改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生有更多的獲得感
——以“驗(yàn)證呼吸過程中的氣體變化”為例

張 瑜 （江蘇省常熟市海虞中學(xué) 江蘇蘇州 215519）

《義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》（以下簡(jiǎn)稱課標(biāo)）強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)和完善生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，鼓勵(lì)教師要?jiǎng)?chuàng)造條件，設(shè)計(jì)富有創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)。順應(yīng)課標(biāo)要求，初中生物學(xué)教材提供了適合學(xué)生實(shí)踐的大量實(shí)驗(yàn)。審視教材中的這些實(shí)驗(yàn)，不難發(fā)現(xiàn)，其中大部分實(shí)驗(yàn)提供了實(shí)驗(yàn)方法，教師帶著學(xué)生按部就班的完成實(shí)驗(yàn)，可以觀察到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但由于只是就事論事，學(xué)生的思維得不到發(fā)展，獲得的知識(shí)也不夠全面、深刻。正確的教材觀要求教師在教學(xué)中不能機(jī)械再現(xiàn)文本內(nèi)容和編者意圖，應(yīng)該把教科書作為學(xué)習(xí)生物學(xué)的平臺(tái)，這樣就有了創(chuàng)造性使用教科書的很大空間。

因此，中學(xué)生物教師應(yīng)積極地在教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行“二次開發(fā)”，從而更有利于初中生物實(shí)驗(yàn)的高效開展。筆者在多年的生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，多次嘗試對(duì)教材實(shí)驗(yàn)拓展改進(jìn)，涉及到了實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)用具、實(shí)驗(yàn)材料等多個(gè)方面。下面以蘇科版初中生物七年級(jí)上冊(cè)第七章第一節(jié)“能量的釋放與利用”中“驗(yàn)證呼吸過程中的氣體變化”為例，談?wù)剬?duì)初中生物實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的認(rèn)識(shí)。

1 教材實(shí)驗(yàn)步驟

根據(jù)二氧化碳具有使澄清的石灰水變渾濁和氧氣可以助燃的原理，設(shè)計(jì)兩組實(shí)驗(yàn)，全班學(xué)生分小組完成實(shí)驗(yàn)。第一組：（1）取A、B兩只塑料袋，在A袋內(nèi)裝入新鮮菠菜，B袋內(nèi)不放任何材料。分別將A、B兩袋的袋口密封。（2）將兩只袋子放到黑暗處，24 h后取出。（3）把A、B袋內(nèi)的氣體分別通入裝有澄清石灰水的兩個(gè)錐形瓶中，觀察和記錄石灰水的變化。第二組：（1）取等量沸水處理過的菠菜和新鮮菠菜分別裝入甲、乙兩只廣口瓶中，同時(shí)放在溫暖處，并封閉遮光處理。（2）24 h后，分別將點(diǎn)燃的蠟燭迅速伸入到甲、乙兩瓶中，觀察蠟燭的燃燒情況。

2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)原因

七年級(jí)的學(xué)生在認(rèn)識(shí)事物和考慮問題時(shí)，經(jīng)常需要具體的感性經(jīng)驗(yàn)來(lái)支持，尤其像呼吸作用這樣抽象的概念，更需要一系列的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來(lái)支撐，要在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上分析得出，才能深刻理解，遷移應(yīng)用。而教材中的實(shí)驗(yàn)只能得出“植物的呼吸過程需要氧氣，同時(shí)會(huì)釋放二氧化碳”的結(jié)論，從建構(gòu)植物呼吸作用概念角度來(lái)看，學(xué)生還需要建立“植物所有生活的部位都能呼吸”“植物的呼吸不需要光”“植物呼吸作用產(chǎn)生了水”等認(rèn)識(shí)。此外，課前教師需要為每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組準(zhǔn)備兩套實(shí)驗(yàn)裝置，需要的材料、用具較多，且兩組實(shí)驗(yàn)材料都要進(jìn)行避光處理，準(zhǔn)備工作和操作步驟繁瑣，導(dǎo)致不少教師把本實(shí)驗(yàn)改成了演示實(shí)驗(yàn)甚至是“講實(shí)驗(yàn)”，走回了機(jī)械灌輸?shù)睦下贰?/p>

3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)要點(diǎn)及說(shuō)明

3.1 實(shí)驗(yàn)原理的引入——魔術(shù)表演

變色魔術(shù)：請(qǐng)兩位學(xué)生分別用吸管向試管內(nèi)的澄清石灰水和藍(lán)色的BTB溶液吹氣，澄清石灰水變渾濁，BTB溶液由藍(lán)色變成黃綠色。蠟燭自滅：將一小燒杯倒扣置于燃燒的小蠟燭上，蠟燭熄滅。

說(shuō)明：除教材提供的澄清石灰水外，引入顏色變化更明顯的BTB試劑，并采用魔術(shù)表演的方式呈現(xiàn)真實(shí)可見的情境，不僅讓學(xué)生掌握了實(shí)驗(yàn)原理，也凸顯了初中生物實(shí)驗(yàn)的趣味性。

3.2 檢測(cè)方法的創(chuàng)新——同組多用

改進(jìn)檢測(cè)二氧化碳的方法，舍去教材第一套裝置，僅利用教材第二套裝置即可同時(shí)檢測(cè)二氧化碳和氧氣。方法如下：檢測(cè)前，將3或4滴澄清石灰水和BTB溶液分別裝入系著細(xì)線的1 mL容量的許愿瓶中。檢測(cè)時(shí)，先分別將兩個(gè)許愿瓶放入廣口瓶中，并手提細(xì)線輕輕晃動(dòng)以加速反應(yīng)時(shí)間，觀察現(xiàn)象。然后將燃燒的小蠟燭迅速放入廣口瓶中，觀察蠟燭火焰的變化。這樣就可以在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置中同時(shí)檢測(cè)氧氣和二氧化碳。

說(shuō)明：通過實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)，大大降低了學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的難度，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，利于學(xué)生在對(duì)比觀察中準(zhǔn)確得出結(jié)論，同時(shí)也減少了檢測(cè)試劑的用量，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)成本。

3.3 實(shí)驗(yàn)組織形式的優(yōu)化——增設(shè)對(duì)照

為了使學(xué)生深入理解對(duì)呼吸作用原理，筆者將本實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和拓展實(shí)驗(yàn)兩部分。全班分組依次完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和拓展實(shí)驗(yàn)（以下為學(xué)案導(dǎo)學(xué)中的實(shí)驗(yàn)步驟與現(xiàn)象分析）。

3.3.1 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

（1）取兩只廣口瓶，將等量的正在萌發(fā)的種子和開水煮過的種子分別放入瓶?jī)?nèi)，瓶上分別標(biāo)記為材料A和B，密封。

（2）將兩個(gè)廣口瓶在溫暖（約25℃）處放置一晝夜。

（3）觀察兩個(gè)廣口瓶壁。

（4）將裝有澄清石灰水的小瓶和裝有BTB溶液的小瓶放入廣口瓶中，輕輕地晃動(dòng)，觀察現(xiàn)象，記錄在表格中。

（5）將點(diǎn)燃的蠟燭迅速伸入廣口瓶中，觀察現(xiàn)象，記錄在表格中。

步驟（1）、（2）需要教師提前準(zhǔn)備好。通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以得到的結(jié)論為：萌發(fā)的種子通過呼吸作用消耗氧氣，產(chǎn)生二氧化碳和水。

3.3.2 拓展實(shí)驗(yàn)

方法與預(yù)測(cè)：各小組領(lǐng)取教師課前準(zhǔn)備好的裝有材料C的實(shí)驗(yàn)裝置，按照基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)步驟（3）~（5），觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并記錄結(jié)果。觀察BTB變色程度、石灰水渾濁度和蠟燭火焰大小變化，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并分析討論。實(shí)驗(yàn)材料C需教師或?qū)W生在課前進(jìn)行預(yù)處理（表1）。

表1 拓展實(shí)驗(yàn)材料及探究問題

說(shuō)明：根據(jù)需要學(xué)生了解的內(nèi)容教師給每一小組明確不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模_定不同的實(shí)驗(yàn)變量，準(zhǔn)備不同的實(shí)驗(yàn)材料或不同的實(shí)驗(yàn)條件，每一小組得出各自相關(guān)的結(jié)論，最后綜合全班結(jié)果，形成有關(guān)植物呼吸作用比較完整、全面的知識(shí)。

4 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)體會(huì)

從實(shí)驗(yàn)中觀察現(xiàn)象、獲得事實(shí)或數(shù)據(jù)、得到相應(yīng)的結(jié)果和結(jié)論，這種實(shí)驗(yàn)構(gòu)建概念的模式是學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)的重要模式。而在充分關(guān)注學(xué)情基礎(chǔ)上的教材實(shí)驗(yàn)的積極改進(jìn)與嘗試，有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性，積極實(shí)踐、發(fā)現(xiàn)知識(shí)、領(lǐng)悟內(nèi)涵、遷移應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)科學(xué)素養(yǎng)的不斷提升。初中生物實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的價(jià)值主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：更深刻地感知內(nèi)容；促進(jìn)概念的理解；發(fā)展學(xué)生的理性思維；滿足STS教學(xué)需求等。改進(jìn)和創(chuàng)新生物實(shí)驗(yàn)是提高教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量必不可少的環(huán)節(jié)，生物教師應(yīng)努力創(chuàng)造條件，在符合科學(xué)性、實(shí)用性等原則下，積極嘗試優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，帶著學(xué)生一起探究，實(shí)現(xiàn)由講授式教學(xué)向體驗(yàn)式教學(xué)轉(zhuǎn)變。