例談高中生物實(shí)驗教學(xué)中實(shí)驗材料的多樣性

麥文喆

【摘 要】本文舉出一系列教學(xué)實(shí)踐的例子，論述如何在課本原有的基礎(chǔ)上增加實(shí)驗材料的多樣性，及此做法對提高實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量的意義，提出要重視實(shí)驗教學(xué)，并把它作為生物課程不可取代的重要內(nèi)容，通過探究性學(xué)習(xí)，增大生物實(shí)驗的開放性，培養(yǎng)學(xué)生的能力。

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗教學(xué)? 實(shí)驗材料? 多樣性

【中圖分類號】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）09B-0106-02

生物科學(xué)是一門實(shí)驗性的科學(xué)，所有生物學(xué)知識都要經(jīng)過實(shí)驗的檢驗。所以在高中生物教學(xué)中，實(shí)驗是必不可少的一個環(huán)節(jié)，其價值也是其他教學(xué)方式不可取代的。

新課標(biāo)改革以來，生物實(shí)驗不再是由課本寫好現(xiàn)成而詳細(xì)的實(shí)驗步驟，學(xué)生只需“照單抓藥”，而是加大了實(shí)驗設(shè)計的開放性，給予學(xué)生非常大的自主選擇空間。特別是探究型實(shí)驗的實(shí)驗材料和實(shí)驗步驟都需要在教師的引導(dǎo)下由學(xué)生自主選擇。其中材料的選擇是非常關(guān)鍵的因素，在筆者的生物實(shí)驗教學(xué)中，在課本原有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加了實(shí)驗材料的多樣性，經(jīng)過實(shí)踐證明，這樣做對提高實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量是有幫助的。

一、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，鍛煉學(xué)生發(fā)散思維

（一）培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。“科技是國家強(qiáng)盛之基，創(chuàng)新是民族進(jìn)步之魂”。創(chuàng)新思維必須盡早在我國未來的建設(shè)者——我們學(xué)生的腦中根植。選擇實(shí)驗材料是實(shí)驗設(shè)計的第一步，鼓勵學(xué)生勇于選擇不同的原材料，就是鼓勵創(chuàng)新。在實(shí)驗課上，不同小組選用不同的實(shí)驗材料進(jìn)行實(shí)驗，得到不同實(shí)驗結(jié)果。在實(shí)驗結(jié)束后的交流分享環(huán)節(jié)里，學(xué)生看到不同的實(shí)驗材料會有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。這樣既能夠彰顯學(xué)生的個性，又能得到共性的結(jié)論，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

【實(shí)例 1】必修 1“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)”實(shí)驗。課改前的課本，要求用梨汁或蘋果汁檢驗還原糖，用花生檢驗脂肪，用豆?jié){或雞蛋清等稀釋液鑒定蛋白質(zhì)。現(xiàn)在課本則提供了蘋果或梨勻漿，馬鈴薯勻漿、花生種子、花生種子勻漿、豆?jié){、鮮肝研磨液等多種實(shí)驗材料，學(xué)生甚至還可以自帶感興趣的生物材料進(jìn)行實(shí)驗。課本并不事先告訴學(xué)生結(jié)論，學(xué)生要根據(jù)自己的經(jīng)驗提出假設(shè)，然后自主通過實(shí)驗探究驗證自己提出的假說。比如對于豆?jié){這一材料，學(xué)生既檢測到其中含有淀粉，又檢測到其中含有蛋白質(zhì)，和課改前相比大大拓展了學(xué)生的認(rèn)識。

【實(shí)例 2】必修 1“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”實(shí)驗。課本推薦的經(jīng)典材料是洋蔥鱗片葉的外表皮細(xì)胞，但教師可以鼓勵學(xué)生嘗試使用多種植物材料進(jìn)行實(shí)驗。有的小組就使用了黑藻，黑藻細(xì)胞中的液泡雖然沒有色素，但綠色的葉綠體被局限在原生質(zhì)層中，也能間接代表原生質(zhì)的范圍。加入 0.3 g/mL 蔗糖溶液后，也可以觀察到黑藻細(xì)胞原生質(zhì)范圍縮小（圖 1）。另外還有的小組帶來了校園隨處可見的羊蹄甲花，將其花冠制成臨時裝片，看到的結(jié)構(gòu)與洋蔥細(xì)胞類似，只是細(xì)胞偏小，但同樣的可以得出質(zhì)壁分離現(xiàn)象。實(shí)驗中教師還提供了 KNO3 溶液，讓學(xué)生將之和蔗糖溶液比較，為之后“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞健钡慕虒W(xué)做好鋪墊。

【實(shí)例 3】選修 1 的第一個專題“傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用”里材料選擇豐富多樣。“腐乳的制作”可以豆腐的含水量不同，加入的鹵湯成分不同，分別得到紅方、青方、糟方腐乳。“泡菜的制作”可以選擇白菜、胡蘿卜、豇豆、黃瓜等不同的實(shí)驗材料進(jìn)行發(fā)酵，加入香辛料的種類和質(zhì)量可得到口味不同的泡菜。不同實(shí)驗材料發(fā)酵過程中亞硝酸鹽含量變化曲線也各不相同。

（二）鍛煉學(xué)生發(fā)散思維。課本中建議使用的實(shí)驗材料，在當(dāng)?shù)乜赡軣o法獲得，或者價格過高。為了節(jié)省成本減少開支，并順利完成實(shí)驗，教師可以引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維去尋找不同的替代材料。

【實(shí)例 4】必修 1“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗材料之一新鮮肝臟研磨液較貴，且必須新鮮。可引導(dǎo)學(xué)生改為植物材料，比如馬鈴薯片。馬鈴薯細(xì)胞內(nèi)也含有過氧化氫酶，在其催化下試管內(nèi)的過氧化氫迅速分解，現(xiàn)象明顯。

【實(shí)例 5】選修 1“DNA 的粗提取與鑒定”課改前課本指定雞血為實(shí)驗材料，現(xiàn)在課本中就提供了非常豐富的材料，包括魚卵、豬肝、菜花（花椰菜）、香蕉、雞血、獼猴桃、洋蔥、豌豆、菠菜、在液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)大腸桿菌等，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)際狀況選擇經(jīng)濟(jì)的替代材料。

【實(shí)例 6】必修 1“通過模擬實(shí)驗探究膜的特性”實(shí)驗中使用的漏斗口要密封上一層玻璃紙，但玻璃紙不容易購買到，可考慮換用容易買到的具有半透性質(zhì)的生物材料。學(xué)生使用多種材料重復(fù)實(shí)驗，發(fā)現(xiàn)雞蛋的卵膜（圖 2，見下頁）和魚鰾效果都非常明顯。

【實(shí)例 7】選修 1“果酒和果醋的制作”課本中選用葡萄作為實(shí)驗材料，但實(shí)驗時間正值春季，葡萄較貴，學(xué)生可以采用蘋果、橙子等水果作為替代材料，制成風(fēng)味不一的果酒。

二、教育學(xué)生追求卓越，增強(qiáng)學(xué)生自信心

實(shí)驗材料的選擇對實(shí)驗的成敗起著至關(guān)重要的作用。在課本介紹的生物學(xué)史經(jīng)典實(shí)驗中就有不少例子，如孟德爾利用豌豆進(jìn)行雜交實(shí)驗發(fā)現(xiàn)遺傳的奧秘，提出遺傳因子的假說;赫爾希和蔡斯使用結(jié)構(gòu)簡單的病毒—— T2 噬菌體作為實(shí)驗材料，很好地將 DNA 和蛋白質(zhì)分開，進(jìn)而證明 DNA 是遺傳物質(zhì);恩格爾曼使用水綿作為實(shí)驗材料，是因為它的細(xì)胞內(nèi)含有特殊的螺旋形帶狀的葉綠體，產(chǎn)生氧氣后，好氧性細(xì)菌的分布才會比較清楚。因此在實(shí)驗中選取正確的實(shí)驗材料，會使實(shí)驗現(xiàn)象更加明顯，操作更加簡便。學(xué)生在親自動手實(shí)驗時，也要傳承科學(xué)家的創(chuàng)新及追求卓越的精神，通過反復(fù)探究，找出更好的實(shí)驗材料。當(dāng)學(xué)生體驗到探究成功的喜悅時，其對生物科學(xué)的學(xué)習(xí)將更加有信心。

【實(shí)例 8】必修 1“探究環(huán)境因素對光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗，課本建議將植物的葉片打成相同的圓形，一段時間后觀察并記錄小圓形葉片浮起的數(shù)量。但是這種方案耗時長，影響因素多。若將陸生植物換成水生植物（比如黑藻），就不需要將葉肉細(xì)胞間的氣體排出。而是用玻璃漏斗罩住燒杯中的植物，直接采用排水法收集光合作用產(chǎn)生的氧氣，就可以方便地定量檢測光合作用強(qiáng)度（如圖 3 所示）。

【實(shí)例 9】選修 1“酵母細(xì)胞的固定化”實(shí)驗中要將混有酵母菌細(xì)胞的海藻酸鈉溶液滴入氯化鈣溶液中，但學(xué)生得到的凝膠珠往往不成球形，拖著長長的“尾巴”。學(xué)生思考可能是海藻酸鈉溶液濃度過高，于是對實(shí)驗材料海藻酸鈉進(jìn)行適當(dāng)稀釋后做對比實(shí)驗得到了滿意的效果。

【實(shí)例 10】選修 1 中“果酒和果醋的制作”學(xué)生可以使用普通的帶蓋子的瓶子作為發(fā)酵罐，但這種瓶子在打開瓶蓋的制醋階段容易感染雜菌。在教師的指導(dǎo)下學(xué)生可以參照課本設(shè)計并親手制作帶有充氣口、排氣口和出料口的發(fā)酵瓶，這樣的實(shí)驗材料除了能防止雜菌污染，還能對發(fā)酵液定期取樣檢測，最終便于將酒或醋與固體殘渣分離。

三、幫助學(xué)生理解實(shí)驗，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注細(xì)節(jié)

生物實(shí)驗的操作步驟多，影響實(shí)驗結(jié)果的因素也多。實(shí)驗過程的小失誤都會引起實(shí)驗失敗。在課本提供的參考實(shí)驗步驟中，雖然教師已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗細(xì)節(jié)，在學(xué)生做實(shí)驗前也會多次提醒，但由于學(xué)生缺乏直觀的體驗，不易理解如此操作的目的。教師可以提供多種實(shí)驗材料，讓學(xué)生通過對比實(shí)驗自己體會實(shí)驗細(xì)節(jié)的重要性。

【實(shí)例 11】必修 1“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗中課本推薦使用新鮮的綠葉，如菠菜的綠葉。如果實(shí)驗時教師同時提供發(fā)黃的葉片，如韭黃的葉片。學(xué)生重復(fù)提取和層析操作后可以看到濾紙條上只有兩條色素帶—— 胡蘿卜素和葉黃素。學(xué)生分析實(shí)驗結(jié)果就明白發(fā)黃的葉片細(xì)胞內(nèi)缺乏葉綠素，進(jìn)而理解課本建議使用新鮮綠葉的原因。還有此實(shí)驗中如果讓某些小組把無水已醇全換成水，實(shí)驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)濾紙條上看不到任何的色素帶。于是教師可以引導(dǎo)學(xué)生理解葉綠體中的色素并不溶于水，只能溶于有機(jī)溶劑。

【實(shí)例 12】必修 3“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實(shí)驗材料是酵母菌。如果教師還提供大腸桿菌等細(xì)菌給學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗，學(xué)生就體驗到在顯微鏡下對細(xì)菌的數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計的困難，引發(fā)學(xué)生思考為什么要選用真核細(xì)胞酵母菌作為實(shí)驗材料。而這一設(shè)計也是為將來學(xué)生學(xué)習(xí)選修 1 “土壤中分解尿素的細(xì)菌的分離與計數(shù)”這一節(jié)時，介紹另一種微生物計數(shù)方法“稀釋涂布平板法”埋下伏筆。

【實(shí)例 13】必修 1 中“觀察根尖分生區(qū)細(xì)胞組織細(xì)胞的有絲分裂”課本推薦的材料是根尖，如果采用其他的材料，如成熟的莖段或葉片，則無法觀察到處于分裂期的細(xì)胞。所以學(xué)生就了解到，植物體內(nèi)只有在分生組織中的細(xì)胞才會持續(xù)的分裂。

從以上所舉的眾多例子可以看到，在實(shí)驗教學(xué)中增加材料選擇的多樣性，能夠加深學(xué)生對實(shí)驗操作的理解，也能鍛煉學(xué)生發(fā)散思維及增強(qiáng)學(xué)習(xí)生物學(xué)的自信心。但同時教學(xué)中還應(yīng)該注意：①必須符合生物學(xué)的基本原則。不管學(xué)生使用哪一種生物實(shí)驗材料，操作步驟都必須符合對照實(shí)驗和單一變量原則，否則不同的實(shí)驗結(jié)果之間不具可比性。②要求全班各小組及時展示實(shí)驗結(jié)果。選用不同的材料進(jìn)行實(shí)驗將得到各不相同的實(shí)驗結(jié)果，及時分享交流和對比實(shí)驗結(jié)果，才能進(jìn)一步引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，啟動學(xué)生科學(xué)思維。③教師要允許學(xué)生重復(fù)實(shí)驗。有些學(xué)生并不滿足于其他組做的實(shí)驗，想親自動手驗證，或一定要成功地完成實(shí)驗，教師都應(yīng)該準(zhǔn)許和鼓勵，而不是澆滅學(xué)生的熱情。

總之，實(shí)驗材料的選取不是唯一的，就像數(shù)學(xué)題可以一題多解，殊途同歸，教師要貫徹新課標(biāo)理念，提高實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量，讓一成不變的實(shí)驗課堂變成學(xué)生自由探索的學(xué)堂。

【參考文獻(xiàn)】

[1]毋占寧.淺談高中生物實(shí)驗中實(shí)驗材料的選擇[J].新課程學(xué)習(xí)，2010（4）

[2]杜曉君.例談高中生物實(shí)驗材料的替代問題[J].甘肅教育，2012（10）