基于微型化理念的高中生物微型實驗教學實踐

湯向榮+金枝+孫錫英

[摘 要]微型實驗取材方便、操作簡易、耗材少、效果好，在時間緊、任務重的高中生物課堂教學和學生科學素養培養中具有十分重要的作用。通過“改減實驗材料、改進實驗方法、改善實驗細節”等方面的微型實驗設計與改進，實現了實驗教學的隨堂化，提高了課堂實驗教學效果。

[關鍵詞]微型實驗教學；微型化理念；高中生物

[中圖分類號] G633.91[文獻標識碼] A[文章編號] 16746058（2017）35008702

“科學探究”是《普通高中生物學課程標準》中明確提出的四大生物學核心素養之一，即“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、方案實施以及結果的交流與討論的能力”。科學實驗是實施科學探究、培養學生科學探究能力、提高生物學核心素養的重要而有效的途徑。因此，實驗教學顯得十分重要。現行高中生物人教版教材中，對于學生實驗，必修教材有31個，選修1教材（江蘇）有6個，其中生化類實驗5個，占13.5%，觀察類實驗有5個，占13.5%。這些學生實驗在高考或學業水平測試中占有相當重要的地位。（見表1）

傳統實驗教學中，注重標準的儀器設備、規范的實驗操作，多偏重于實驗操作的模仿與驗證，同時，因課時緊、任務重、取材難、操作繁、效果差等原因，教師以演示實驗或講授實驗來代替學生做實驗的現象較為普遍，嚴重阻礙了學生科學探究能力的培養。微型實驗取材方便、操作簡易、耗材少、效果好，在時間緊、任務重的高中生物課堂教學和學生科學素養培養中具有十分重要的作用。以微型實驗為實驗教學的載體進行實驗課堂教學，不僅能讓學生掌握生物知識，領悟科學探究的過程與方法，培養學生的綠色環保意識，而且能更有效地發揮實驗教學在培養學生生物學核心素養中的重要作用。

本文基于微型化理念，闡述高中生物微型實驗在課堂教學中的一些具體實踐。

一、改減實驗材料，提高實驗效果

精心準備、選擇和設計實驗材料直接關系到生物實驗教學的成功與否，因此，實驗材料準備恰當，是實施好實驗教學的關鍵。

1.減少藥劑用量，實現實驗隨堂化

在常規實驗教學中，多采用大試管、大劑量藥劑進行學生分組實驗或演示實驗。如果對這些實驗實施微型化設計與改進，如改用小試管或點滴板等進行實驗，不僅能大量減少藥劑用量，簡化操作步驟，而且實驗效果理想，便于實現生物實驗教學隨堂化。

例如，在“檢測生物組織中還原糖和蛋白質”的實驗中，試管中加入的待測樣液和斐林試劑及雙縮脲試劑較多，掌握得不好，則會干擾實驗中顯色現象的正常出現，導致實驗失敗。而將實驗進行改進：蘋果去皮，將果肉切成有凹面的薄片，在凹面處滴加2滴斐林試劑，然后在酒精燈火焰上加熱，2～3分鐘后就可在凹面處出現磚紅色，實驗效果明顯。此外，實驗中進行沸水浴加熱時，需較多的熱開水，同時還需要用酒精燈加熱，操作復雜、耗時長，影響實驗的進度。如將大試管改用小試管，加入的組織樣液和斐林試劑均相應減少，則只需少量熱水或用酒精燈直接加熱，所需時間短，實驗效果明顯。

另外，在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”“探究影響酶活性的條件”“生物體維持pH穩定的機制”“DNA的粗提取與鑒定”等實驗中，均可采用此法減少實驗藥劑的用量，以達到實驗教學微型化和隨堂化的目的。

2.改換實驗材料，提高實驗效果

在常規實驗中，因受到地區、季節、操作方法等客觀因素的制約，導致實驗效果不理想或實驗操作煩瑣，費時太長。因此，因地、因季、因法改換適宜的實驗材料，能簡化操作，提高實驗效果，達到實驗教學微型化和隨堂化的目的。

例如，對于“DNA的粗提取與鑒定”實驗，教材重點給出的實驗材料是雞血細胞，但以雞血細胞作為實驗材料存在著許多不足與問題，如：①材料，成本昂貴不易獲得；②使用儀器繁多，試劑消耗量大；③實驗步驟煩瑣，學生操作困難；④實驗時間過長，不能隨堂完成；⑤課前準備時間較長，教師多以講解為主；⑥實驗效果不甚理想。因此，要解決以上問題，改換適宜的實驗材料十分必要。根據實驗原理，經查找資料和多次實驗對比，發現用香蕉替代雞血細胞，實驗效果比較理想。香蕉是多倍體植物，DNA含量較多，而且材料易得、成本低廉，課前準備方便，更重要的是實驗操作簡便，大大縮短了實驗時間，且實驗現象明顯，能做到微型化和隨堂化實驗教學。

又如，在做“綠葉中色素的提取和分離”實驗時，用韭菜、蘿卜葉、蒿菜或天竺葵葉代替菠菜葉；在“檢測生物組織中脂肪”的實驗中，用植物油或薄的肥豬肉片取代花生子葉切片，不僅實驗現象明顯、方法簡便、效果好，而且能解決因季節所造成的實驗材料取材不易的問題。

3.替換實驗藥劑，實現防污環保

在常規實驗“綠葉中色素的提取和分離”“DNA的粗提取與鑒定”“觀察DNA和RNA細胞中的分布”中，分別使用了丙酮、苯、石油醚、二苯胺、甲基綠、吡羅紅等有揮發性和有毒性的化學藥劑，實驗結束后又會產生許多實驗廢液，這些化學藥劑和實驗廢液會對環境產生一定的污染。而在實驗教學中如能用適宜的材料替換這些具有毒性的試劑或進行微型實驗以減少實驗中各種化學溶液的用量，則可以實現減少污染、保護環境的目的。

二、改進實驗方法，提高實驗效果

常規實驗中，有些實驗設計比較復雜，操作步驟多，費時且實驗效果差，而改進實驗方法，可有效提高實驗效果。如以雞血細胞為實驗材料的“DNA的粗提取與鑒定”實驗，除了用香蕉、花椰菜等植物替換雞血細胞做實驗材料外，還可通過使用微型研磨過濾器改進DNA的提取方法與步驟，簡化實驗過程，提高實驗效果。

又如，對于“用樣方法調查草地中某種雙子葉植物的種群密度”的實驗，一般教師會帶領學生到室外草坪上進行，但實驗過程中，一因戶外場地大，難以把控教學秩序；二因學生分散調查，教師不能及時糾正學生在實驗中的錯誤操作，很難達成教學目標。為此，可設計成室內微型實驗進行教學。

（1）請學生閱讀課本實驗內容；（2）將學生分成若干小組，每組分發一張A4紙，紙上分別印有圖1和表2的相關內容；（3）讓學生使用樣方法調查圖1所示的某種雙子葉植物的種群密度（圖1中一個黑點表示一棵雙子葉植物）；（4）將實驗數據填入表2，計算出某種雙子葉植物的種群密度。

三、改善實驗細節，提高實驗效果

常規實驗中，有些實驗操作要求較高，學生達不到要求則觀察不到實驗現象，如在“檢測生物組織中的脂肪”實驗中，教材給出的實驗材料是花生子葉，要求學生手工切片和利用顯微鏡進行觀察。但實驗過程中因花生子葉不易切薄，耗時多，嚴重影響了實驗效果。而將花生子葉更換為植物油或薄的肥豬肉片，先在濾紙上滴1～2滴植物油，然后在其上滴1～2滴蘇丹Ⅲ或蘇丹Ⅳ；或者在薄的肥豬肉片上滴1～2滴蘇丹Ⅲ或蘇丹Ⅳ，然后再進行其他步驟的操作，整個實驗操作簡單，費時少且實驗現象明顯。

又如，在“綠葉中色素的提取和分離”實驗中，色素濾液可用滴管來裝取，再將細管拉成尖嘴，既可防止濾液揮發，又可用來劃濾液線，2毫升濾液可供十幾個組的學生連續使用，微型實驗的省時高效得到了充分體現。

四、教學反思

微型實驗雖然有許多優點，但在教學中也存在一些不足，需要加以注意。

1.某些微型實驗設計因實驗方法和操作步驟的簡化與修改，會使實驗操作的規范性缺失，進而會導致學生實驗技能操作的實踐與訓練的缺失，不利于學生動手實驗能力的培養和提高。

2.某些微型實驗設計因修改后與教材內容有著較大的差異，導致學生對課本中相關實驗內容和操作步驟的學習缺失，不利于學生對相應知識的掌握，使其在相關實驗內容的考試中失分。因此，有條件的學校還是有必要對相應的課本實驗進行規范性學習和操作。

3.微型實驗適用于生化類實驗，而微型實驗的設計要符合學生的認知規律。對于實驗難度大、學生操作困難的實驗，則不太適合用微型實驗。endprint