新課標(biāo)下高中生物學(xué)微實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)
——以“脂肪的檢測(cè)”為例

張 晶 鄒崢嶸 （江西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 江西南昌 330022）

生物學(xué)是研究生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，讓學(xué)生在獲得生物學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，也能領(lǐng)悟到生物學(xué)家在研究過程中的觀點(diǎn)及解決問題的思路和方法。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出了由生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究及社會(huì)責(zé)任構(gòu)成的“核心素養(yǎng)”這一重要概念，并將提高學(xué)生的“生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)”作為高中教育階段生物學(xué)課程教學(xué)的重要目標(biāo)和基本任務(wù)。與上一版課標(biāo)相比，2017年版課程標(biāo)準(zhǔn)更關(guān)注學(xué)生在實(shí)際生活中應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)的態(tài)度、習(xí)慣及能力。為完成這一目標(biāo)，在教學(xué)建議模塊中，突出強(qiáng)調(diào)了“加強(qiáng)和完善生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)”；在地方和學(xué)校實(shí)施本課程的建議中，提出“加強(qiáng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)”。可見，提升高中生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的“生物學(xué)核心素養(yǎng)”具有重要作用。

但目前我國(guó)高中階段生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展現(xiàn)狀并不樂觀，主要原因有：①重視程度不夠,學(xué)生、教師、學(xué)校乃至某些教育管理部門，為追求升學(xué)率，更重視學(xué)生對(duì)學(xué)科理論知識(shí)的掌握。②實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)欠缺，我國(guó)部分學(xué)校的經(jīng)濟(jì)條件有限，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的投入更是少而又少，某些貧窮學(xué)校甚至沒有能力設(shè)置實(shí)驗(yàn)室。③教學(xué)時(shí)間不足，生物學(xué)蘊(yùn)含的知識(shí)十分豐富，教師要想在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi)既高質(zhì)量地傳授基礎(chǔ)知識(shí)，又很好地完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)是十分困難的，一些耗時(shí)長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)更難開展。微實(shí)驗(yàn)的開展為解決上述問題提供了有效手段。

微實(shí)驗(yàn)指的是根據(jù)教學(xué)需要，在課堂中靈活實(shí)施的小型實(shí)驗(yàn)及展示活動(dòng)，或由學(xué)生在課后獨(dú)立完成的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)及模型制作，目的是通過學(xué)生的親身體驗(yàn)，鞏固基礎(chǔ)知識(shí)，擴(kuò)展科學(xué)思維，提高實(shí)踐能力。微實(shí)驗(yàn)之所以可以有效地解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展不良的現(xiàn)狀，是因?yàn)榫哂胁牧弦椎谩⒐?jié)省經(jīng)費(fèi)、操作省時(shí)、趣味性高、學(xué)生參與度高等優(yōu)點(diǎn)。

1 微實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法

為了更好地說明微實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法和步驟，下面主要以微實(shí)驗(yàn)“脂肪的檢測(cè)”為例加以說明。

1.1 內(nèi)容選擇

微實(shí)驗(yàn)的過程簡(jiǎn)短，因此在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇上，教師一定要選擇在短時(shí)間內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)、操作簡(jiǎn)單并具有教學(xué)意義的內(nèi)容。

人教版高中生物必修一教材的“細(xì)胞中的元素和化合物”一節(jié)中設(shè)置了“檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)”這一驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。根據(jù)教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)實(shí)施的最大困難是時(shí)間安排。由于時(shí)間很緊，實(shí)驗(yàn)過程主要是學(xué)生機(jī)械地完成教師事先設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)步驟，不能很好地達(dá)成實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)。因此，可以將本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分解，只進(jìn)行“脂肪的檢測(cè)”這一部分內(nèi)容。

1.2 材料篩選

任何形式的實(shí)驗(yàn)在材料的選擇上，首要條件都是安全，尤其是微實(shí)驗(yàn)中還包括學(xué)生課后獨(dú)立完成的形式。因此，教師一定要盡量選擇無毒無害、無爆炸性的材料，同時(shí)要盡量選擇實(shí)際生活中容易得到的材料，使實(shí)驗(yàn)更貼近學(xué)生的實(shí)際生活，也可以節(jié)省實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，并避免給學(xué)生造成額外的經(jīng)濟(jì)壓力，以確保所有學(xué)生有條件進(jìn)行課后微實(shí)驗(yàn)。在篩選材料的過程中，教師還要注意選擇易于操作、反應(yīng)速度快，反應(yīng)現(xiàn)象明顯的實(shí)驗(yàn)材料，以保證教師及學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)完整地、高質(zhì)量地完成實(shí)驗(yàn)。

“脂肪的檢測(cè)”實(shí)驗(yàn)中，教材中選用的材料是花生。實(shí)驗(yàn)前，教師要先對(duì)其進(jìn)行浸泡處理，注意浸泡時(shí)間不能過長(zhǎng)。課堂上，學(xué)生要在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行技術(shù)要求較高、耗時(shí)較長(zhǎng)的切片操作。由于刀片的使用存在一定的危險(xiǎn)性，因此，在微實(shí)驗(yàn)中，教師可以將實(shí)驗(yàn)材料換成日常生活中常見的液態(tài)食品。這些材料在實(shí)驗(yàn)過程中不需要做任何特殊處理，只需向其中滴加染液試劑即可。在“脂肪的檢測(cè)”這一微實(shí)驗(yàn)中，選擇的材料可以是常見的食用油、牛奶或其他乳制品。食用油及部分乳制品是淡黃色的，因此，選擇可以將脂肪染成紅色的蘇丹Ⅳ染液作為實(shí)驗(yàn)試劑，會(huì)比能將脂肪染成橘黃色的蘇丹Ⅲ染液效果更明顯。

1.3 方案制定

微實(shí)驗(yàn)雖然規(guī)模微小，但其方案的設(shè)計(jì)不可輕視，依然要遵守高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性、安全性、可行性、可重復(fù)性、隨機(jī)性、控制變量原則以及設(shè)立對(duì)照原則等基本原則。除基本原則外，教師還需要注意實(shí)驗(yàn)原理應(yīng)選擇學(xué)生較容易理解的內(nèi)容，并且實(shí)驗(yàn)方法一定要簡(jiǎn)單，步驟要盡量簡(jiǎn)化。

1.3.1 選擇形式

微實(shí)驗(yàn)包括課堂實(shí)施和課后完成兩種形式，教師應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)及過程所需時(shí)長(zhǎng)等方面進(jìn)行選擇。

本次實(shí)驗(yàn)需要蘇丹Ⅳ染液，整個(gè)微實(shí)驗(yàn)過程只需數(shù)分鐘，因此教師可以選擇在課堂上進(jìn)行。同時(shí)，將本微實(shí)驗(yàn)安排在“細(xì)胞中的糖類和脂質(zhì)”一節(jié)中進(jìn)行，不僅能讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)原理及方法，還能增加課堂趣味性，促進(jìn)學(xué)生對(duì)脂質(zhì)相關(guān)知識(shí)的理解、掌握。

1.3.2 確定實(shí)驗(yàn)原理及主題

該微實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理是簡(jiǎn)單的顏色反應(yīng)（脂肪可以被蘇丹Ⅲ染液染成橘黃色，或被蘇丹Ⅳ染液染成紅色），學(xué)生很容易理解。因此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可以增加實(shí)驗(yàn)的探究性，讓學(xué)生對(duì)市場(chǎng)上購置的“零脂肪”飲品進(jìn)行檢測(cè)，或檢測(cè)食物油等他們感興趣的食品中是否含有脂肪。下面以更能引起學(xué)生興趣的“檢驗(yàn)‘零脂肪’飲品”為本次微實(shí)驗(yàn)的主題。

1.3.3 實(shí)驗(yàn)方法步驟的設(shè)計(jì)

教材中的實(shí)驗(yàn)步驟是：先將課前浸泡好的花生子葉進(jìn)行切片處理，然后依次進(jìn)行染色和顯微鏡下觀察。該實(shí)驗(yàn)最耗時(shí)的一步是切片，因?yàn)檫@一操作要求操作者具有嫻熟的生物切片技能，高中生很難在短時(shí)間內(nèi)掌握。最常見的結(jié)果是，由于切片過厚而不能觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。因此在選擇實(shí)驗(yàn)材料時(shí)舍棄了花生種子，從而省去了復(fù)雜繁瑣的切片、染色和顯微鏡下觀察等過程，很大程度上簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作、縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

簡(jiǎn)化后的實(shí)驗(yàn)方法為：向樣品中滴加蘇丹Ⅳ染液后震蕩，即可看到反應(yīng)現(xiàn)象。由于本實(shí)驗(yàn)的主題為檢驗(yàn)“零脂肪”飲品，因此要設(shè)置好對(duì)照組，讓學(xué)生先以普通牛奶作為對(duì)照組，觀察脂肪的顏色反應(yīng)現(xiàn)象。然后，再向待測(cè)樣品中滴加染液，教師引導(dǎo)學(xué)生與對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比，從而得出結(jié)論。

這一微實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)在向?qū)W生傳授“脂肪檢測(cè)的原理及方法”的同時(shí)，還增加了實(shí)驗(yàn)的趣味性，對(duì)日常生活中常見的“零脂肪”飲品進(jìn)行檢測(cè)，培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)生物學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力，更符合新課標(biāo)的要求。

2 微實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

由于微實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)存在一些不同之處，在微實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程中還要注意以下幾點(diǎn)：

（1）教師要明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。微實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程很短，因此在實(shí)施實(shí)驗(yàn)前，教師必須要明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，避免學(xué)生還未明白實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑢?shí)驗(yàn)就結(jié)束了。尤其在學(xué)生課后獨(dú)立進(jìn)行的部分，教師要掌控好方向。

（2）在內(nèi)容及方法的選擇上，教師一定要將學(xué)生的能力作為重要參考依據(jù)，要選擇學(xué)生已經(jīng)基本掌握的操作方法，避免微實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)變?yōu)閷?shí)驗(yàn)方法的學(xué)習(xí)。本次微實(shí)驗(yàn)只要求學(xué)生掌握正確滴加染液和震蕩試管的方式。

（3）微實(shí)驗(yàn)的主要目標(biāo)是在有限的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)并達(dá)成實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，因此教師要控制時(shí)間，不能占用學(xué)生過多的時(shí)間，給他們?cè)斐深~外的壓力。如本次微實(shí)驗(yàn)在課上就只檢測(cè)一種材料，感興趣的學(xué)生可以課后檢測(cè)其他材料。

（4）教師要控制數(shù)量。微實(shí)驗(yàn)雖然可以應(yīng)用于課堂的很多環(huán)節(jié)，但一節(jié)課不能開展太多，避免分散學(xué)生的注意力，降低教學(xué)質(zhì)量。如本次微實(shí)驗(yàn)是在“細(xì)胞中的糖類和脂質(zhì)”一節(jié)中開展的，就不可以既設(shè)置“脂肪的檢測(cè)”，又設(shè)置“糖類的檢測(cè)”。

（5）教師在微實(shí)驗(yàn)的過程中的作用是輔助，不宜過多地參與，要留給學(xué)生充足的空間去主動(dòng)思考、自己動(dòng)手。只有這樣才能更好地培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、尋找方法并解決問題的能力，久而達(dá)到微實(shí)驗(yàn)的目的。如在開展此次微實(shí)驗(yàn)前，教師可讓學(xué)生選擇探究材料，獨(dú)立操作。

（6）教師要注重反饋。微實(shí)驗(yàn)雖然具有趣味性，但部分學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視程度還未達(dá)到應(yīng)有的水平，認(rèn)為進(jìn)行實(shí)驗(yàn)是浪費(fèi)時(shí)間，不愿意去做。因此教師要通過反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)督，并解決學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題。如，結(jié)束了本次微實(shí)驗(yàn)的操作后，教師可以提問學(xué)生關(guān)于觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及得出的結(jié)論的問題。

微實(shí)驗(yàn)將理論和實(shí)踐緊密融合，充分地將實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)過程在極短的時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生可以在體驗(yàn)性、探究性、合作性的情境下學(xué)習(xí)，通過實(shí)踐體驗(yàn)，獲得豐富的直接經(jīng)驗(yàn)，從而更好地培養(yǎng)“生物學(xué)核心素養(yǎng)”。當(dāng)然，在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中，微實(shí)驗(yàn)的開展尚處于起步階段，在價(jià)值探索、方法設(shè)計(jì)及教學(xué)實(shí)施等方面還存在許多問題，有待通過進(jìn)一步教學(xué)實(shí)踐去檢驗(yàn)及完善。