例談中學生物實驗教學的再創新

張濤

摘 要：實驗是檢驗中學生物理論教學的主要方法，也是提升學生科學探究能力的重要途徑之一。生物實驗的創新，既能突出生物學核心素養的要求，同時也能突出學生對實驗的設計能力與問題解決能力。

關鍵詞：中學生物實驗;再創新

中圖分類號：G633.91????????? 文獻標識碼：A???? 文章編號：1992-7711（2020）11-045-2

生物學的核心素養包括了生命觀念、科學思維、科學探究、和社會責任四個方面，而生物學實驗是開展科學探究的重要途徑之一。不久前，筆者參加了一次初中生物實驗創新教學說課比賽。此次比賽的目的是為了激勵教師們對生物實驗方法和教學設計進行改進創新，在教學中創造更豐富、更科學的實驗情境，增強學生對生物學的感性認知和探究性體驗，提升動手能力。回顧比賽過程，很多年輕老師的實驗的創新點多、精彩紛呈。縱觀當下初中生物實驗教學的現狀：實驗器材陳舊，一成不變的操作方法和步驟，實驗課成了理論課，缺乏創新。鑒于此，本文以蘇教版中學生物教材中的部分實驗為例，談談對生物實驗教學的再創新。

一、創新實驗方案，提升探究能力

在《探究種子萌發需要的外界條件》實驗中，探究了水分、溫度和空氣三種因素對種子萌發的影響，體現了對照實驗的設計思想，對學生掌握科學探究的一般方法非常有益。在授課時，很多老師開門見山地列出了實驗的操作步驟，學生根據預設的方案操作，課堂熱熱鬧鬧，學生看似高效地完成了實驗，但事實卻是照搬預先設定的實驗方案，沒有自主設計、沒有思維、沒有質疑，生動有趣的探究實驗變成了普通的驗證性實驗。

該實驗的難點在于出現了多個變量，若三個變量分別做，時間來不及，想讓學生一步到位地就設計出好的實驗方案難度較大，甚至會把學生弄得糊里糊涂。我們可以先設定只有一個變量的探究問題，把目標放在較低的要求上，再提出有二個變量、三個變量的探究問題，促使學生的實驗設計能力得到“螺旋式”上升。通過兩個小組，分別探究其中的一個變量，示意圖如圖一。

再把兩個組設計的實驗組合起來，去掉重復的對照，余下的就是探究兩種因素對種子萌發的影響，如圖二

這個實驗的創新體現在教師將探究方案的設計作為重點，不是“照方抓藥”，而是讓學生頗費“周折”地設計實驗方案，再通過總結和反思，讓學生設計的實驗方案成為了討論的重點。這樣，依靠教師的“引”和“導”，沒有“越俎代庖”，把發現和創新的機會讓給學生，使學生獲得了更多的體驗和成長。

二、創新實驗裝置和材料，巧妙突破難點

在《外界溶液濃度影響影響根細胞的吸水》實驗中，教師常利用蘿卜條作為實驗材料，用鹽水浸泡蘿卜條，讓學生體驗在蘿卜條失水前后的變化，如軟硬程度，去感受細胞的失水。但對于水分在細胞內外的流動在實驗過程中卻無法直接體現，這時往往就通過動畫的形式加以補充，直接告訴學生水進出的方向。高中教材中用顯微鏡去觀察質壁分離，這個操作對初中學生有難度。我思考，能否創新實驗裝置和材料，從宏觀上展示水分的進出呢？

雞蛋的卵殼膜具有選擇透過性，可以模擬細胞膜，利用蛋殼做實驗材料，不僅材料易得，而且直觀，趣味性強，學生都能獨立完成。準備兩個大小相近的雞蛋，除去蛋殼的尖端部分，露出一個直徑約為1cm的圓孔（邊緣盡可能整齊）。將殼內的卵黃、卵白倒出，并把蛋殼洗凈，把蛋殼的鈍端敲裂，輕輕剝離蛋殼（卵殼膜要完整不能損壞），卵殼膜露出約1cm高。將處理好的兩個蛋殼分別放入一個裝有飽和蔗糖溶液和一個裝有等量清水的燒杯中，尖端的圓孔向上。接著向兩個蛋殼內加入等量的清水，直到蛋殼大部分沒入水中，兩個蛋殼都保持懸浮狀態。約半小時就可以觀察到：置于蔗糖溶液中的蛋殼由于殼內的水分的外流而逐漸上浮，而置于清水的蛋殼仍保持初始的位置。這種利用技術創造出符合實驗需求的新裝置，能更好地為實驗教學服務。

再如人體內的氣體交換，學生對于氣體擴散原理這種跨學科的知識并不了解，很多老師用空氣清新劑進行演示，讓學生體驗，但因為教室空間大效果不佳。這時利用化學實驗方法演示：將兩個透明集氣瓶的瓶口對準，豎直放置，瓶口中間用玻璃片隔開。下面的集氣瓶里裝有紅棕色的二氧化氮，上面的集氣瓶裝有空氣。抽出玻璃片，會發現氣體在慢慢擴散，下瓶的二氧化氮的顏色變淡，上瓶的空氣變紅，最終兩瓶中氣體顏色均勻一致！這種現象從視覺上能讓學生更好的感知氣體是如何擴散的，而且做到了生物、化學多學科知識的結合。

三、創新已有的操作方法，讓實驗操成功率提高

在《觀察葉片的結構》實驗中，需要進行徒手切片，教材中提示采用雙聯刀片法。實際操作后，發現兩刀片中間的縫隙太小，切不出理想的葉片，如果是青菜葉或菠菜葉，切下的葉片很多都斷裂，組織被破壞，鏡下觀察效果很差。這個操作難度在于人為很難控制雙刀片間的縫隙。如果用三聯刀片法切割葉片，即三片刀片疊在一起，第一和第三片刀口齊平，中間的刀片往上抽出2毫米，再用透明膠帶將中間刀片突出的一端包裹起來，這樣刀片間的縫隙很小，切出來的薄片寬度很理想。在觀察葉片下表皮時，撕取的下表皮極易卷曲，有教師采用透明膠帶粘貼撕取下表皮，方法創新很好，但實際膠帶粘性不夠，很難撕下，如果在膠帶和表皮之間加一層有粘性的透明物質比如透明的指甲油，撕取的效果會更好，而且也不影響最后的觀察。

四、適時引入新的實驗設備和技術，解決傳統實驗操作存在的弊端

如今，越來越多的新設備新技術出現在生物實驗中，傳感器、3D打印、VR技術層出不窮。在《植物呼吸作用產生二氧化碳》實驗中，植物呼吸產生的二氧化碳可以用澄清石灰水檢驗。如果提前配制好澄清石灰水，暴露在空氣中易變質，與空氣中的二氧化碳反應生成碳酸鈣;如果現配現用，氫氧化鈣溶解速度太慢，結果澄清石灰水濃度太低，即使遇到一定量的二氧化碳也不會變混濁。學生對澄清石灰水化學性質不熟悉，如果實驗現象不明顯，教師還需要再作進一步解釋才能說明問題，增加了學生對實驗原理認知的難度。如果利用二氧化碳傳感器和氧氣傳感器，實時采集實驗過程中的二氧化碳和氧氣的濃度變化的數據，學生就能判斷氧氣和二氧化碳的量的增減，同時繼續提供溫度、濕度等其它傳感器，讓學生繼續研究植物的呼吸作用中產生的水和釋放的能量，讓學生自主設計和操作，不僅拓展了實驗操作，有利于學生對植物呼吸作用實質有進一步的理解。又如觀察心臟時，學生操作解剖心臟的難度大，利用VR技術構建三維立體的心臟圖像，學生利用鼠標在三維空間上作任意方向和角度的翻轉進行觀察。此外，利用動態模擬功能，心房心室的收縮和舒張，心臟瓣膜的開關方向，血液循環過程中動、靜脈血之間的轉變等過程都清晰地呈現在學生面前，再通過立體聲耳機，心臟鏗鏘有力的跳動聲、血液流動“嘩嘩”聲也都聲聲入耳，讓學生有一種“身臨其境”的感覺。

總之，對生物實驗進行再創新，可以將學生置于一種開放式、多元化的學習環境中，使學生學會自主學習，自主探究，這不僅改變了學生學習的手段，更重要的是學生掌握了獲取知識的途徑和方法，從而獲得一種新的學習體驗。

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（作者單位：南京市江寧區麒麟科創園學校，江蘇 南京210000）