提升生物學實驗教學品質的融合策略

李能國

(江蘇省常州市教科院附屬中學 213001)

實驗教學是生物學教學的基本形式之一，《普通高中生物學課程標準(實驗)》中共有68個實驗和活動建議，包括形態觀察、物質鑒定、探究實驗、調查、制作等方面，內容和形式多樣。

生物學實驗教學的品質指向核心素養。當前生物學實驗教學存在幾種誤區，嚴重影響實驗教學的品質：一是課堂熱熱鬧鬧，形式多于內容，缺少探究的內涵；二是操作有條不紊，過多依賴于教材，缺少思維的深度；三是盡量少做實驗，認為做實驗不如做實驗題，缺少正確的價值取向。提升生物學實驗教學的品質，需要在教學環境、教學方法、教學目標等領域進行改變。改變可以是創新，卻不是對過去的簡單否定，而是深度的融合。

1 教室與生物學實驗室的融合

傳統的學校建筑可分為教學樓、實驗樓、圖書館、辦公樓等，這樣的布局是以管理為中心，而不是以學習者為中心的。一般情況下，絕大多數生物學課在教室上，少量實驗課到實驗室進行。教室與實驗室是兩個完全不同的教學環境，在教室和實驗室里的教學目標、課堂管理、學習方法完全不同，因此，一方面學生喜歡實驗課，在實驗課上比較興奮，同時也放松了對自己的要求，另一方面教師害怕實驗課，實驗課準備工作量大，課堂難以管理。破解上述問題需要創新教學環境，將傳統的教室與生物學實驗室融合，形成生物學科教室，從而具有豐富的功能。

生物學科教室內配備有黑板、多媒體設備，桌椅擺放的形式可以靈活多變，滿足常規的教學活動的需求。當所有的生物學教學活動都在學科教室進行時，改變過去為了實驗才去實驗室的弊端，分組實驗、演示實驗可以與知識學習同步，既符合學生的認知規律，又恢復了生物學課堂的理科特性。生物學科教室的墻壁上可以張貼與生物學相關的照片、圖片、實驗報告等，窗臺上培養實驗或觀賞用的動植物，讓學生走進生物學科教室，就進入有生物學特色的學習情境，從而提高學習效率。學科教室配備與生命科學相關的書籍、雜志，讓師生在需要的第一時間能夠伸手可及，同時配有多臺電腦，供個人或小組收集生物學信息、處理實驗數據、形成電子實驗報告等[1]。

2 技能訓練與科學探究的融合

生物學課程標準對能力目標的描述分為三個方面：①能夠正確使用一般的實驗器具，掌握采集和處理實驗材料、進行生物學實驗的操作、生物繪圖等技能；②能夠利用多種媒體收集生物學信息，學會鑒別、選擇、運用和分享信息；③發展科學探究能力。目前生物學實驗教學主要停留在操作技能層面，如制作臨時裝片、DNA粗提取、血球計數板的使用等。許多教師組織實施的實驗教學，過于依賴于教材，當實驗原理、器材和操作步驟都已知時，探究實驗只是簡單的模仿，而喪失了其應有的教育功能。

提升生物學實驗教學的品質，需要將技能訓練與科學探究融合。操作技能中隱含著科學的思想和方法，規范的操作是探究實驗成功的保障，一方面教師要正確示范，另一方面學生要有充足的時間進行練習。科學探究的本質是提出問題和解決問題，通過創設真實、新穎的情境，引導學生不斷發現新的問題，靈活自主地設計實驗的方案，正確運用生物學的思想、方法和探究工具，在科學探究過程中形成學科關鍵能力。例如，“探究培養液中酵母菌種群數量的變化”實驗中，利用血細胞計數板進行酵母菌的計數是一個特殊的生物學實驗技能，需要理論分析，更需要動手操作，但由于實驗要測量7d的數據才能繪制種群數量的增長曲線，實驗的周期比較長，許多學校只進行技能訓練，沒有讓學生體驗科學探究的全過程，換一個角度思考，怎樣才能在一節課中完成科學探究的全過程？教師可以提前一周配制好酵母菌培養液，在適宜的環境中培養，每天定時取出一定量的培養液放入冰箱中冷藏，讓酵母菌處理休眠狀態，這樣在一節實驗課上，就可以測量到7天的數據，并建立數學模型了。

3 定性實驗與定量實驗的融合

定性實驗是確定研究對象是否具有某種性質或某種關系，定量實驗是尋找數量之間的關系，用觀察、實驗、調查、測量、統計等來研究和分析現象。在《普通高中生物課程標準(實驗)》和《義務教育生物學課程標準(2011版)》的教學建議中，對定量實驗要求的描述是：“在重視定性實驗的同時，也應重視定量實驗，讓學生在量的變化中了解事物的本質。教師應給學生提供機會學習生物學研究中的測量方法，實事求是地記錄、整理和分析實驗數據，定量表述實驗結果等”。開展定量實驗是培養學生理性思維、科學精神的重要途徑之一，提升生物學實驗教學品質，需要將定性實驗與定量實驗相融合。

學生能力的養成是一個循序漸進的過程。例如，在初中階段，“探究光合作用的條件、原料和產物”實驗，運用簡單而科學的方法，驗證植物光合作用需要光和二氧化碳，產生淀粉和氧氣，這是定性分析；而在高中階段的“探究影響光合作用速率的環境因素”實驗，是一個定量實驗，從定性實驗到定量實驗，在實驗原理和方法上大同小異，但需要確定一個可測量、有信度的指標，同時關注實驗材料的選擇、自變量和無關變量的控制等。一方面教師要認真完成課程標準規定的定量實驗；另一方面，可以將課程標準中的定性實驗轉變成定量實驗，如“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的定性實驗，簡單的操作對高中學生毫無挑戰性，從實驗現象直接得出“酶具有高效性”的結論，證據尚不夠充分，可以發揮學生的想象力和創造力，將其轉變成定量實驗，讓學生在活動中充分感悟定量實驗的魅力。

4 獨立思考與小組合作的融合

很多學生對實驗教學的目標認識比較模糊，走進實驗室時什么準備也沒有，注意力集中到實驗材料上，急于觀察、擺弄材料，甚至動手操作，而忽略了教師的講解和要求，常常是不知道為什么這樣做、要觀察什么、做完后還要干什么。有些教師過分強調學生的自主性，沒有為學生的實驗活動提供必要的支持，完全放手讓學生獨自完成，表面是對學生權利的尊重，實質是對教學過程的放任自流。有些教師將小組合作學習泛濫化，一節課中無數次要求同桌兩人或者前后桌4人之間進行合作，常常出現無話可說的尷尬場面，或者少數人包辦了探究的全過程，合作學習形同虛設。為避免上述問題的出現，需要將獨立思考與小組合作進行融合。

新課程倡導自主學習與合作學習，自主是個人的能動性和獨立性的體現，合作是對個人有限性的彌補及基于人在社會中生存的需要，教師應努力創設情境、積極引導、及時指導，使探究活動有思維的深度，有對話交流，從而實現互動生成、真實有效。例如，“探究影響酶活性的條件”實驗中，教師可以提出系列問題讓學生獨立思考：①探究溫度對淀粉酶活性影響的實驗中，觀測的指標是什么？斐林試劑和碘液是否都可以用來檢測反應程度？②探究pH對過氧化氫酶活性影響的實驗中，調節過氧化氫溶液的pH與調節肝臟研磨液的pH值的意義相同嗎？只調節過氧化氫溶液或肝臟研磨液的pH，實驗結果相同嗎？③如何確定淀粉酶的最適溫度或過氧化氫酶的最適pH？

這三個問題對學生都具有一定的難度，通過閱讀教材不能直接找到答案，需要進行獨立思考，從而深刻地理解實驗的原理和方法，感悟科學精神。在分析這三個問題的基礎上，激發了學生探究的興趣，根據不同的實驗內容，靈活運用多種分組形式，小組的成員數量、位置、任務也不斷調整，通暢學生之間信息交流的途徑，解決同一小組長期合作造成的角色定位、沒有新鮮感等問題。

5 動手操作與紙筆測試的融合

教師在實驗課上，需要指導學生的實驗過程、處理動態生成的資源，常常是心有余而力不足，忽略了對實驗教學效果的評價。現階段紙筆測試是最常用的對學生實驗能力的評價模式，理性思維和科學探究能力是紙筆測試的重點，紙筆測試一般出現在各級考試中，具有滯后性，又無法評價操作技能，從而有人認為實驗操作對提高紙筆測試成績沒有幫助，“做實驗不如做實驗題”的錯誤觀點，將實驗操作與紙筆實驗對立。

提升生物學實驗教學的品質，需要將動手操作與紙筆測試進行融合，指向學生發展核心素養的實驗教學不排斥應試，只有在真實的情境下，才能真實地表現學生內隱的能力，只有通過評價，才能進一步完善教與學的品質。以實驗為情境的紙筆測試，可以是隨堂或者課后的幾道試題。例如，探究“酶的特性”系列實驗結束后，布置的作業如下：在探究酶的專一性實驗中，提供的材料有質量分數2%的淀粉酶溶液、質量分數20%的肝臟研磨液、質量分數3%的可溶性淀粉溶液、體積分數3%的過氧化氫溶液、碘液、斐林試劑等。請回答下列問題： ①如果選擇可溶性淀粉作為反應物，實驗的自變量是什么？因變量是什么？②當反應物為可溶性淀粉時，檢測因變量應選擇斐林試劑而不是碘液，原因是什么？③有人提出反應物可以同時選擇可溶性淀粉和過氧化氫，你認為這種方法可行嗎？說明你的理由。

題干來自真實的實驗情境，通過及時的紙筆測試，說明實驗操作獲得感性認識是有用的，紙筆測試中開放的問題，能夠促進學生的反思、感悟、內化和遷移，從而發展核心素養。