淺析高中生物學習中實驗的拓展與創新

摘 要：實驗的拓展與創新是高中生物學習的重要方法，也是培養學生創新能力的重要途徑。在高中生物學習中，對教材中的實驗進行適當地拓展與創新，能有效提升學生的實驗操作能力、合作探究與創新能力。

關鍵詞：生物學習；實驗探究；拓展與創新

作者簡介：曾浩天，湖北省武漢市華中師范大學第一附屬中學。（湖北 武漢 430223）

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2018）04-0097-02

生物學是一門以實驗為基礎的自然科學，而生物實驗能夠充分發揮學生的主觀能動性。現行“人教版”高中生物新教材必修部分的3本教材為學生提供了包括觀察類、驗證與探究類、調查類等19個實驗，為學生搭建了活動平臺。“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。”在高中生物學習過程中，除了緊跟教師的步伐、認真聽講外，學生還應善于在實驗中發現問題、提出問題，通過自主學習、合作探究來尋求解決問題的途徑和方法。

一、對教材實驗內容進行拓展與創新

高中生物學習重在舉一反三、靈活運用。在探究實驗中，許多學生僅憑好奇心隨便擺弄，對實驗內容不會有太多的關注。如何有效地用好教材實驗，需要學生與教師密切配合，但更多的是要發揮學生的主觀能動性和創造性。

例如，“人教版”高中生物必修一中的實驗“探究環境因素對光合作用強度的影響”提到影響光合作用強度的外界因素有光照強度、二氧化碳濃度、光的成分、溫度等，教材提供了一個案例：探究光照強度對光合作用強度的影響。在案例分析的基礎上，可從以下方面對實驗進行思考并動手探究：①如何控制自變量（光照強度）？教材案例中是通過調節臺燈與裝置之間的距離來控制的，那么能否通過改變臺燈的功率來控制呢？②如何正確描述觀察指標？案例中用單位時間內小葉圓片上浮的數量來表示，能否用上浮相同數量的小葉圓片所需的時間來表示呢？③如何控制溫度這一無關變量？用臺燈照射時，由于距離近會導致燒杯中的水溫發生變化，從而影響實驗結果。能否改用節能燈（冷光源）或在臺燈與裝置之間加一玻璃裝置的水柱來吸收燈光散發的熱量？④如果要探究二氧化碳濃度的影響，該如何改進實驗？有同學提出：向小燒杯中吹氣。該方法雖然操作容易，但說服力不強。經過分析，發現可用以下方法來解決：向小燒杯中加入不同濃度的碳酸氫鈉溶液，加入不同量的可樂或雪碧飲料，加入不同大小的干冰塊。⑤如果要探究光的成分的影響，該如何改進實驗？可將裝置放入暗箱中，用相同功率不同顏色的燈泡或不同顏色的濾光片處理。⑥在農業大棚生產中，如何有效控制光照、二氧化碳濃度、溫度等影響因素？（從經濟效益的角度考慮）通過以上內容的拓展與探究，學生對光合作用會有全面的了解和掌握，并在解題過程中做到應用自如。

二、對實驗過程進行拓展與創新

學習不僅在于知其然，而且要知其所以然。在高中生物實驗中，實驗材料、實驗步驟等都有嚴格的要求，在實驗過程中可以就這些問題進行思考。

例如，“人教版”高中生物必修一“生物組織中還原糖、蛋白質的鑒定”實驗中對斐林試劑和雙縮脲試劑的使用有如下要求：①用斐林試劑鑒定還原糖時，必須將斐林試劑的甲液和乙液混合均勻后使用，切勿分別加入生物組織樣液中進行檢測；②用雙縮脲試劑鑒定蛋白質時，先向蛋白稀釋液中加入A液（2mL），搖蕩均勻，再加B液3～4滴。從上述實驗操作要求看，使用斐林試劑時必須先將甲液和乙液混合后加入組織樣液中，使用雙縮脲試劑時必須先加A液（NaOH溶液）后加B液（CuSO4溶液），兩種試劑不能替換使用。

因此，筆者提出以下問題：①能否把斐林試劑乙液的濃度稀釋后作B液使用呢？②使用斐林試劑時先加甲液再加乙液，或者先加乙液再加甲液，或者先混合后再加入，實驗結果會怎樣呢？③使用雙縮脲試劑時先加A液后再加B液，或者先加B液后再加A液，或者先將A液和B液按要求的量混合后再加入，實驗結果會怎樣呢？④將斐林試劑的甲液和乙液與雙縮脲試劑的A液和B液互換后，實驗結果會怎樣呢？學生對這些問題產生濃厚興趣，并通過反復實踐后，發現兩種試劑可以互換，添加順序也可以改變。斐林試劑和雙縮脲試劑的成分相同，不同的是CuSO4溶液的濃度：斐林試劑的乙液中CuSO4溶液的濃度是0.05g/mL，而雙縮脲試劑B液中CuSO4溶液的濃度是0.01g/mL，將乙液（0.05g/mL）稀釋為B液（0.01g/mL）是可行的。通過這樣的探究，學生學會了在實驗過程中如何去發現問題、解決問題，如何在學習中進行合作與探究，同時也體驗了實驗成功的喜悅。

三、對實驗過程中出現的問題進行分析與拓展

在實驗過程中，有的學生可能對實驗內容不甚了解就盲目動手操作，導致實驗結果不明顯或以失敗告終，但很少有學生認真分析其中的原因。

例如，“人教版”高中生物必修一“探究植物細胞的吸水與失水”實驗中，所使用的材料是紫色洋蔥外表皮，有2個因素會影響實驗結果：①洋蔥鱗片葉外層顏色淺，不便觀察；②內層細嫩鱗片葉的葉肉細胞與表皮細胞緊密結合，難以剝離。學生對這些特點并不了解，導致實驗效果不明顯。

通過小組討論、合作探究，最后得出以下解決方案：①洋蔥紫色外表皮有紫色大液泡，便于觀察。如果使用了無色素的洋蔥內表皮，可在溶液中加入有色染料，增加細胞內外液的對比度，便于觀察實驗現象；②將鱗片葉逐片剝離，然后晾曬兩三天，葉肉細胞散失水分后與表皮細胞逐漸分離，此時撕取表皮比較容易。

四、對實驗原理進行拓展與創新

實驗原理是制定實驗方案的基本指導思想，同時也是達到預期實驗結果的理論依據。筆者發現，高中生物實驗原理主要是生物學和有關理化學科的基本方法和原則，也可以進行拓展與創新。

例如，在洋蔥表皮細胞的質壁分離與復原實驗中，其實驗原理的依據是滲透作用。在此基礎上，學生可以進行深入探究，如測定洋蔥鱗片葉外表皮細胞的細胞液濃度，總結與高中生物學鑒定細胞活性的方法。植物細胞質壁分離法的原理是植物活細胞的原生質層具有選擇透過性，死細胞則為全透性。原生質層的選擇透過性是質壁分離的前提條件，能發生質壁分離的細胞就是活細胞，不能發生質壁分離的則是死細胞。因此，質壁分離法可用來鑒定細胞的死活。另外，染色排除法也是一種重要的鑒別方法，如使用臺盼藍染色可鑒定死細胞和活細胞，死細胞被染色成藍色，而活細胞不著色。與臺盼藍類似的還有紅墨水染色法、健那綠染色法。后兩種方法使活細胞中的線粒體著色，原因是線粒體中細胞色素氧化酶使染料保持氧化狀態（即有色狀態）呈藍綠色，而在周圍的細胞質中染料被還原成無色狀態。

五、將實驗探究與生產實踐相結合

對客觀世界的認識是一種學用結合的學習活動。因此，學生要多關注生活，從實踐中學習知識，并應用于實踐。

例如，學習細胞呼吸的內容時，可以通過參觀谷酒釀造工藝流程，或者學做葡萄酒、葡萄醋及泡菜等途徑來了解；學習植物激素調節時，可以參與學校的綠化活動，對綠籬、盆景等進行修理、美化處理；學習生物與環境時，可以在學校的草地、植物園中進行種群密度調查或土壤小動物豐富度調查。

總之，通過這樣的探究活動，學生學習的興趣濃了，學習積極性提高了，學習效果顯著增強，學生在實際操作中既增長了知識，也培養了能力。

責任編輯 易繼斌