生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的自組織

林拱標(biāo)

一、實(shí)驗(yàn)課堂的開(kāi)放性

教學(xué)系統(tǒng)的開(kāi)放性是實(shí)現(xiàn)課堂自組織的前提條件，課堂教學(xué)是在教師引導(dǎo)和組織下的師生活動(dòng)，生物實(shí)驗(yàn)課則是以學(xué)生“探究”活動(dòng)為主的課堂。雖然學(xué)生實(shí)驗(yàn)的探究多數(shù)具有模擬性、驗(yàn)證性和再現(xiàn)性，并非真正意義上的科學(xué)探究，但從科學(xué)本質(zhì)來(lái)看，學(xué)習(xí)與研究是統(tǒng)一的，探究使學(xué)生實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放性特征更加明顯。根據(jù)建構(gòu)主義理論，學(xué)生對(duì)認(rèn)知的獲取一直保持開(kāi)放的狀態(tài)。因此，從課堂的開(kāi)放角度來(lái)看，教師系統(tǒng)的開(kāi)放性起著關(guān)鍵的作用。

教師系統(tǒng)的開(kāi)放性，就是突出教師的主導(dǎo)作用，創(chuàng)造條件使學(xué)生思維遠(yuǎn)離平衡，并強(qiáng)化這種不平衡狀態(tài)，調(diào)控“漲落”的正反饋條件，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的自組織，即教師要做學(xué)生課堂學(xué)習(xí)“催化劑”。以高中生物必修①的探究“植物細(xì)胞的吸水和失水”為例，教師可以從多角度去調(diào)控實(shí)驗(yàn)課堂的開(kāi)放性：

（1）實(shí)驗(yàn)材料選擇：除了經(jīng)典的紫色洋蔥外表皮，有資料提到還可用朱槿花瓣、馬齒莧的莖等。另外，還可考慮在不同生長(zhǎng)環(huán)境如鹽堿地、干旱地區(qū)中的植物為材料。

（2）實(shí)驗(yàn)溶液選擇：蔗糖溶液以外，還可以選擇NaCl、KNO3、葡萄糖、尿素等等溶液。有的老師建議使用胭脂紅溶液①，可以兼顧驗(yàn)證細(xì)胞壁的全透性。

（3）處理方式選擇：教材建議使用0.3g/mL的蔗糖溶液，這也僅是常模數(shù)據(jù)。使用不同溶液，其選擇的濃度范圍也不盡相同，處理材料的時(shí)間也有差異。即使同樣使用蔗糖溶液，不同條件下（如溫度）的實(shí)驗(yàn)效果也會(huì)有差異。另外，利用一定濃度的溶液處理整體材料或離體材料，實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果都會(huì)有變化。

只要規(guī)范操作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果都會(huì)有一定意義，哪怕不是符合理想的結(jié)果。例如使用的溶液濃度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞很快死亡，原生質(zhì)失去選擇透過(guò)性，出現(xiàn)不加清水也會(huì)有質(zhì)壁分離復(fù)原的“假象”，這一樣可以讓學(xué)生理解植物細(xì)胞吸水和失水的原理。所以，實(shí)驗(yàn)的選擇性為課堂的開(kāi)放性創(chuàng)造了有利的條件，影響課堂開(kāi)放的重要因素還是教師，需要教師轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念和思維方式，讓學(xué)生成為課堂的主體。

二、教學(xué)過(guò)程遠(yuǎn)離平衡態(tài)

普利高津認(rèn)為：非平衡的有序之源。教學(xué)系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡態(tài)，才有可能進(jìn)入有序的自組織狀態(tài)，學(xué)生認(rèn)識(shí)之所以不斷提高，是因?yàn)樵姓J(rèn)知結(jié)構(gòu)的平衡狀態(tài)被外來(lái)的刺激所打破，發(fā)生“同化”或“順應(yīng)”作用，獲得認(rèn)知重組，達(dá)到另一個(gè)新的平衡。

教學(xué)過(guò)程的開(kāi)放，為系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡態(tài)提供了條件，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡，關(guān)鍵是要有真實(shí)的交流。現(xiàn)有的中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)，都是對(duì)已知生物學(xué)原理的驗(yàn)證，“探究”僅是模擬科學(xué)探究過(guò)程，系統(tǒng)的輸入和輸出容易出現(xiàn)平衡態(tài)，使系統(tǒng)朝著均勻、無(wú)序和簡(jiǎn)單的方向發(fā)展，不可能產(chǎn)生自組織結(jié)構(gòu)。生物實(shí)驗(yàn)的控制原理，正好是調(diào)節(jié)系統(tǒng)平衡的“杠桿”，特別是學(xué)生對(duì)單一變量的理解并不深刻時(shí)，如探究“影響酶活性的因素”實(shí)驗(yàn)中，一般不主張用過(guò)氧化氫酶來(lái)探究溫度對(duì)酶活性的影響，溫度可以影響酶的活性，過(guò)氧化氫酶也不例外，為何不主張使用？這樣打破了學(xué)生的思維平衡，讓學(xué)生去發(fā)現(xiàn)這時(shí)實(shí)驗(yàn)并非單一變量，溫度不僅影響酶的活性，還直接影響過(guò)氧化氫分解，高溫還可能使過(guò)氧化氫強(qiáng)烈分解產(chǎn)生危險(xiǎn)。

來(lái)源于學(xué)生思考的問(wèn)題，比教師提問(wèn)更能打破系統(tǒng)平衡。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)可以為學(xué)生提供很多問(wèn)題情景，實(shí)驗(yàn)“葉綠體色素的提取與分離”，諸多因素影響實(shí)驗(yàn)效果，如取材、研磨的質(zhì)量及時(shí)間長(zhǎng)短、提取液的濃度、紙層析的方式、色素分離的時(shí)間等等。同樣的材料、同樣的操作程序，可能會(huì)有不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果交流、觀察和比較，從而產(chǎn)生認(rèn)知沖突并形成自組織結(jié)構(gòu)，這比起教師提問(wèn)類似“研磨時(shí)加CaCO3有什么作用”等問(wèn)題，更有利于他們理解實(shí)驗(yàn)原理。

三、教學(xué)的非線性發(fā)展

教學(xué)系統(tǒng)本身就存在非線性的特征：①學(xué)生的個(gè)體差異，使學(xué)生系統(tǒng)呈非線性關(guān)系；②教學(xué)目標(biāo)多層次，如了解、理解和應(yīng)用等，這些目標(biāo)也是非線性關(guān)系；③教學(xué)活動(dòng)過(guò)程也具有非線性特點(diǎn)，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)境的（下轉(zhuǎn)第72頁(yè)）（上接第67頁(yè)）不同；教學(xué)的組織形式也不同。④教和學(xué)之間是非線性的，教師怎樣教、教多少，跟學(xué)生如何學(xué)、學(xué)多少并不是線性關(guān)系，還取決于系統(tǒng)內(nèi)各要素的相干效應(yīng)和協(xié)同作用。

課堂的生成性很多時(shí)候表現(xiàn)在學(xué)生的直覺(jué)思維上，學(xué)生已有的認(rèn)知和經(jīng)驗(yàn)，也為直覺(jué)思維提供了必要的依據(jù)。例如用樣方法調(diào)查草地中某種雙子葉植物的種群密度，對(duì)于樣方的計(jì)數(shù)，學(xué)生可以憑直覺(jué)思維判斷：四條邊線上的個(gè)體不能全部計(jì)數(shù)，只能取兩條邊上的。探究“溫度影響酶的活性”實(shí)驗(yàn)，學(xué)生也可以預(yù)測(cè)淀粉酶的最適溫度應(yīng)該接近人的體溫。

實(shí)驗(yàn)觀察為學(xué)生直覺(jué)思維提供了大量的感性材料，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中非線性的“試誤”，實(shí)際上也是促進(jìn)教學(xué)有序發(fā)展。“探索生長(zhǎng)素類似物促進(jìn)插條生根的最適濃度”這一實(shí)驗(yàn)，選用的藥品多樣化，如有吲哚乙酸（IAA）、萘乙酸（NAA）、吲哚丙酸（IPA）、吲哚丁酸（IBA）等；實(shí)驗(yàn)材料也沒(méi)統(tǒng)一，可以是花卉或綠化樹種。因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果也呈多元化，為學(xué)生提供豐富的直覺(jué)思維依據(jù)：①預(yù)實(shí)驗(yàn)有助于更準(zhǔn)確的判斷；②同一藥品處理不同材料，最適濃度不同；③同一材料使用不同藥品，濃度范圍也有差異；④同一品種的植物使用相同的藥品，枝條的老幼程度不同，對(duì)藥品的敏感度也不同；⑤其他因素差異如環(huán)境溫度、濕度、處理時(shí)間等，也會(huì)有不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；⑥實(shí)驗(yàn)所得到的最適濃度，不一定是實(shí)踐生產(chǎn)中的最佳濃度。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“不拘一格”，更好地促進(jìn)教學(xué)系統(tǒng)非線性發(fā)展，形成實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的“漲落”，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)系統(tǒng)的自組織。

① 曾群珍等，植物細(xì)胞滲透失水和吸水實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，生物學(xué)通報(bào)，2010（10）：48

責(zé)任編輯 潘孟良