拓展高中生物實驗，提高科學探究能力

石丹花

摘 要 通過對高中生物教材原有實驗進行拓展，包括實驗材料、儀器、方法等的改進和創新，幫助學生提升思維能力和科學探究能力，增強社會責任感，進而提高生物學核心素養。

關鍵詞 科學探究 實驗拓展 生物學核心素養

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

1 概念界定

1.1 科學探究

近來，教育部提出核心素養的概念，其中生物學核心素養是學生形成核心素養的關鍵之一。生物學核心素養包括生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任4個維度。科學探究是指能夠發現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及結果交流與討論。在開展不同的工作中，都樂于并善于團隊合作。

1.2 實驗拓展

實驗拓展立足于培養學生的生物學核心素養，以教材原有實驗為基礎，對實驗內容、材料或方法進行延伸、改進或創新。教師引導學生的思考，提高理性思維和科學探究能力，進而提高生物學核心素養。

2 研究背景

生物學是一門以實驗為基礎的學科，許多生物學原理的形成離不開實驗為證據的支撐。同時，實驗的開展對培養學生的動手能力及創新思維都有重要作用。

然而，現在的高中生物實驗教學過程存在種種問題。首先，生物被公認為副科，學校對生物實驗的重視度不夠。多數學校對生物實驗室經濟投入不足，實驗設備陳舊，缺少儀器、材料，以至于部分實驗無法完成。其次，受到應試教育的影響，生物課時較少，多數實驗通過課堂講授或教師演示，學生只需牢記實驗步驟及結論即可。另外，許多生物學教師本身動手能力有限，從未接受專門的培訓指導，因此實驗開出率較低。

顯然，剝奪學生的實驗權利便 阻礙了學生創新能力的提升。學生的動手能力較差，“眼高手低”現象較為普遍。因此，教師應該充分挖掘教材中的實驗，對原有實驗進行改進、創新、拓展，給學生創造動手操作的機會，幫助學生提高科學探究能力，進而提高生物學核心素養。

3 高中生物實驗拓展策略

3.1 改進教材原有實驗

（1） 知識內容拓展。

有些生物學概念的表述比較抽象，可用實驗演示，則形象易懂。如減數分裂過程中同源染色體、聯會及交叉互換，學生對人體細胞中23對染色體并沒有直觀的認識。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。學生以小組為單位，將染色體剪下，根據大小、形狀模擬同源染色體配對，從而對聯會、四分體、交叉互換有個直觀的認識。

（2） 創新實驗材料。

實驗材料的選取直接影響實驗的開展和效果。教材中建議的材料并不一定是最合適的，教師應該從實驗操作的難易、材料的獲取、實驗效果等角度擇優選擇。

如在“綠葉中色素的提取和分離”實驗中，教材建議用新鮮的菠菜綠葉，結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。本實驗教學時已是深秋，學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、紫甘藍葉片、紅色楓葉。每個探究小組選取一種葉片進行實驗，并與其他小組交流實驗結果。學生在不同材料的實驗中，不僅了解了葉綠素和葉黃素，還認識了花青素。這有助于培養學生的發散思維及知識遷移能力。

（3） 改進實驗儀器。

受當地經濟發展水平的制約，多數學校對實驗室的資金投入較少，相關實驗儀器設備較為陳舊，因此實驗現象不夠明顯。

如“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”實驗中，學生自己制作的裝片在普通光學顯微鏡下很難觀察清楚，很大程度上打擊了學生動手的積極性。有條件的學校可以購置電子數碼顯微鏡，學生可以直接通過顯示器屏幕觀察，還可以拍照、錄制視頻并拷貝回去。利用數碼顯微鏡觀察，不僅實驗現象明顯，還可讓學生體會科學技術的進步對實驗探究的積極作用。

（4） 創新實驗方法。

教師要鼓勵學生大膽創新，對教材實驗中繁瑣的方法步驟進行簡化，同樣可以達到實驗的目的。

如“觀察植物細胞質壁分離與復原”的實驗，在撕取洋蔥外表皮時，教材建議先用刀片劃“井”，然后用鑷子撕取。這個操作并不順利，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，便會露出外表皮，然后直接用手撕取即可。實際操作表明，這種方法更為快速、簡便。

在“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”實驗中，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，導致根尖位置變動。改進方法是用長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） 創新實驗組織形式。

多數教師在實驗室教學雖采取小組合作的形式，但仍是教師一人指導整個班級，無疑增加了教師負擔，降低了實驗效率。教師不妨采取對各組組長進行“崗前培訓”，然后實驗操作過程中由組長負責指導每組成員。這在一定程度上可以提高學生的責任感與合作交流能力。

（6） 創新實驗設計。

提升學生的理性思維和科學探究能力是提高生物學核心素養的重要方面。教師對教材實驗重新設計，開展探究性實驗，讓學生嘗試根據生活中的現象提出問題、作出假設、設計實驗并開展實驗，根據實驗結果得出結論，與他人交流，從而培養學生實事求是、堅持不懈的態度。

如“探究溫度對酶活性的影響”，教師可以讓學生根據加酶洗衣粉的包裝說明，自行設計實驗，使學生在實驗設計中體會控制變量原則、對照原則等，讓學生形成科學思維的習慣，認同生物學與社會生活的密切聯系。

3.2 開展課外探究實驗

受到課堂時間、實驗室設備等條件的制約，有些實驗無法在學校實驗室完成，教師可以組織學生利用周末時間開展課外探究實驗。

例如，“果汁發酵制作果酒和果醋”此實驗雖在實驗室有簡易制作裝置，但是設備簡陋并不能充分發揮學生的探究能力。若條件允許，教師可以組織學生參觀當地酒廠，讓學生認識果酒生產企業的生產設備、制作工藝流程等，讓學生嘗試用所學知識解決生產實踐中的問題，增強社會責任感。又如，帶領學生去農業生產基地，了解農作物種植過程中應注意的問題，使學生了解大棚種植的優勢等，能運用所學的光合作用和呼吸作用相關知識去解釋農業生產的一些問題，從而密切聯系生活實際，提高學生的社會責任感。

3.3 創新設計趣味實驗

對于某些抽象、枯燥的內容，若是通過趣味實驗呈現出來，可大大提高學生興趣。趣味實驗包括讓學生身體模仿、角色扮演等。如學習氨基酸結構通式時，可用學生的身體模仿——頭部代表R基，兩手代表氨基和羧基，雙腳并攏代表H原子。學生手拉手站成一排表示氨基酸的脫水縮合過程，形象地展示形成的肽鍵數和脫去的水分子數以及一條肽鏈中游離的氨基和羧基數。實踐表明，學生積極參與活動，會大大提高學習的積極性。

對于某些科學史的講授，教師可以采用角色扮演還原科學故事的方式。筆者在“伴性遺傳”一節中，關于道爾頓發現色盲癥的故事，讓幾位學生分角色扮演道爾頓、母親、弟弟、周圍人等。實踐證明，學生特別認真對待，熱情表演，將不同人物表現的非常到位。學生在扮演過程中不僅了解了科學史，還體會到科學家在科學探究過程中付出的艱辛與努力，同時達到了情感、態度與價值觀教育的目標。

3.4 結合其他學科實驗

學科核心素養是學生提高核心素養的橋梁，不同學科存在一定的聯系，教師要打破學科界限、融通各學科知識，充分尊重學生個性，發揮思維力和創造力。如“還原糖的鑒定”實驗中，教材推薦用斐林試劑鑒定。斐林試劑與還原糖作用產生磚紅色沉淀。教師還可以利用化學中的銀鏡反應原理，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熱。不久可以看到，試管被加熱區內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 結論

學生核心素養的提升與教師的教學方法密切相關。教師要充分為學生考慮，從學生的長遠利益出發，靈活運用多種教學方式，改進并創新教材原有實驗，讓學生最大限度參與到實驗活動中來，鼓勵學生質疑、交流與創新，提高思維能力與科學探究能力，增強社會責任感，從而更好地適應社會發展和終身發展的需要，做一個全面發展的人。

參考文獻：

[1] 于智勇，林穎韜.基于核心素養下的高中生物實驗拓展式教學模式的實踐研究[J].中學生物學，2016，32（10）：42-44.

[2] 張梅.對生物實驗的改進和創新研究，提高生物教學的有效性[J].中學生物學，2013，29（4）：43-44.