從“實驗敗筆”中生成實驗課程資源

呂甜甜

摘 要 以學生易出錯的幾個生物學實驗為例，闡述教師如何將“實驗敗筆”轉化為實驗課程資源，以及如何正確認識實驗教學中的“實驗敗筆”，以期為一線教師的生物學實驗教學提供部分參考。

關鍵詞 高中生物學實驗 “實驗敗筆” 生成性課程資源

中圖分類號 Ｇ633. 91 文獻標志碼 B

生物學是一門自然科學，也是一門實驗科學。 《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》在課程實施建議部分指出：實驗教學是生物學課程的特點，也是生物學教學的基本形式之一，實驗教學是促進學生達成生物學學科核心素養(yǎng)的重要支撐，教師要加強和完善生物學實驗教學。

在當前實驗教學中，由于受實驗設備的限制以及先前教育下學生掌握的實驗相關前概念和操作技能的影響，常有遇到障礙而中斷實驗抑或勉強操作的情況出現(xiàn)。教師引導學生“走流程”，即簡單地告訴學生“做什么”和“怎么做”，卻忽視對實驗結果的分析，更不重視挖掘學生“糟糕的實驗敗筆”或“奇談怪論”背后蘊藏的寶貴課程資源。 “試誤法”是一種科學研究的方法和解決問題的策略， “一團糟”的實驗結果更是學生個性思維和創(chuàng)新性思維得以發(fā)展的“沃土”，在對“糟糕的實驗敗筆”的討論中，學生學會重新審視、評估自身觀點的正確性，在沖突和對立中建構知識體系并發(fā)展科學思維。下面將以生物學《必修1·分子與細胞》實驗教學中的幾個“實驗敗筆”為例，淺談如何將其轉化為實驗課程資源及如何正確認識學生實驗中的“實驗敗筆”。

1 從“實驗敗筆”到實驗課程資源

1.1 實驗一：探究酵母菌的呼吸方式

“探究酵母菌的呼吸方式”是生物學教材《必修1·分子與細胞》中的重要實驗，酵母菌是一種兼性厭氧菌，既可以在有氧條件下生存，也能在無氧條件下生存。酵母菌無氧呼吸能分解糖類物質(zhì)產(chǎn)生酒精，而利用酸性重鉻酸鉀由橙到灰綠的顏色變化可以檢測、判斷酒精有無。但在實際操作中，部分學生向無氧呼吸和有氧呼吸組分別滴加酸性重鉻酸鉀溶液，均會觀察到顏色變化。酵母菌有氧呼吸明明不會產(chǎn)生酒精，為什么也會出現(xiàn)顏色變化？難道有氧組酵母菌不僅進行了有氧呼吸也進行了無氧呼吸？當實驗“出錯”時，學生的學習興趣和探究熱情極大地得到激發(fā)，教師可引導學生以此為創(chuàng)新性實驗課題進行深入探究。

學生經(jīng)過深入探究分析“糟糕的實驗敗筆”，發(fā)現(xiàn)葡萄糖也能與酸性重鉻酸鉀發(fā)生顏色變化，葡萄糖分子含醛基，能被酸性重鉻酸鉀氧化成酸，生成綠色的硫酸鉻。為解決該問題，提高課堂實驗的成功率，學生集思廣益，提出“將酵母菌的培養(yǎng)時間適當延長，以消耗盡溶液中的葡萄糖”的想法，這正是生物學2019年版新教材已修改完善之處。但考慮到課堂實驗時間有限，短時間內(nèi)葡萄糖難以消耗完，且葡萄糖是否已經(jīng)完全消耗也難以判斷，因此學生轉而思考是否還有其他檢測酒精的方法。通過討論，學生提出解決問題的新方案：由于酒精易揮發(fā)，因此可以先加熱酵母菌培養(yǎng)液，將蒸出的氣體導入酸性重鉻酸鉀溶液，再觀察顏色變化，結果發(fā)現(xiàn)無氧組有灰綠色顏色反應，有氧組則沒有。此外，有學生聯(lián)系生活實際，聯(lián)想交警可以用便捷式呼吸酒精測試儀檢測駕駛人員是否飲酒，因此實驗室也可將加熱酵母菌培養(yǎng)液蒸出的氣體通向酒精測試儀進行檢測，不僅方便快捷也簡單易操作。

皮亞杰認為，讓學生犯些錯誤是應該的，學習本身就是一種通過反復思考找到錯誤的緣由，并逐漸消除錯誤的過程。學生不僅是問題的制造者更是問題的解決者。實驗教學中，學生無意間制造的“實驗糟糕的敗筆”體現(xiàn)了其認知沖突，這為進一步深入探究提供契機，學生在探究中一步步解決“制造的問題”，構建知識體系，發(fā)展科學思維，并提高問題解決的能力。

1.2 實驗二：檢測生物組織中的糖類

“檢測生物組織中的糖類”也是高中生物學《必修1·分子與細胞》中的實驗，關于三大類有機物（糖類、脂肪和蛋白質(zhì)）的鑒定，在各校普遍開展。實驗原理簡述為：可溶性還原糖中的醛基可以和斐林試劑中的銅離子反應，生成氧化亞銅磚紅色沉淀。雖然該實驗的原理和操作步驟比較簡單，但在實際生物學實驗課堂上，并非所有學生均能成功觀察到磚紅色沉淀，部分學生驚奇地發(fā)現(xiàn)試管底部出現(xiàn)了意料之外的黑色沉淀。這是什么原因造成的？該如何避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)？

經(jīng)過查閱資料和重復實驗發(fā)現(xiàn)，斐林試劑由質(zhì)量濃度為0.1 g/mL的氫氧化鈉和質(zhì)量濃度0.05 g/mL的硫酸銅等量混合配制而成，但很多學生在混合不同溶液時，缺少振蕩搖勻的操作或搖勻幅度過小，導致氫氧化銅在試管底部沉淀，因此試管底部的氫氧化銅沉淀經(jīng)加熱后生成黑色的氧化銅，以此造成了實驗的“一團糟”。在生物學或化學實驗中，不可避免地有許多需要配制試劑的實驗，不同試劑均要振蕩搖勻以充分混合。教師可以選擇在實驗前設置易錯提醒，或在學生觀察到異常實驗現(xiàn)象后再引導其分析并解決問題，以提高實驗成功率，促進學生思維能力和問題解決能力的發(fā)展。

錯誤的知識、認知方式和不當?shù)膶嶒灲Y果均是在課堂中生成的重要課程資源，學生如果在實驗過程中毫無錯誤、分毫不差，又怎能有“意外”和“驚喜”？教師又怎能驅動學生的自主探究學習？該實驗雖然簡單，但當出現(xiàn)和預期不符的現(xiàn)象時容易被輕視和忽略。若教師在實驗教學中，將其作為一個單獨的探究課題提出，引導學生探究錯誤緣由并逐步消除錯誤認知，解決問題，則能在實驗中滲透即便一個小小的錯誤都會造成“實驗敗筆”后果的思想，并引導學生在實驗設計和實踐操作中秉持嚴謹、縝密的態(tài)度。

1.3 實驗三：觀察植物根尖細胞的有絲分裂

“觀察植物根尖細胞的有絲分裂”是人教版高中生物學《必修1·分子與細胞》中的實驗，該實驗應用的材料一般為染色體數(shù)量較少的洋蔥或大蒜的根尖細胞，對植物根尖進行解離、漂洗、染色和壓片等操作后，置于光學顯微鏡下觀察染色體的分裂狀況。由于本實驗成功率較低，耗費時間較長，實驗過程較繁瑣，故常僅以教師教授的形式開展。而開設此學生實驗的學校也多以引導學生體驗實驗流程為主，未能深入分析“實驗敗筆”的原因。

學生學習必然會犯錯誤，既然犯錯是一種普遍且無法回避的事，那么教師引導學生從錯誤中汲取有益認識，鼓勵其分析引起實驗錯誤的可能原因并加以改進就具有重要意義。該實驗失敗的原因主要是解離不徹底，絕大多數(shù)學生在視野中觀察發(fā)現(xiàn)根尖細胞大多相互重疊，因此如何將根尖組織細胞分散成單層細胞成為亟需解決的問題。

學生經(jīng)過探討提出以下猜想：該實驗操作時間處于學期末，近12月底，環(huán)境溫度較低可能會影響根尖分生區(qū)細胞有絲分裂的進程，環(huán)境溫度較低也可能會影響組織細胞的解離和染色過程。基于此可提出創(chuàng)新性的探究課題，如探究環(huán)境溫度對細胞解離或染色體著色的影響等。經(jīng)過探究實驗進一步對實驗過程進行改進和完善，如當溫度低于10℃時可以適當延長解離和染色時間，抑或在溫水浴條件下進行解離。

2 正確認識實驗教學中的“實驗敗筆”

實驗教學中，學生實驗結果未出現(xiàn)預期的實驗現(xiàn)象并不是一件令人遺憾的事，教師對待學生“實驗敗筆”的態(tài)度將直接影響學生的實驗熱情和自我效能感。

2.1 “實驗敗筆”是一種能動建構的基礎

學生在實驗中出現(xiàn)錯誤，這為教師引導學生產(chǎn)生認知沖突提供了心理基礎， “實驗糟糕的敗筆”能引發(fā)學生對原有概念和認知的極大不滿足感，為后續(xù)繼續(xù)深入探究提供心理準備和契機。通過“試誤”，學生能順化自己的認知結構，并將新的認知同化到修正后的認知結構中。

2.2 “實驗敗筆”是一種動態(tài)生成的資源

實驗課堂是動態(tài)生成的過程，教師應在師生互動對話中對課程進行即時性的“創(chuàng)生”，這就要求教師不能對教學案進行“全面”預設，也不可能在教學中做到和預先設想的絲毫不差，否則“教學案”就成為了“話劇本”。當學生具有認知偏差，才有思維碰撞，才有認知結構的完善。

2.3 “實驗敗筆”是一種實驗評價的依據(jù)

學生雖然在實驗中制造了許多“敗筆”，但新課程指出教學評價追求多元化和發(fā)展性，若學生能清楚認識“敗筆”產(chǎn)生的原因并進行糾正，這便值得肯定和贊揚。即使在試圖糾正“敗筆”的過程中又出現(xiàn)新的“敗筆”，也未必代表退步。如學生在探究溫度對組織細胞解離程度的影響實驗中，可能會出現(xiàn)控制變量出錯的情況，但糾錯的勇氣和態(tài)度值得肯定。實驗成功的學生往往有著相似之處，而創(chuàng)造“實驗敗筆”的學生卻各不相同。通過研究錯誤，解決錯誤，也不失為一種“實驗出彩”之處。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂） ［S］. 北京：人民教育出版社，2020.

［2］ 施良方.學習論［M］.北京：人民教育出版社，2001：185-186.