裁，用文具盒、硬紙板搭了一個45度的斜坡，把蚯蚓放在斜坡上，觀察蚯蚓向哪個方向爬等等。

通過這次探究活動，同學們拓展了科學探究的方法，增強了創新意識，培養了科學態度和探索精神。

總之，在初中生物教學中，教師要精心設計生物實驗，激發學生的學習興趣，促使課堂出現師生互動、平等參與的生動局面，讓學生勤于動手、主動參與、樂于探究、積極思維，真正成為課堂的主人，課堂也真正充滿生機和活力。

參考文獻：

[1]蔣沂蒙.談如何進行生物學實驗課的教學設計[J].生物學教學.2013（01）：36～37

[2]李相玲.初中生物實驗教學中的三個“兼顧”[J].中學生物教學.2012年（10）：4～5

（作者單位：廣東省珠海市斗門區第二中學519100）