開放性實驗教學(xué)的實踐與思考

丁志鋒

摘 要 結(jié)合教學(xué)實踐，重點說明了在實驗材料選擇與處理、實驗裝置、實驗流程、實驗結(jié)果檢測與分析以及后續(xù)實驗課題衍生與再探究等方面，實施的開放性設(shè)置與優(yōu)化。并就如何變實驗過程中出現(xiàn)的“意外”為“精彩”提出了幾點應(yīng)對策略和建議。

關(guān)鍵詞 開放性實驗 材料選擇與處理 實驗教學(xué)

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

1 引言

新課程標準要求高中生物實驗的主要價值應(yīng)體現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究方法和創(chuàng)新思維，發(fā)展學(xué)生的能力，養(yǎng)成尊重事實，探索真理的科學(xué)態(tài)度。當前，由于教學(xué)課時的限制、教師傳統(tǒng)教學(xué)理念和模式的沿襲以及教師對實驗教學(xué)主動性研究的缺乏，導(dǎo)致中學(xué)生物實驗教學(xué)存在以下典型問題：重知識輕技能；重講解輕引導(dǎo)；重結(jié)果輕過程，導(dǎo)致學(xué)生的探究意識、操作能力以及科學(xué)素養(yǎng)極度缺乏，學(xué)科知識缺乏有效支撐。因此，在高中生物實驗教學(xué)中，如何讓實驗真正成為學(xué)生形象認識生物體結(jié)構(gòu)、深刻理解生物學(xué)規(guī)律的有效推手，需要教師對新課程標準下高中生物實驗教學(xué)進行積極探索和不斷優(yōu)化。

2 教學(xué)實施

新課程標準指出：教科書內(nèi)容的呈現(xiàn)方式應(yīng)當有較大的開放性，應(yīng)當讓學(xué)生認識到教科書內(nèi)容不是讓他們被動地不假思索地全盤接受，而是提供了一些讓他們分析和思考的素材。學(xué)生對教科書內(nèi)容有不同的看法，不僅是允許的，而且是值得鼓勵的。因此，在生物實驗教學(xué)中，根據(jù)實驗自身的特點，教師可有選擇、有針對性地在實驗材料選擇與處理、實驗裝置、實驗流程、實驗結(jié)果檢測與分析以及后續(xù)實驗課題衍生與再探究等方面，進行開放性設(shè)置與優(yōu)化。

2.1 實驗材料的開放性選擇與處理

實驗選材不能教條主義、經(jīng)驗主義，因為生物實驗材料不具有唯一性。教學(xué)中，教師可讓學(xué)生自主選擇材料進行分組實驗，然后根據(jù)實驗現(xiàn)象、結(jié)果的比較，確認最佳實驗材料，并嘗試分析原因。例如，在DNA的粗提取與分離實驗中，筆者為學(xué)生提供了花菜、香蕉、雞血、魚白四種材料，將學(xué)生分成四組，各選其中一種材料分別進行實驗，最終發(fā)現(xiàn)選擇魚白的組別提取到的絮狀DNA最多，實驗效果最佳，實驗成功率很高。最后教師引導(dǎo)學(xué)生討論、分析魚白材料中DNA含量高的原因，為實驗結(jié)果尋求理論依據(jù)。通過實驗材料的開放性設(shè)置，有效激發(fā)了學(xué)生的探究興趣，鍛煉了學(xué)生的動手操作能力，使理論與實踐得到了有機結(jié)合。

利用相同的實驗材料進行實驗時，一些不同的處理方法有時就會有簡化實驗步驟、提高實驗效率之妙。例如，以香蕉作為材料進行DNA粗提取時，就可采用以下處理方法：香蕉去皮切成小塊放入保鮮袋中，用手掌壓成泥狀；將含有洗潔精的食鹽緩沖液倒入保鮮袋內(nèi)，進行充分混合擠壓后，將保鮮袋放入60℃溫水浴中15 min；取一只50 mL燒杯，罩上4層紗布（用橡皮筋把紗布罩在燒杯口上），取出保鮮袋，在袋底部剪一小口，讓袋內(nèi)混合物經(jīng)過紗布過濾，獲取濾液……DNA的粗提取是一個復(fù)雜、繁瑣的實驗，且需要一定試劑和儀器設(shè)備的支撐，這對一般中學(xué)開展此實驗帶來了難度，而以上對實驗材料的處理降低了對實驗條件的要求，節(jié)約了時間，效果也較為明顯。

2.2 實驗裝置的開放性優(yōu)化

在“綠葉中色素的提取與分離”實驗中，學(xué)生進行分離色素這一步驟時，如果按照教材采用小燒杯作為層析裝置，用培養(yǎng)皿蓋住小燒杯，極易造成濾液細線觸及層析液或濾紙條貼壁，致使實驗失敗。因此，在學(xué)生實驗結(jié)束后進行原因分析時，教師要求學(xué)生根據(jù)這一失利原因進行課后討論，嘗試對該層析裝置設(shè)計予以優(yōu)化。一周后，有學(xué)生提出了以下實驗裝置改裝設(shè)想：用濾紙封住燒杯口并用透明膠固定好，用小刀在濾紙上刻出間隔合理的多個缺口，用于插入和固定濾紙條。使用后，發(fā)現(xiàn)這樣的裝置制作簡單并具有多個優(yōu)點：位置固定，避免了濾紙條貼壁；減少了層析液的揮發(fā)；可同時放置多個濾紙條，多個實驗組可合用一個這樣的裝置，減少了層析液等實驗耗材及相關(guān)器具的用量，便于課后統(tǒng)一回收（圖1）。

2.3 實驗流程的開放性設(shè)置

根據(jù)實驗中經(jīng)常出現(xiàn)的實驗誤差的反思和探究，對實驗流程作一些簡單的調(diào)整，實驗效果有時會十分“驚艷”。在色素分離實驗中，有時濾紙條上的色素帶顏色較淡，原因有很多，其中一個原因就是濾紙條上色素含量少。為了使濾紙條上積聚更多的色素，提高實驗的成功率，教師可在教材提出的步驟中增添一步萃取的操作：在獲得色素提取液后，可在試管中加1~2 mL層析液，靜置一段時間，由于色素在層析液中溶解度更大，可在試管上層獲得較濃的色素提取液，層析后濾紙條上色素帶非常清晰。

2.4 實驗結(jié)果檢測方法的開放性設(shè)計

在探究酵母菌呼吸作用方式實驗中，針對發(fā)酵產(chǎn)物的鑒定環(huán)節(jié)，可在教材裝置的基礎(chǔ)上改裝增設(shè)一個簡易裝置，能讓學(xué)生更加直觀地理解酵母菌的發(fā)酵產(chǎn)物：分別在無氧和有氧兩個組別的發(fā)酵瓶右側(cè)出氣導(dǎo)管上分別套上1個擠癟的小氣球，并密封好連接口。在發(fā)酵過程中，可通過觀察小氣球的鼓起程度直觀實時地估測兩個組別的氣體產(chǎn)物的多少；待發(fā)酵結(jié)束，取下小氣球，將其中的氣體收集并通入澄清石灰水，可觀察到石灰水變渾濁，同時可在無氧發(fā)酵組的氣球口看到少量泡沫積聚，并能嗅到酒香味。該檢測方法最大的優(yōu)點在于：實時監(jiān)測、直觀形象。

2.5 實驗結(jié)果的開放性分析

完成實驗后對實驗結(jié)果的展示交流是提高學(xué)生分析能力的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生的展示交流應(yīng)該具有開放性，要能對實驗操作的規(guī)范性進行互相評價，要能對實驗現(xiàn)象是預(yù)期的還是意外的進行討論分析，對實驗的結(jié)論進行總結(jié)與歸納，并對實驗的改進和創(chuàng)新交流自己的看法。例如，在“葉綠體中色素的提取與分離”實驗中，有學(xué)生濾紙條上只出現(xiàn)了兩條色素帶，有學(xué)生濾紙條上一條色素帶都沒有，有學(xué)生濾紙條上出現(xiàn)了四條色素帶，但顏色很淺……教師可引導(dǎo)學(xué)生從選材及處理、在實驗中的操作不規(guī)范乃至錯誤等幾個方向，分析現(xiàn)象異常原因。學(xué)生在討論分析的過程中，對本實驗的原理、步驟又將有更深入的認識和理解，有助于拓展學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)难芯苛?xí)慣。

2.6 實驗課題的開放性衍生與再探究

科學(xué)研究與發(fā)現(xiàn)往往需要經(jīng)過周而復(fù)始的質(zhì)疑、實證、辯論、修正后，才能形成一個相對成熟的理論，而質(zhì)疑是探索的源泉和方向。因此，實驗完成得出結(jié)論之時，其實又是新一輪探究的開始。此時，教師需要積極引導(dǎo)學(xué)生進行開放性再思考。

在植物細胞質(zhì)壁分離及復(fù)原實驗完成后，教師可引導(dǎo)學(xué)生思考以下問題：洋蔥鱗片葉表皮細胞在經(jīng)3 mol/L蔗糖溶液處理后再置于蒸餾水中能否復(fù)原？若將洋蔥鱗片葉表皮細胞置于KNO3溶液中，多少濃度條件下能發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象呢？多少濃度條件下能發(fā)生質(zhì)壁分離自動復(fù)原現(xiàn)象呢？……并可從中挑選有價值的課題予以再探究。本研究設(shè)計了一系列濃度梯度的KNO3溶液，以探究洋蔥鱗片葉表皮細胞發(fā)生質(zhì)壁分離及自動復(fù)原的最佳KNO3溶液濃度（范圍）。

實驗材料用具：紫色洋蔥鱗片葉、光學(xué)顯微鏡（載玻片、蓋玻片）、刀片、鑷子。

實驗步驟：制片→滴加各濃度KNO3溶液2滴→鏡檢（持續(xù)30 min）。

實驗結(jié)果見表1。

實驗結(jié)論：據(jù)表1可知，在較高濃度的KNO3溶液（大于0.6 mol/L）中，洋蔥鱗片葉表皮細胞是可以發(fā)生質(zhì)壁分離的，而較低濃度的KNO3溶液（如0.6 mol/L）更適合用做觀察質(zhì)壁分離自動復(fù)原。

3 關(guān)注開放性設(shè)置后產(chǎn)生的“意外”

開放性實驗教學(xué)中，有時難免會出現(xiàn)一些“意外”現(xiàn)象。如何對待教學(xué)中的“意外”現(xiàn)象？如何讓這一次次的“意外”演繹轉(zhuǎn)變成一次次的“精彩”呢？下面就以一個學(xué)生自主選擇實驗材料并自主設(shè)計完成的“探究pH對酶活性的影響”實驗方案為例予以說明。實驗結(jié)果見表2。

實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1、2、4號試管都不同程度的顯藍色，3、5號試管顯色為橙黃色，出現(xiàn)了與預(yù)設(shè)結(jié)果不一致的“意外”。學(xué)生提出疑問：唾液淀粉酶最適pH是6.8，在堿性條件下難道沒有失活而且活性還很高？面對“意外”和疑問，教師引導(dǎo)學(xué)生分析可能原因：① pH為8時，淀粉酶活性很高；② 緩沖液中的堿性物質(zhì)改變了淀粉的性質(zhì)；③ 緩沖液中的堿性物質(zhì)破壞了碘液，使碘液遇淀粉不再顯色。然后教師進一步指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗驗證以上觀點。

驗證實驗一：重復(fù)上述實驗步驟，最后在各試管中分別加入斐林試劑并水浴加熱，結(jié)果1~4號試管不同程度出現(xiàn)磚紅色沉淀，3號試管顏色最深，5號試管為淺藍色。結(jié)論：淀粉酶在pH為6.8時活性最高，而在堿性條件下幾乎沒有活性。

驗證實驗二：實驗步驟及結(jié)果見表3。

據(jù)表3中實驗結(jié)果可得出結(jié)論：NaOH能使淀粉的性質(zhì)發(fā)生改變，但在被酸中和時淀粉可復(fù)性。

驗證實驗三：實驗步驟及結(jié)果見表4。

據(jù)表4中實驗結(jié)果可得出結(jié)論：NaOH可以破壞碘液，但在被酸中和時碘液顏色可恢復(fù)。

綜合以上驗證實驗，學(xué)生認識到：“探究pH對酶活性的影響”實驗中5號試管不顯藍色，不是淀粉被唾液淀粉酶水解，而是因為淀粉在堿性條件下性質(zhì)發(fā)生改變，碘液在堿性條件下顯色反應(yīng)受到影響所致。由此得出：在“探究pH對酶活性的影響”實驗中，堿性條件下不宜選用碘液作鑒定指示劑。

通過以上案例，在實驗教學(xué)中，只要教師正確面對和引導(dǎo)，通過科學(xué)設(shè)計、再實驗，就能變“意外”為“精彩”，在科學(xué)處理實驗“意外”的同時，學(xué)生的探究能力、分析綜合能力和解決實際問題的能力也能得到有效鍛煉和提高。

在實驗教學(xué)過程中，通過各實驗環(huán)節(jié)的開放性設(shè)置，有助于教師實現(xiàn)四個方面的轉(zhuǎn)變：使學(xué)生積極參與到實驗中來，變被動為主動；重實驗結(jié)果更甚于重實驗過程；教師從監(jiān)管者轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)者；采用各種激勵措施，讓每位學(xué)生都進行實驗操作。同時，通過開放性設(shè)置而形成的多元化平臺，讓學(xué)生有了充分想象和獨立思考的空間，學(xué)生的個性、獨立性、協(xié)作性將得到更加充分的發(fā)展，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)將能得到切實提高。

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摘 要 結(jié)合教學(xué)實踐，重點說明了在實驗材料選擇與處理、實驗裝置、實驗流程、實驗結(jié)果檢測與分析以及后續(xù)實驗課題衍生與再探究等方面，實施的開放性設(shè)置與優(yōu)化。并就如何變實驗過程中出現(xiàn)的“意外”為“精彩”提出了幾點應(yīng)對策略和建議。

關(guān)鍵詞 開放性實驗 材料選擇與處理 實驗教學(xué)

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

1 引言

新課程標準要求高中生物實驗的主要價值應(yīng)體現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究方法和創(chuàng)新思維，發(fā)展學(xué)生的能力，養(yǎng)成尊重事實，探索真理的科學(xué)態(tài)度。當前，由于教學(xué)課時的限制、教師傳統(tǒng)教學(xué)理念和模式的沿襲以及教師對實驗教學(xué)主動性研究的缺乏，導(dǎo)致中學(xué)生物實驗教學(xué)存在以下典型問題：重知識輕技能；重講解輕引導(dǎo)；重結(jié)果輕過程，導(dǎo)致學(xué)生的探究意識、操作能力以及科學(xué)素養(yǎng)極度缺乏，學(xué)科知識缺乏有效支撐。因此，在高中生物實驗教學(xué)中，如何讓實驗真正成為學(xué)生形象認識生物體結(jié)構(gòu)、深刻理解生物學(xué)規(guī)律的有效推手，需要教師對新課程標準下高中生物實驗教學(xué)進行積極探索和不斷優(yōu)化。

2 教學(xué)實施

新課程標準指出：教科書內(nèi)容的呈現(xiàn)方式應(yīng)當有較大的開放性，應(yīng)當讓學(xué)生認識到教科書內(nèi)容不是讓他們被動地不假思索地全盤接受，而是提供了一些讓他們分析和思考的素材。學(xué)生對教科書內(nèi)容有不同的看法，不僅是允許的，而且是值得鼓勵的。因此，在生物實驗教學(xué)中，根據(jù)實驗自身的特點，教師可有選擇、有針對性地在實驗材料選擇與處理、實驗裝置、實驗流程、實驗結(jié)果檢測與分析以及后續(xù)實驗課題衍生與再探究等方面，進行開放性設(shè)置與優(yōu)化。

2.1 實驗材料的開放性選擇與處理

實驗選材不能教條主義、經(jīng)驗主義，因為生物實驗材料不具有唯一性。教學(xué)中，教師可讓學(xué)生自主選擇材料進行分組實驗，然后根據(jù)實驗現(xiàn)象、結(jié)果的比較，確認最佳實驗材料，并嘗試分析原因。例如，在DNA的粗提取與分離實驗中，筆者為學(xué)生提供了花菜、香蕉、雞血、魚白四種材料，將學(xué)生分成四組，各選其中一種材料分別進行實驗，最終發(fā)現(xiàn)選擇魚白的組別提取到的絮狀DNA最多，實驗效果最佳，實驗成功率很高。最后教師引導(dǎo)學(xué)生討論、分析魚白材料中DNA含量高的原因，為實驗結(jié)果尋求理論依據(jù)。通過實驗材料的開放性設(shè)置，有效激發(fā)了學(xué)生的探究興趣，鍛煉了學(xué)生的動手操作能力，使理論與實踐得到了有機結(jié)合。

利用相同的實驗材料進行實驗時，一些不同的處理方法有時就會有簡化實驗步驟、提高實驗效率之妙。例如，以香蕉作為材料進行DNA粗提取時，就可采用以下處理方法：香蕉去皮切成小塊放入保鮮袋中，用手掌壓成泥狀；將含有洗潔精的食鹽緩沖液倒入保鮮袋內(nèi)，進行充分混合擠壓后，將保鮮袋放入60℃溫水浴中15 min；取一只50 mL燒杯，罩上4層紗布（用橡皮筋把紗布罩在燒杯口上），取出保鮮袋，在袋底部剪一小口，讓袋內(nèi)混合物經(jīng)過紗布過濾，獲取濾液……DNA的粗提取是一個復(fù)雜、繁瑣的實驗，且需要一定試劑和儀器設(shè)備的支撐，這對一般中學(xué)開展此實驗帶來了難度，而以上對實驗材料的處理降低了對實驗條件的要求，節(jié)約了時間，效果也較為明顯。

2.2 實驗裝置的開放性優(yōu)化

在“綠葉中色素的提取與分離”實驗中，學(xué)生進行分離色素這一步驟時，如果按照教材采用小燒杯作為層析裝置，用培養(yǎng)皿蓋住小燒杯，極易造成濾液細線觸及層析液或濾紙條貼壁，致使實驗失敗。因此，在學(xué)生實驗結(jié)束后進行原因分析時，教師要求學(xué)生根據(jù)這一失利原因進行課后討論，嘗試對該層析裝置設(shè)計予以優(yōu)化。一周后，有學(xué)生提出了以下實驗裝置改裝設(shè)想：用濾紙封住燒杯口并用透明膠固定好，用小刀在濾紙上刻出間隔合理的多個缺口，用于插入和固定濾紙條。使用后，發(fā)現(xiàn)這樣的裝置制作簡單并具有多個優(yōu)點：位置固定，避免了濾紙條貼壁；減少了層析液的揮發(fā)；可同時放置多個濾紙條，多個實驗組可合用一個這樣的裝置，減少了層析液等實驗耗材及相關(guān)器具的用量，便于課后統(tǒng)一回收（圖1）。

2.3 實驗流程的開放性設(shè)置

根據(jù)實驗中經(jīng)常出現(xiàn)的實驗誤差的反思和探究，對實驗流程作一些簡單的調(diào)整，實驗效果有時會十分“驚艷”。在色素分離實驗中，有時濾紙條上的色素帶顏色較淡，原因有很多，其中一個原因就是濾紙條上色素含量少。為了使濾紙條上積聚更多的色素，提高實驗的成功率，教師可在教材提出的步驟中增添一步萃取的操作：在獲得色素提取液后，可在試管中加1~2 mL層析液，靜置一段時間，由于色素在層析液中溶解度更大，可在試管上層獲得較濃的色素提取液，層析后濾紙條上色素帶非常清晰。

2.4 實驗結(jié)果檢測方法的開放性設(shè)計

在探究酵母菌呼吸作用方式實驗中，針對發(fā)酵產(chǎn)物的鑒定環(huán)節(jié)，可在教材裝置的基礎(chǔ)上改裝增設(shè)一個簡易裝置，能讓學(xué)生更加直觀地理解酵母菌的發(fā)酵產(chǎn)物：分別在無氧和有氧兩個組別的發(fā)酵瓶右側(cè)出氣導(dǎo)管上分別套上1個擠癟的小氣球，并密封好連接口。在發(fā)酵過程中，可通過觀察小氣球的鼓起程度直觀實時地估測兩個組別的氣體產(chǎn)物的多少；待發(fā)酵結(jié)束，取下小氣球，將其中的氣體收集并通入澄清石灰水，可觀察到石灰水變渾濁，同時可在無氧發(fā)酵組的氣球口看到少量泡沫積聚，并能嗅到酒香味。該檢測方法最大的優(yōu)點在于：實時監(jiān)測、直觀形象。

2.5 實驗結(jié)果的開放性分析

完成實驗后對實驗結(jié)果的展示交流是提高學(xué)生分析能力的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生的展示交流應(yīng)該具有開放性，要能對實驗操作的規(guī)范性進行互相評價，要能對實驗現(xiàn)象是預(yù)期的還是意外的進行討論分析，對實驗的結(jié)論進行總結(jié)與歸納，并對實驗的改進和創(chuàng)新交流自己的看法。例如，在“葉綠體中色素的提取與分離”實驗中，有學(xué)生濾紙條上只出現(xiàn)了兩條色素帶，有學(xué)生濾紙條上一條色素帶都沒有，有學(xué)生濾紙條上出現(xiàn)了四條色素帶，但顏色很淺……教師可引導(dǎo)學(xué)生從選材及處理、在實驗中的操作不規(guī)范乃至錯誤等幾個方向，分析現(xiàn)象異常原因。學(xué)生在討論分析的過程中，對本實驗的原理、步驟又將有更深入的認識和理解，有助于拓展學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)难芯苛?xí)慣。

2.6 實驗課題的開放性衍生與再探究

科學(xué)研究與發(fā)現(xiàn)往往需要經(jīng)過周而復(fù)始的質(zhì)疑、實證、辯論、修正后，才能形成一個相對成熟的理論，而質(zhì)疑是探索的源泉和方向。因此，實驗完成得出結(jié)論之時，其實又是新一輪探究的開始。此時，教師需要積極引導(dǎo)學(xué)生進行開放性再思考。

在植物細胞質(zhì)壁分離及復(fù)原實驗完成后，教師可引導(dǎo)學(xué)生思考以下問題：洋蔥鱗片葉表皮細胞在經(jīng)3 mol/L蔗糖溶液處理后再置于蒸餾水中能否復(fù)原？若將洋蔥鱗片葉表皮細胞置于KNO3溶液中，多少濃度條件下能發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象呢？多少濃度條件下能發(fā)生質(zhì)壁分離自動復(fù)原現(xiàn)象呢？……并可從中挑選有價值的課題予以再探究。本研究設(shè)計了一系列濃度梯度的KNO3溶液，以探究洋蔥鱗片葉表皮細胞發(fā)生質(zhì)壁分離及自動復(fù)原的最佳KNO3溶液濃度（范圍）。

實驗材料用具：紫色洋蔥鱗片葉、光學(xué)顯微鏡（載玻片、蓋玻片）、刀片、鑷子。

實驗步驟：制片→滴加各濃度KNO3溶液2滴→鏡檢（持續(xù)30 min）。

實驗結(jié)果見表1。

實驗結(jié)論：據(jù)表1可知，在較高濃度的KNO3溶液（大于0.6 mol/L）中，洋蔥鱗片葉表皮細胞是可以發(fā)生質(zhì)壁分離的，而較低濃度的KNO3溶液（如0.6 mol/L）更適合用做觀察質(zhì)壁分離自動復(fù)原。

3 關(guān)注開放性設(shè)置后產(chǎn)生的“意外”

開放性實驗教學(xué)中，有時難免會出現(xiàn)一些“意外”現(xiàn)象。如何對待教學(xué)中的“意外”現(xiàn)象？如何讓這一次次的“意外”演繹轉(zhuǎn)變成一次次的“精彩”呢？下面就以一個學(xué)生自主選擇實驗材料并自主設(shè)計完成的“探究pH對酶活性的影響”實驗方案為例予以說明。實驗結(jié)果見表2。

實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1、2、4號試管都不同程度的顯藍色，3、5號試管顯色為橙黃色，出現(xiàn)了與預(yù)設(shè)結(jié)果不一致的“意外”。學(xué)生提出疑問：唾液淀粉酶最適pH是6.8，在堿性條件下難道沒有失活而且活性還很高？面對“意外”和疑問，教師引導(dǎo)學(xué)生分析可能原因：① pH為8時，淀粉酶活性很高；② 緩沖液中的堿性物質(zhì)改變了淀粉的性質(zhì)；③ 緩沖液中的堿性物質(zhì)破壞了碘液，使碘液遇淀粉不再顯色。然后教師進一步指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗驗證以上觀點。

驗證實驗一：重復(fù)上述實驗步驟，最后在各試管中分別加入斐林試劑并水浴加熱，結(jié)果1~4號試管不同程度出現(xiàn)磚紅色沉淀，3號試管顏色最深，5號試管為淺藍色。結(jié)論：淀粉酶在pH為6.8時活性最高，而在堿性條件下幾乎沒有活性。

驗證實驗二：實驗步驟及結(jié)果見表3。

據(jù)表3中實驗結(jié)果可得出結(jié)論：NaOH能使淀粉的性質(zhì)發(fā)生改變，但在被酸中和時淀粉可復(fù)性。

驗證實驗三：實驗步驟及結(jié)果見表4。

據(jù)表4中實驗結(jié)果可得出結(jié)論：NaOH可以破壞碘液，但在被酸中和時碘液顏色可恢復(fù)。

綜合以上驗證實驗，學(xué)生認識到：“探究pH對酶活性的影響”實驗中5號試管不顯藍色，不是淀粉被唾液淀粉酶水解，而是因為淀粉在堿性條件下性質(zhì)發(fā)生改變，碘液在堿性條件下顯色反應(yīng)受到影響所致。由此得出：在“探究pH對酶活性的影響”實驗中，堿性條件下不宜選用碘液作鑒定指示劑。

通過以上案例，在實驗教學(xué)中，只要教師正確面對和引導(dǎo)，通過科學(xué)設(shè)計、再實驗，就能變“意外”為“精彩”，在科學(xué)處理實驗“意外”的同時，學(xué)生的探究能力、分析綜合能力和解決實際問題的能力也能得到有效鍛煉和提高。

在實驗教學(xué)過程中，通過各實驗環(huán)節(jié)的開放性設(shè)置，有助于教師實現(xiàn)四個方面的轉(zhuǎn)變：使學(xué)生積極參與到實驗中來，變被動為主動；重實驗結(jié)果更甚于重實驗過程；教師從監(jiān)管者轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)者；采用各種激勵措施，讓每位學(xué)生都進行實驗操作。同時，通過開放性設(shè)置而形成的多元化平臺，讓學(xué)生有了充分想象和獨立思考的空間，學(xué)生的個性、獨立性、協(xié)作性將得到更加充分的發(fā)展，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)將能得到切實提高。

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摘 要 結(jié)合教學(xué)實踐，重點說明了在實驗材料選擇與處理、實驗裝置、實驗流程、實驗結(jié)果檢測與分析以及后續(xù)實驗課題衍生與再探究等方面，實施的開放性設(shè)置與優(yōu)化。并就如何變實驗過程中出現(xiàn)的“意外”為“精彩”提出了幾點應(yīng)對策略和建議。

關(guān)鍵詞 開放性實驗 材料選擇與處理 實驗教學(xué)

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

1 引言

新課程標準要求高中生物實驗的主要價值應(yīng)體現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究方法和創(chuàng)新思維，發(fā)展學(xué)生的能力，養(yǎng)成尊重事實，探索真理的科學(xué)態(tài)度。當前，由于教學(xué)課時的限制、教師傳統(tǒng)教學(xué)理念和模式的沿襲以及教師對實驗教學(xué)主動性研究的缺乏，導(dǎo)致中學(xué)生物實驗教學(xué)存在以下典型問題：重知識輕技能；重講解輕引導(dǎo)；重結(jié)果輕過程，導(dǎo)致學(xué)生的探究意識、操作能力以及科學(xué)素養(yǎng)極度缺乏，學(xué)科知識缺乏有效支撐。因此，在高中生物實驗教學(xué)中，如何讓實驗真正成為學(xué)生形象認識生物體結(jié)構(gòu)、深刻理解生物學(xué)規(guī)律的有效推手，需要教師對新課程標準下高中生物實驗教學(xué)進行積極探索和不斷優(yōu)化。

2 教學(xué)實施

新課程標準指出：教科書內(nèi)容的呈現(xiàn)方式應(yīng)當有較大的開放性，應(yīng)當讓學(xué)生認識到教科書內(nèi)容不是讓他們被動地不假思索地全盤接受，而是提供了一些讓他們分析和思考的素材。學(xué)生對教科書內(nèi)容有不同的看法，不僅是允許的，而且是值得鼓勵的。因此，在生物實驗教學(xué)中，根據(jù)實驗自身的特點，教師可有選擇、有針對性地在實驗材料選擇與處理、實驗裝置、實驗流程、實驗結(jié)果檢測與分析以及后續(xù)實驗課題衍生與再探究等方面，進行開放性設(shè)置與優(yōu)化。

2.1 實驗材料的開放性選擇與處理

實驗選材不能教條主義、經(jīng)驗主義，因為生物實驗材料不具有唯一性。教學(xué)中，教師可讓學(xué)生自主選擇材料進行分組實驗，然后根據(jù)實驗現(xiàn)象、結(jié)果的比較，確認最佳實驗材料，并嘗試分析原因。例如，在DNA的粗提取與分離實驗中，筆者為學(xué)生提供了花菜、香蕉、雞血、魚白四種材料，將學(xué)生分成四組，各選其中一種材料分別進行實驗，最終發(fā)現(xiàn)選擇魚白的組別提取到的絮狀DNA最多，實驗效果最佳，實驗成功率很高。最后教師引導(dǎo)學(xué)生討論、分析魚白材料中DNA含量高的原因，為實驗結(jié)果尋求理論依據(jù)。通過實驗材料的開放性設(shè)置，有效激發(fā)了學(xué)生的探究興趣，鍛煉了學(xué)生的動手操作能力，使理論與實踐得到了有機結(jié)合。

利用相同的實驗材料進行實驗時，一些不同的處理方法有時就會有簡化實驗步驟、提高實驗效率之妙。例如，以香蕉作為材料進行DNA粗提取時，就可采用以下處理方法：香蕉去皮切成小塊放入保鮮袋中，用手掌壓成泥狀；將含有洗潔精的食鹽緩沖液倒入保鮮袋內(nèi)，進行充分混合擠壓后，將保鮮袋放入60℃溫水浴中15 min；取一只50 mL燒杯，罩上4層紗布（用橡皮筋把紗布罩在燒杯口上），取出保鮮袋，在袋底部剪一小口，讓袋內(nèi)混合物經(jīng)過紗布過濾，獲取濾液……DNA的粗提取是一個復(fù)雜、繁瑣的實驗，且需要一定試劑和儀器設(shè)備的支撐，這對一般中學(xué)開展此實驗帶來了難度，而以上對實驗材料的處理降低了對實驗條件的要求，節(jié)約了時間，效果也較為明顯。

2.2 實驗裝置的開放性優(yōu)化

在“綠葉中色素的提取與分離”實驗中，學(xué)生進行分離色素這一步驟時，如果按照教材采用小燒杯作為層析裝置，用培養(yǎng)皿蓋住小燒杯，極易造成濾液細線觸及層析液或濾紙條貼壁，致使實驗失敗。因此，在學(xué)生實驗結(jié)束后進行原因分析時，教師要求學(xué)生根據(jù)這一失利原因進行課后討論，嘗試對該層析裝置設(shè)計予以優(yōu)化。一周后，有學(xué)生提出了以下實驗裝置改裝設(shè)想：用濾紙封住燒杯口并用透明膠固定好，用小刀在濾紙上刻出間隔合理的多個缺口，用于插入和固定濾紙條。使用后，發(fā)現(xiàn)這樣的裝置制作簡單并具有多個優(yōu)點：位置固定，避免了濾紙條貼壁；減少了層析液的揮發(fā)；可同時放置多個濾紙條，多個實驗組可合用一個這樣的裝置，減少了層析液等實驗耗材及相關(guān)器具的用量，便于課后統(tǒng)一回收（圖1）。

2.3 實驗流程的開放性設(shè)置

根據(jù)實驗中經(jīng)常出現(xiàn)的實驗誤差的反思和探究，對實驗流程作一些簡單的調(diào)整，實驗效果有時會十分“驚艷”。在色素分離實驗中，有時濾紙條上的色素帶顏色較淡，原因有很多，其中一個原因就是濾紙條上色素含量少。為了使濾紙條上積聚更多的色素，提高實驗的成功率，教師可在教材提出的步驟中增添一步萃取的操作：在獲得色素提取液后，可在試管中加1~2 mL層析液，靜置一段時間，由于色素在層析液中溶解度更大，可在試管上層獲得較濃的色素提取液，層析后濾紙條上色素帶非常清晰。

2.4 實驗結(jié)果檢測方法的開放性設(shè)計

在探究酵母菌呼吸作用方式實驗中，針對發(fā)酵產(chǎn)物的鑒定環(huán)節(jié)，可在教材裝置的基礎(chǔ)上改裝增設(shè)一個簡易裝置，能讓學(xué)生更加直觀地理解酵母菌的發(fā)酵產(chǎn)物：分別在無氧和有氧兩個組別的發(fā)酵瓶右側(cè)出氣導(dǎo)管上分別套上1個擠癟的小氣球，并密封好連接口。在發(fā)酵過程中，可通過觀察小氣球的鼓起程度直觀實時地估測兩個組別的氣體產(chǎn)物的多少；待發(fā)酵結(jié)束，取下小氣球，將其中的氣體收集并通入澄清石灰水，可觀察到石灰水變渾濁，同時可在無氧發(fā)酵組的氣球口看到少量泡沫積聚，并能嗅到酒香味。該檢測方法最大的優(yōu)點在于：實時監(jiān)測、直觀形象。

2.5 實驗結(jié)果的開放性分析

完成實驗后對實驗結(jié)果的展示交流是提高學(xué)生分析能力的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生的展示交流應(yīng)該具有開放性，要能對實驗操作的規(guī)范性進行互相評價，要能對實驗現(xiàn)象是預(yù)期的還是意外的進行討論分析，對實驗的結(jié)論進行總結(jié)與歸納，并對實驗的改進和創(chuàng)新交流自己的看法。例如，在“葉綠體中色素的提取與分離”實驗中，有學(xué)生濾紙條上只出現(xiàn)了兩條色素帶，有學(xué)生濾紙條上一條色素帶都沒有，有學(xué)生濾紙條上出現(xiàn)了四條色素帶，但顏色很淺……教師可引導(dǎo)學(xué)生從選材及處理、在實驗中的操作不規(guī)范乃至錯誤等幾個方向，分析現(xiàn)象異常原因。學(xué)生在討論分析的過程中，對本實驗的原理、步驟又將有更深入的認識和理解，有助于拓展學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)难芯苛?xí)慣。

2.6 實驗課題的開放性衍生與再探究

科學(xué)研究與發(fā)現(xiàn)往往需要經(jīng)過周而復(fù)始的質(zhì)疑、實證、辯論、修正后，才能形成一個相對成熟的理論，而質(zhì)疑是探索的源泉和方向。因此，實驗完成得出結(jié)論之時，其實又是新一輪探究的開始。此時，教師需要積極引導(dǎo)學(xué)生進行開放性再思考。

在植物細胞質(zhì)壁分離及復(fù)原實驗完成后，教師可引導(dǎo)學(xué)生思考以下問題：洋蔥鱗片葉表皮細胞在經(jīng)3 mol/L蔗糖溶液處理后再置于蒸餾水中能否復(fù)原？若將洋蔥鱗片葉表皮細胞置于KNO3溶液中，多少濃度條件下能發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象呢？多少濃度條件下能發(fā)生質(zhì)壁分離自動復(fù)原現(xiàn)象呢？……并可從中挑選有價值的課題予以再探究。本研究設(shè)計了一系列濃度梯度的KNO3溶液，以探究洋蔥鱗片葉表皮細胞發(fā)生質(zhì)壁分離及自動復(fù)原的最佳KNO3溶液濃度（范圍）。

實驗材料用具：紫色洋蔥鱗片葉、光學(xué)顯微鏡（載玻片、蓋玻片）、刀片、鑷子。

實驗步驟：制片→滴加各濃度KNO3溶液2滴→鏡檢（持續(xù)30 min）。

實驗結(jié)果見表1。

實驗結(jié)論：據(jù)表1可知，在較高濃度的KNO3溶液（大于0.6 mol/L）中，洋蔥鱗片葉表皮細胞是可以發(fā)生質(zhì)壁分離的，而較低濃度的KNO3溶液（如0.6 mol/L）更適合用做觀察質(zhì)壁分離自動復(fù)原。

3 關(guān)注開放性設(shè)置后產(chǎn)生的“意外”

開放性實驗教學(xué)中，有時難免會出現(xiàn)一些“意外”現(xiàn)象。如何對待教學(xué)中的“意外”現(xiàn)象？如何讓這一次次的“意外”演繹轉(zhuǎn)變成一次次的“精彩”呢？下面就以一個學(xué)生自主選擇實驗材料并自主設(shè)計完成的“探究pH對酶活性的影響”實驗方案為例予以說明。實驗結(jié)果見表2。

實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1、2、4號試管都不同程度的顯藍色，3、5號試管顯色為橙黃色，出現(xiàn)了與預(yù)設(shè)結(jié)果不一致的“意外”。學(xué)生提出疑問：唾液淀粉酶最適pH是6.8，在堿性條件下難道沒有失活而且活性還很高？面對“意外”和疑問，教師引導(dǎo)學(xué)生分析可能原因：① pH為8時，淀粉酶活性很高；② 緩沖液中的堿性物質(zhì)改變了淀粉的性質(zhì)；③ 緩沖液中的堿性物質(zhì)破壞了碘液，使碘液遇淀粉不再顯色。然后教師進一步指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗驗證以上觀點。

驗證實驗一：重復(fù)上述實驗步驟，最后在各試管中分別加入斐林試劑并水浴加熱，結(jié)果1~4號試管不同程度出現(xiàn)磚紅色沉淀，3號試管顏色最深，5號試管為淺藍色。結(jié)論：淀粉酶在pH為6.8時活性最高，而在堿性條件下幾乎沒有活性。

驗證實驗二：實驗步驟及結(jié)果見表3。

據(jù)表3中實驗結(jié)果可得出結(jié)論：NaOH能使淀粉的性質(zhì)發(fā)生改變，但在被酸中和時淀粉可復(fù)性。

驗證實驗三：實驗步驟及結(jié)果見表4。

據(jù)表4中實驗結(jié)果可得出結(jié)論：NaOH可以破壞碘液，但在被酸中和時碘液顏色可恢復(fù)。

綜合以上驗證實驗，學(xué)生認識到：“探究pH對酶活性的影響”實驗中5號試管不顯藍色，不是淀粉被唾液淀粉酶水解，而是因為淀粉在堿性條件下性質(zhì)發(fā)生改變，碘液在堿性條件下顯色反應(yīng)受到影響所致。由此得出：在“探究pH對酶活性的影響”實驗中，堿性條件下不宜選用碘液作鑒定指示劑。

通過以上案例，在實驗教學(xué)中，只要教師正確面對和引導(dǎo)，通過科學(xué)設(shè)計、再實驗，就能變“意外”為“精彩”，在科學(xué)處理實驗“意外”的同時，學(xué)生的探究能力、分析綜合能力和解決實際問題的能力也能得到有效鍛煉和提高。

在實驗教學(xué)過程中，通過各實驗環(huán)節(jié)的開放性設(shè)置，有助于教師實現(xiàn)四個方面的轉(zhuǎn)變：使學(xué)生積極參與到實驗中來，變被動為主動；重實驗結(jié)果更甚于重實驗過程；教師從監(jiān)管者轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)者；采用各種激勵措施，讓每位學(xué)生都進行實驗操作。同時，通過開放性設(shè)置而形成的多元化平臺，讓學(xué)生有了充分想象和獨立思考的空間，學(xué)生的個性、獨立性、協(xié)作性將得到更加充分的發(fā)展，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)將能得到切實提高。

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