如何開展高中生物實驗教學

黃曉冰

生物實驗教學是以生物科學實驗為主的方式展開教學，在教師的指導下學生選擇某種生命系統(tǒng)為研究對象，并將生命系統(tǒng)置于可控制的或特定的條件下加以觀測以研究生命活動規(guī)律。

一、高中生物實驗教學的類型

根據實驗的內容與學生的認知關系，生物實驗可以分為：（1）探索性實驗，就是探索研究對象的未知屬性、特征及與其他因素關系的實驗方法。如探究不同溫度和pH對過氧化氫酶活性的影響、植物的向性運動;（2）驗證性實驗，是指對研究對象有一定了解，并形成一定認識或提出某種假說，為驗證這種認識或假說是否正確而進行的實驗，如觀察植物的有絲分裂實驗、觀察植物細胞的質壁分離和復原。

根據實驗手段、質與量的關系，生物實驗可以分為：（1）定性觀察實驗，是指判斷研究對象具有哪些性質，并判定某種物質的成分、結構或者鑒別某種因素是否存在。如觀察細胞質的流動，檢測生物組織中的還原糖、脂肪和蛋白質。（2）定量分析實驗，是指為了對研究對象的性質、組成及影響因素有更深入的認識，而對它們之間的數量關系進行的探究，如探究培養(yǎng)液中酵母種群數量的動態(tài)變化。

根據實驗手段與實驗目的，生物實驗可分為：（1）析因實驗，指為了尋找、探索影響某事物的發(fā)生和變化過程的主要原因而安排的一種實驗。如“探索群落演替的原因”、“引起變異的原因”就是析因實驗。（2）對照實驗，也叫對比實驗，它是通過對照或比較研究和揭示研究對象某種屬性或某種原因的一種實驗方法，如驗證鈣離子在血液凝固中的作用，不同濃度香煙浸出液對水蚤的影響。（3）模擬實驗，在科學實驗中遇到因受客觀條件限制而無法對某些自然現象進行直接試驗時，人們便尋求間接試驗的方法，如制作DNA分子雙螺旋結構模型，模擬探究細胞表面積與體積的關系等。

此外根據教學組織形式與教學目的，生物實驗還可分為演示實驗、學生實驗和課外實驗三種類型。

二、高中生物實驗教學的組織與實施

（一）實驗規(guī)劃要充分

生物實驗教學的起始應對實驗作好規(guī)劃。材料、儀器及方案是實驗規(guī)劃的主要內容，其中材料、儀器是在課前準備，而方案設計往往在教學中形成。

首先，實驗的課前準備要充分。實驗的課前準備就是預實驗，從教學設計角度可稱為“備實驗”。課前對實驗進行充分的研究與準備，認真做好預實驗，才能保證教學中的指導到位、科學處理生成，從而保障實驗成效。在預實驗時，應著力關注實驗器材的選擇、實驗方法的探索、實驗細節(jié)的發(fā)現，其中每個實驗要用什么材料、材料是否要多樣、要多少數量、材料準備是否方便、材料是否具有能夠揭示科學內涵的典型性，是否具有操作的可行性均得認真分析。例如質壁分離的實驗應選擇什么植物材料，才能縮短實驗時程短且實驗現象明顯，要不要準備不同的材料，怎樣處理材料;葉綠素分離實驗時選擇哪種植物，選擇哪種類型的層析紙、哪些展開劑等。

其次，實驗方案設計要充分。以學生實驗為例，在設計實驗方案時教師首先應該讓學生學會判斷該實驗的類型，特別是判定是屬于探究型實驗還是驗證型實驗，從而讓學生對實驗的過程與目的有方向性的認識與科學性的把握;在設計實驗方案時應運用討論、質疑的教學方法，引導學生遵循實驗設計的對照性、重復性、隨機性、單一變量原則，運用實驗原理或已有知識對方案進行科學性、周密性、嚴謹性的考量與確定，并引導學生自己談談實驗的關鍵、困難與安全事項，該環(huán)節(jié)教師可結合課前的預實驗交代細節(jié)、講解技巧，從而形成一個經得起質疑、可行的科學實驗方案，然后才進行實驗，這其實就是動手之前應充分動腦，因而這個過程應保證有充分的時間。

（二）實驗過程要調控

在實驗教學時，教師要精心創(chuàng)設實驗情境，并認真調控好學生的學習情緒。首先必須創(chuàng)設能夠維持學習興趣點的實驗情境。一般來講從生活現象、差異性情境或讓學生充分活動后才能有效地提出科學問題，才能有效激起學生的學習興趣，喚起學生的學習熱情，并將情緒轉為學習的能量，驅動學習的進程，例如，聯(lián)系生活中葉片的吐水現象，植物的“燒苗”現象，“萎蔫”現象引出問題與質壁分離的實驗。其次是要創(chuàng)設一個能集中學生注意力的實驗情境，這就要求教師熟悉學生的已有世界，在實驗中不斷判斷學生學習情緒的狀態(tài)與水平，適時以挑戰(zhàn)性、導思性的發(fā)問調控學習的注意力。例如“使用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細胞質的流動”的實驗，課本只要求學生能在高倍顯微鏡下能觀察到葉綠體和細胞質的流動，如果教師進一步提出：“在植物的不同部位細胞內葉綠體分布和細胞質的流動是否一樣？什么條件會影響細胞質的流動速度？”這就激起學生進一步探究的欲望、導向深度的學習。最后必須提供有支持的實驗情境。由于動手能力、實驗條件等多種因素的影響，實驗過程往往不是順暢的，當學生實驗迷失方向、難以推進時，教師應該以一個支持者的角色出現，幫助學生分析問題、解決困難、重樹信心，通過告示、強調、示范、激勵等方法給學生以能力、知識、心理等多方面的支持。

（三）實驗結束要反思

實驗所獲得的現象與數據本身并不是科學，只有對現象與數據進行科學抽象后才能具有科學的知識屬性，對現象與數據進行科學抽象的過程就是實驗結果分析、作出結論的過程，也就是科學解釋的過程。但是得出實驗結果與結論，并不是實驗教學的終結。一個完整的實驗教學還要有“回頭看”的環(huán)節(jié)，這就是實驗結束后要有反思，在反思教學中教師通過設計與提出反思性問題評價與完善學生科學思維的發(fā)展，科學能力的發(fā)展，科學理解與表達能力的發(fā)展及科學態(tài)度的發(fā)展，并增強學生實驗探究的自信心。由于一個實驗包括規(guī)劃、證據、解釋三個階段，因而反思主要緊扣這三個階段進行，其中反思實驗規(guī)劃是否做到“明確實驗目的、明確變量間關系”，是否采用科學的、可重復的實驗方法，是否列出重要的步驟和材料器具;反思實驗實施是否按實驗計劃執(zhí)行規(guī)定的步驟，是否及時如實記錄實驗現象和數據，是否重復收集實驗數據、是否科學處理實驗數據;反思結論階段是否根據實驗現象和數據得出結論，是否科學表達結論，是否應用有關的科學知識解釋結論，是否將假設與解釋進行比較，是否完成規(guī)范的實驗報告。