拓展高中生物實(shí)驗(yàn)，提高科學(xué)探究能力

石丹花

摘 要 通過(guò)對(duì)高中生物教材原有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展，包括實(shí)驗(yàn)材料、儀器、方法等的改進(jìn)和創(chuàng)新，幫助學(xué)生提升思維能力和科學(xué)探究能力，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，進(jìn)而提高生物學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 科學(xué)探究 實(shí)驗(yàn)拓展 生物學(xué)核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1 概念界定

1.1 科學(xué)探究

近來(lái)，教育部提出核心素養(yǎng)的概念，其中生物學(xué)核心素養(yǎng)是學(xué)生形成核心素養(yǎng)的關(guān)鍵之一。生物學(xué)核心素養(yǎng)包括生命觀念、理性思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任4個(gè)維度?？茖W(xué)探究是指能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的生物學(xué)問(wèn)題，針對(duì)特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問(wèn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施以及結(jié)果交流與討論。在開(kāi)展不同的工作中，都樂(lè)于并善于團(tuán)隊(duì)合作。

1.2 實(shí)驗(yàn)拓展

實(shí)驗(yàn)拓展立足于培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)，以教材原有實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、材料或方法進(jìn)行延伸、改進(jìn)或創(chuàng)新。教師引導(dǎo)學(xué)生的思考，提高理性思維和科學(xué)探究能力，進(jìn)而提高生物學(xué)核心素養(yǎng)。

2 研究背景

生物學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，許多生物學(xué)原理的形成離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)為證據(jù)的支撐。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力及創(chuàng)新思維都有重要作用。

然而，現(xiàn)在的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程存在種種問(wèn)題。首先，生物被公認(rèn)為副科，學(xué)校對(duì)生物實(shí)驗(yàn)的重視度不夠。多數(shù)學(xué)校對(duì)生物實(shí)驗(yàn)室經(jīng)濟(jì)投入不足，實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊，缺少儀器、材料，以至于部分實(shí)驗(yàn)無(wú)法完成。其次，受到應(yīng)試教育的影響，生物課時(shí)較少，多數(shù)實(shí)驗(yàn)通過(guò)課堂講授或教師演示，學(xué)生只需牢記實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)論即可。另外，許多生物學(xué)教師本身動(dòng)手能力有限，從未接受專門(mén)的培訓(xùn)指導(dǎo)，因此實(shí)驗(yàn)開(kāi)出率較低。

顯然，剝奪學(xué)生的實(shí)驗(yàn)權(quán)利便 阻礙了學(xué)生創(chuàng)新能力的提升。學(xué)生的動(dòng)手能力較差，“眼高手低”現(xiàn)象較為普遍。因此，教師應(yīng)該充分挖掘教材中的實(shí)驗(yàn)，對(duì)原有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)、創(chuàng)新、拓展，給學(xué)生創(chuàng)造動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，幫助學(xué)生提高科學(xué)探究能力，進(jìn)而提高生物學(xué)核心素養(yǎng)。

3 高中生物實(shí)驗(yàn)拓展策略

3.1 改進(jìn)教材原有實(shí)驗(yàn)

（1） 知識(shí)內(nèi)容拓展。

有些生物學(xué)概念的表述比較抽象，可用實(shí)驗(yàn)演示，則形象易懂。如減數(shù)分裂過(guò)程中同源染色體、聯(lián)會(huì)及交叉互換，學(xué)生對(duì)人體細(xì)胞中23對(duì)染色體并沒(méi)有直觀的認(rèn)識(shí)。教師可以將高倍顯微鏡下男性和女性的染色體組成圖打印出來(lái)。學(xué)生以小組為單位，將染色體剪下，根據(jù)大小、形狀模擬同源染色體配對(duì)，從而對(duì)聯(lián)會(huì)、四分體、交叉互換有個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。

（2） 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)材料。

實(shí)驗(yàn)材料的選取直接影響實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展和效果。教材中建議的材料并不一定是最合適的，教師應(yīng)該從實(shí)驗(yàn)操作的難易、材料的獲取、實(shí)驗(yàn)效果等角度擇優(yōu)選擇。

如在“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)中，教材建議用新鮮的菠菜綠葉，結(jié)果分離出四條色素帶，其中葉綠素較明顯，但葉黃素含量較少。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)已是深秋，學(xué)生可以提取并分離不同植物葉片的色素，如黃色的銀杏葉片、紫甘藍(lán)葉片、紅色楓葉。每個(gè)探究小組選取一種葉片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并與其他小組交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生在不同材料的實(shí)驗(yàn)中，不僅了解了葉綠素和葉黃素，還認(rèn)識(shí)了花青素。這有助于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維及知識(shí)遷移能力。

（3） 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器。

受當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平的制約，多數(shù)學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)室的資金投入較少，相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備較為陳舊，因此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯。

如“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生自己制作的裝片在普通光學(xué)顯微鏡下很難觀察清楚，很大程度上打擊了學(xué)生動(dòng)手的積極性。有條件的學(xué)?？梢再?gòu)置電子數(shù)碼顯微鏡，學(xué)生可以直接通過(guò)顯示器屏幕觀察，還可以拍照、錄制視頻并拷貝回去。利用數(shù)碼顯微鏡觀察，不僅實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，還可讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步對(duì)實(shí)驗(yàn)探究的積極作用。

（4） 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法。

教師要鼓勵(lì)學(xué)生大膽創(chuàng)新，對(duì)教材實(shí)驗(yàn)中繁瑣的方法步驟進(jìn)行簡(jiǎn)化，同樣可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。

如“觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原”的實(shí)驗(yàn)，在撕取洋蔥外表皮時(shí)，教材建議先用刀片劃“井”，然后用鑷子撕取。這個(gè)操作并不順利，鑷子一般較鈍，不易撕取，且洋蔥表皮容易卷曲。因此可以改為逆著洋蔥鱗片葉彎曲的方向輕輕折斷，便會(huì)露出外表皮，然后直接用手撕取即可。實(shí)際操作表明，這種方法更為快速、簡(jiǎn)便。

在“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”實(shí)驗(yàn)中，教材中壓片的方法是將根尖弄碎放在載玻片上，蓋上蓋玻片，在蓋玻片上再加一片載玻片，然后用拇指輕輕按壓載玻片。這種方法的弊端是染料容易沾在手上，而且載玻片容易滑動(dòng)，導(dǎo)致根尖位置變動(dòng)。改進(jìn)方法是用長(zhǎng)條形吸水濾紙沿著載玻片寬的方向纏繞，固定載玻片和蓋玻片，再輕輕按壓。這樣不僅可以固定蓋玻片的位置，還可以吸收多于的染液。

（5） 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)組織形式。

多數(shù)教師在實(shí)驗(yàn)室教學(xué)雖采取小組合作的形式，但仍是教師一人指導(dǎo)整個(gè)班級(jí)，無(wú)疑增加了教師負(fù)擔(dān)，降低了實(shí)驗(yàn)效率。教師不妨采取對(duì)各組組長(zhǎng)進(jìn)行“崗前培訓(xùn)”，然后實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中由組長(zhǎng)負(fù)責(zé)指導(dǎo)每組成員。這在一定程度上可以提高學(xué)生的責(zé)任感與合作交流能力。

（6） 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

提升學(xué)生的理性思維和科學(xué)探究能力是提高生物學(xué)核心素養(yǎng)的重要方面。教師對(duì)教材實(shí)驗(yàn)重新設(shè)計(jì)，開(kāi)展探究性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生嘗試根據(jù)生活中的現(xiàn)象提出問(wèn)題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論，與他人交流，從而培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、堅(jiān)持不懈的態(tài)度。

如“探究溫度對(duì)酶活性的影響”，教師可以讓學(xué)生根據(jù)加酶洗衣粉的包裝說(shuō)明，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中體會(huì)控制變量原則、對(duì)照原則等，讓學(xué)生形成科學(xué)思維的習(xí)慣，認(rèn)同生物學(xué)與社會(huì)生活的密切聯(lián)系。

3.2 開(kāi)展課外探究實(shí)驗(yàn)

受到課堂時(shí)間、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備等條件的制約，有些實(shí)驗(yàn)無(wú)法在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室完成，教師可以組織學(xué)生利用周末時(shí)間開(kāi)展課外探究實(shí)驗(yàn)。

例如，“果汁發(fā)酵制作果酒和果醋”此實(shí)驗(yàn)雖在實(shí)驗(yàn)室有簡(jiǎn)易制作裝置，但是設(shè)備簡(jiǎn)陋并不能充分發(fā)揮學(xué)生的探究能力。若條件允許，教師可以組織學(xué)生參觀當(dāng)?shù)鼐茝S，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)果酒生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備、制作工藝流程等，讓學(xué)生嘗試用所學(xué)知識(shí)解決生產(chǎn)實(shí)踐中的問(wèn)題，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。又如，帶領(lǐng)學(xué)生去農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，了解農(nóng)作物種植過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題，使學(xué)生了解大棚種植的優(yōu)勢(shì)等，能運(yùn)用所學(xué)的光合作用和呼吸作用相關(guān)知識(shí)去解釋農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一些問(wèn)題，從而密切聯(lián)系生活實(shí)際，提高學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

3.3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)趣味實(shí)驗(yàn)

對(duì)于某些抽象、枯燥的內(nèi)容，若是通過(guò)趣味實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)出來(lái)，可大大提高學(xué)生興趣。趣味實(shí)驗(yàn)包括讓學(xué)生身體模仿、角色扮演等。如學(xué)習(xí)氨基酸結(jié)構(gòu)通式時(shí)，可用學(xué)生的身體模仿——頭部代表R基，兩手代表氨基和羧基，雙腳并攏代表H原子。學(xué)生手拉手站成一排表示氨基酸的脫水縮合過(guò)程，形象地展示形成的肽鍵數(shù)和脫去的水分子數(shù)以及一條肽鏈中游離的氨基和羧基數(shù)。實(shí)踐表明，學(xué)生積極參與活動(dòng)，會(huì)大大提高學(xué)習(xí)的積極性。

對(duì)于某些科學(xué)史的講授，教師可以采用角色扮演還原科學(xué)故事的方式。筆者在“伴性遺傳”一節(jié)中，關(guān)于道爾頓發(fā)現(xiàn)色盲癥的故事，讓幾位學(xué)生分角色扮演道爾頓、母親、弟弟、周圍人等。實(shí)踐證明，學(xué)生特別認(rèn)真對(duì)待，熱情表演，將不同人物表現(xiàn)的非常到位。學(xué)生在扮演過(guò)程中不僅了解了科學(xué)史，還體會(huì)到科學(xué)家在科學(xué)探究過(guò)程中付出的艱辛與努力，同時(shí)達(dá)到了情感、態(tài)度與價(jià)值觀教育的目標(biāo)。

3.4 結(jié)合其他學(xué)科實(shí)驗(yàn)

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生提高核心素養(yǎng)的橋梁，不同學(xué)科存在一定的聯(lián)系，教師要打破學(xué)科界限、融通各學(xué)科知識(shí)，充分尊重學(xué)生個(gè)性，發(fā)揮思維力和創(chuàng)造力。如“還原糖的鑒定”實(shí)驗(yàn)中，教材推薦用斐林試劑鑒定。斐林試劑與還原糖作用產(chǎn)生磚紅色沉淀。教師還可以利用化學(xué)中的銀鏡反應(yīng)原理，先制備銀氨溶液，再滴入一滴管的葡萄糖溶液，振蕩后把試管放在熱水中溫?zé)?。不久可以看到，試管被加熱區(qū)內(nèi)壁上附著一層光亮如鏡的金屬銀，原因在于還原糖具有還原性，可以將銀離子還原成金屬銀。

4 結(jié)論

學(xué)生核心素養(yǎng)的提升與教師的教學(xué)方法密切相關(guān)。教師要充分為學(xué)生考慮，從學(xué)生的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益出發(fā)，靈活運(yùn)用多種教學(xué)方式，改進(jìn)并創(chuàng)新教材原有實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生最大限度參與到實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中來(lái)，鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑、交流與創(chuàng)新，提高思維能力與科學(xué)探究能力，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，從而更好地適應(yīng)社會(huì)發(fā)展和終身發(fā)展的需要，做一個(gè)全面發(fā)展的人。

參考文獻(xiàn)：

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