基于生物學(xué)實驗培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究”素養(yǎng)的四個視角

羅建義

摘 要 以實驗方式、實驗材料用具、實驗步驟、檢測試劑的改變4個視角闡述了培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的創(chuàng)新實踐，以供相關(guān)教學(xué)研究參考。

關(guān)鍵詞 實驗教學(xué) 探究素養(yǎng) 生物學(xué)實驗

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

“科學(xué)探究”是生物學(xué)核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，注重培養(yǎng)學(xué)生觀察、獲取、處理信息和推理判斷的能力，對生物學(xué)知識之間內(nèi)在聯(lián)系的分析歸納能力，實驗?zāi)芰Φ取Ｋ粌H可以幫助學(xué)生鞏固教材知識，還能引導(dǎo)學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究的態(tài)度，能用科學(xué)的眼光和思維對實驗過程和實驗結(jié)果進(jìn)行分析，從而提升學(xué)生科學(xué)探究的能力。

1 實驗方式的改變：變驗證性實驗為探究實驗

驗證性實驗?zāi)康男詮?qiáng)，是對教材內(nèi)容的驗證和再現(xiàn)。在驗證性實驗中，學(xué)生缺乏主動建構(gòu)知識、探究結(jié)論的體驗，不利于學(xué)生探究素養(yǎng)的提升。探究性實驗創(chuàng)設(shè)了一系列的問題情境，學(xué)生在參與實驗探究的過程中，體驗實驗的準(zhǔn)備、操作、結(jié)論推導(dǎo)的整個環(huán)節(jié)，大大提升了探究素養(yǎng)和創(chuàng)新精神。

如在“植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原”的實驗中，筆者選用紫色洋蔥的內(nèi)表皮細(xì)胞、花生的種子細(xì)胞、植物莖尖分生區(qū)細(xì)胞、菠菜葉肉細(xì)胞與紫色洋蔥的外表皮細(xì)胞進(jìn)行對比實驗，使學(xué)生對選擇紫色洋蔥外表皮細(xì)胞為實驗材料的原因有了充分的認(rèn)識。在實驗試劑方面，除了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的蔗糖溶液外，教師還選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的蔗糖溶液、尿素、KNO3、乙二醇溶液進(jìn)行實驗。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察、比較各種預(yù)設(shè)條件下的現(xiàn)象改變，分析造成這種結(jié)果的本質(zhì)原因，使實驗中問題的探究走向深入。

2 實驗材料和用具的改變

教材實驗材料和用具的選擇具有一般性，要求各地各校都可以實施開展。部分教師嚴(yán)格按照教材預(yù)設(shè)的實驗材料及用具進(jìn)行實驗，最后發(fā)現(xiàn)實驗效果不好。但若添加實驗材料，調(diào)整實驗用具，讓學(xué)生分析、比較實驗材料和器具改變后，實驗現(xiàn)象、結(jié)果的差異性，學(xué)生對實驗的認(rèn)識能夠更加貼近現(xiàn)象本質(zhì)。在這種探究中，學(xué)生興趣盎然、質(zhì)疑不斷，有利于學(xué)生探究素養(yǎng)的提升。

如觀察“葉綠體與細(xì)胞質(zhì)流動”的實驗，教材建議以苔蘚類或菠菜為實驗材料，苔蘚類極難取材，也受季節(jié)限制。有些教師用萬壽菊管狀花的花瓣表皮、黃瓜嫩莖的表皮毛或韭菜進(jìn)行實驗探究。通過比較分析，發(fā)現(xiàn)韭菜材料易得，實驗效果又好，上面的問題迎刃而解。

又如在“滲透作用”的演示實驗中，若用教材上描述的長頸漏斗實驗，液面上升的速度慢、時間長，效果不明顯。若選用移液管替代，液面迅速上升，實驗效果非常明顯。

因此，教師要根據(jù)實際情況，拓展實驗探究思路，從實驗材料和器具上多加選擇，促進(jìn)當(dāng)?shù)刂袑W(xué)生物實驗探究教學(xué)的有效開展。

3 實驗步驟的改變

正確的實驗步驟是獲得確切的實驗現(xiàn)象、詳實的實驗數(shù)據(jù)、正確的實驗結(jié)論的前提。教師要監(jiān)測學(xué)生各步驟的實驗現(xiàn)象，預(yù)判各環(huán)節(jié)的誤差及出現(xiàn)的結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注步驟改變之后的現(xiàn)象改變，分析其實質(zhì)，對實驗中提出的問題、現(xiàn)象、失敗的原因要細(xì)致考慮，多問“為什么”，注重實驗的過程性分析，促進(jìn)學(xué)生“探究技能”的提高。

如在“探究pH對酶活性的影響”的實驗中，常規(guī)的實驗步驟是：

（1） 取9支同型號試管，標(biāo)記，分別加入2 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的可溶性淀粉溶液、相應(yīng)的緩沖液3 mL，各試管中溶液的pH依次穩(wěn)定在3、4、5、6、7、8、9、10、11。

（2） 各試管在37℃下恒溫水浴，分別向各試管中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%唾液1mL。每隔1min從第5號試管（即pH為7的試管）中取出一滴反應(yīng)液，滴在比色板上，加一滴碘液顯色，待呈橙黃色時，立即取出9支試管，加碘液顯色并比色，記錄結(jié)果。

（3） 分析實驗結(jié)果，得出結(jié)論。

教師引導(dǎo)學(xué)生改變實驗步驟，如保留前5只試管進(jìn)行實驗，縮小試管中溶液的pH梯度，用20℃恒溫水浴，改變第5號試管比色時間，第一步和第二步實驗步驟互換等。教師要引導(dǎo)學(xué)生觀察步驟改變前后實驗現(xiàn)象的變化，甄別其相似程度，對出現(xiàn)的誤差進(jìn)行分析，從而正確理解實驗步驟，體驗各實驗條件下實驗的準(zhǔn)備、操作、結(jié)論推導(dǎo)的整個環(huán)節(jié)。

4 檢測試劑的改變

教師可通過改變檢測試劑，對比實驗現(xiàn)象中的顏色變化，引導(dǎo)學(xué)生對實驗背后的內(nèi)因進(jìn)行分析，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。如在“溫度對酶活性”的實驗中，教材實驗選擇斐林試劑作為檢測劑，可有些小組提出班氏試劑、碘液也可以作為檢測試劑。教師要及時引導(dǎo)學(xué)生展開分析，思考不同檢測劑的檢測對象和使用條件的差異性，預(yù)測實驗成功的可能性。然后，引導(dǎo)學(xué)生在不同檢測試劑下做平行對比實驗。最后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)：斐林試劑或班氏試劑側(cè)重于對淀粉水解后產(chǎn)物的鑒定。碘液則反映淀粉酶對淀粉的催化程度，通過淀粉溶液的褪色過程，直觀地顯示出不同溫度條件下，反應(yīng)溶液顏色動態(tài)變化的過程，側(cè)重于對底物剩余量的鑒定。在教材所選溫度0 ℃、60 ℃和100 ℃的條件下，如果選用斐林試劑作指示劑，需要在試劑加入后進(jìn)行水浴加熱。這樣就改變了原來3支試管的預(yù)設(shè)溫度，實驗所觀察的結(jié)果就很難代表原預(yù)設(shè)溫度條件下真實的實驗結(jié)果。可見，只有細(xì)心觀察，注重顏色變化的內(nèi)因分析，才能得出正確的實驗結(jié)論。

實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究”素養(yǎng)的重要途徑，基于各視角來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)，可以引導(dǎo)學(xué)生從不同側(cè)面理解教材實驗，學(xué)會嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究方法，促使學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的不斷提升。