桑代克三大學(xué)習(xí)定律在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

［摘 要］文章以“探究溫度對(duì)酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)為例，闡述了桑代克的準(zhǔn)備律、練習(xí)律、效果律在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，旨在提升生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，進(jìn)而不斷提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，并完成生物學(xué)課程的根本任務(wù)。

［關(guān)鍵詞］桑代克學(xué)習(xí)定律；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；酶活性；高中生物

［中圖分類號(hào)］ " "G633.91 " " " " " " " "［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ " "A " " " " " " " "［文章編號(hào)］ " "1674-6058（2024）29-0076-03

桑代克被譽(yù)為教育心理學(xué)之父。他基于大量實(shí)驗(yàn)，提出了試誤學(xué)習(xí)理論，該理論認(rèn)為學(xué)習(xí)的實(shí)質(zhì)是形成聯(lián)結(jié)，學(xué)習(xí)的過(guò)程是一種漸進(jìn)的、反復(fù)試誤的過(guò)程，學(xué)習(xí)的定律主要包括準(zhǔn)備律、練習(xí)律、效果律三大定律[1]。本文依據(jù)桑代克的學(xué)習(xí)理論，以“探究溫度對(duì)酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)為例，對(duì)三大學(xué)習(xí)定律進(jìn)行應(yīng)用，旨在加深學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念的理解，提升他們應(yīng)用知識(shí)的能力，使他們能夠運(yùn)用科學(xué)的觀點(diǎn)、知識(shí)、思路和方法，面對(duì)或解決現(xiàn)實(shí)生活中的某些問(wèn)題，從而不斷提高學(xué)生終身發(fā)展所需的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，完成生物學(xué)課程的根本任務(wù)[2]。

一、準(zhǔn)備律在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

桑代克通過(guò)研究提出了準(zhǔn)備律。他認(rèn)為，一個(gè)學(xué)習(xí)者只有在做好了學(xué)習(xí)準(zhǔn)備，即動(dòng)機(jī)準(zhǔn)備時(shí)，學(xué)習(xí)才能發(fā)生；反之，若缺乏學(xué)習(xí)準(zhǔn)備，學(xué)習(xí)則難以發(fā)生或效率低下。這種準(zhǔn)備不僅包括對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握和基本技能的儲(chǔ)備，更重要的是指學(xué)習(xí)者通過(guò)一些途徑或方法激發(fā)出的學(xué)習(xí)需求，這種需求對(duì)學(xué)習(xí)的發(fā)生具有更為重要的作用。

（一）知識(shí)準(zhǔn)備

針對(duì)知識(shí)準(zhǔn)備，筆者設(shè)計(jì)了“溫故知新”欄目。本節(jié)課的教學(xué)對(duì)象是首次真正獨(dú)立設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，因此，明晰實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則、檢驗(yàn)試劑的選擇等基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)于激發(fā)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和提高實(shí)驗(yàn)的達(dá)成度至關(guān)重要。筆者首先采用了課前“溫故知新”的方式，對(duì)課堂可能涉及的舊知進(jìn)行了復(fù)習(xí)，為學(xué)生設(shè)計(jì)和開(kāi)展探究性實(shí)驗(yàn)奠定知識(shí)基礎(chǔ)。

（二）動(dòng)機(jī)準(zhǔn)備

本實(shí)驗(yàn)為探究性實(shí)驗(yàn)，課程標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)探究性學(xué)習(xí)提出了如下要求：需要為探究性學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境；鼓勵(lì)學(xué)生自己觀察、思考、提問(wèn)，并在提出假設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行探究活動(dòng)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施[2]。在“探究溫度對(duì)酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，創(chuàng)設(shè)洋蔥“情脈”這一教學(xué)主線，分別在教學(xué)的三個(gè)階段激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其產(chǎn)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)需求。這一做法與課程標(biāo)準(zhǔn)的要求不謀而合，充分體現(xiàn)了探究性學(xué)習(xí)的核心理念。

階段1：挑戰(zhàn)“不可能”——“切洋蔥不流淚”活動(dòng)

【活動(dòng)安排】3位學(xué)生上臺(tái)分別完成切洋蔥任務(wù)，其他同學(xué)則觀察他們的反應(yīng)。結(jié)果顯示，其中一位學(xué)生流淚，其他兩位沒(méi)有流淚。這與學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)形成反差。不流淚的兩位學(xué)生表示，他們使用的洋蔥一個(gè)比較冰，一個(gè)比較燙，即這三個(gè)洋蔥分別經(jīng)歷了常溫保存、低溫處理、高溫處理。

【學(xué)生提問(wèn)】為什么切低溫或高溫處理過(guò)的洋蔥不會(huì)流淚？

設(shè)計(jì)意圖：以真實(shí)的體驗(yàn)活動(dòng)作為課程導(dǎo)入，可激發(fā)學(xué)生濃厚的興趣，提高學(xué)生的參與度；通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與生活常識(shí)的反差，可點(diǎn)燃學(xué)生探究的欲望，讓他們感受到生物學(xué)的魅力。

階段2：“分析小達(dá)人”——探索切洋蔥流淚的原因

【資料卡】當(dāng)洋蔥被切割時(shí)，細(xì)胞受到外力作用而破碎，液泡中的蒜氨酸酶（一種蛋白質(zhì)）與烷基半胱氨酸硫氧化物接觸，并將烷基半胱氨酸硫氧化物水解成硫代丙醛-S-氧化物等。其中，硫代丙醛-S-氧化物就是導(dǎo)致眼睛流淚的主要成分。這種化學(xué)物質(zhì)接觸到眼睛后，會(huì)刺激角膜上的游離神經(jīng)末梢，引發(fā)淚腺流出淚水。

【學(xué)生分析】結(jié)合資料卡，得出切洋蔥流淚現(xiàn)象與蒜氨酸酶有關(guān)，形成證據(jù)1；再結(jié)合“蛋白質(zhì)”章節(jié)所學(xué)，形成證據(jù)2、3；基于證據(jù)1、2、3，自然而然可以得出相關(guān)主張。具體論證過(guò)程如圖1所示。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)資料分析和已有知識(shí)的運(yùn)用，學(xué)生可以主動(dòng)形成自己的主張，完成探究性學(xué)習(xí)的前兩步，即發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和作出假設(shè)。

階段3：再度挑戰(zhàn)賽——“切洋蔥又流淚”活動(dòng)

【活動(dòng)安排】本節(jié)課結(jié)尾時(shí)，再次進(jìn)行切洋蔥實(shí)驗(yàn)。取出上課伊始就同步取出的另外兩個(gè)分別經(jīng)過(guò)冰水混合物和沸水處理過(guò)的洋蔥，邀請(qǐng)之前切過(guò)這兩種洋蔥的學(xué)生再次進(jìn)行切洋蔥實(shí)驗(yàn)。同學(xué)們繼續(xù)觀察他們的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)切冰水混合物處理過(guò)但恢復(fù)常溫的洋蔥的學(xué)生流淚了，而切沸水處理過(guò)但恢復(fù)常溫的洋蔥的學(xué)生仍舊沒(méi)有流淚。

【學(xué)生提問(wèn)】低溫與高溫對(duì)酶活性的影響有什么不同？（學(xué)生根據(jù)本節(jié)課所學(xué)知識(shí)進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究）

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)同一個(gè)人完成低溫、高溫處理以及低溫、高溫處理過(guò)又恢復(fù)常溫的實(shí)驗(yàn)對(duì)比，讓學(xué)生對(duì)生活現(xiàn)象進(jìn)行觀察并提出問(wèn)題。這種基于真實(shí)情境的教學(xué)更能激發(fā)學(xué)生的研究興趣和提升他們的探究能力。

三個(gè)階段通過(guò)“情脈”一以貫之，不僅指導(dǎo)學(xué)生解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，還通過(guò)設(shè)問(wèn)不斷激發(fā)學(xué)生的探究欲望。

二、練習(xí)律在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

練習(xí)律強(qiáng)調(diào)，學(xué)習(xí)者的反應(yīng)強(qiáng)度與練習(xí)的次數(shù)、強(qiáng)度及持續(xù)的時(shí)間成正比。學(xué)習(xí)者在練習(xí)后一定要有反饋，只有在反饋中糾正錯(cuò)誤的聯(lián)結(jié)，保持正確的聯(lián)結(jié)，才能產(chǎn)生好的學(xué)習(xí)效果[3]。而在練習(xí)中教師應(yīng)允許學(xué)生犯錯(cuò)誤，并鼓勵(lì)學(xué)生多嘗試，從錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)。這樣，學(xué)生獲得的知識(shí)會(huì)更加透徹和牢固。高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的練習(xí)更多體現(xiàn)在材料的選擇和實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)上。

（一）選材料，練習(xí)中明晰規(guī)則

實(shí)驗(yàn)材料的選擇對(duì)于實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展尤為重要，選擇正確的材料可以達(dá)到事半功倍的效果，探究性實(shí)驗(yàn)更是如此。在處理本課實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，筆者在教材實(shí)驗(yàn)材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行了補(bǔ)充，增加了一組洋蔥研磨液供學(xué)生選擇，采用資料支持、小組討論等方式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)材料的選擇，真正將實(shí)驗(yàn)材料選擇的方方面面落實(shí)到探究實(shí)驗(yàn)中。尤其是學(xué)生在討論洋蔥研磨過(guò)濾液在實(shí)驗(yàn)中是作為底物還是催化劑時(shí)，討論和選擇的過(guò)程就是一次很好的鞏固與練習(xí)。同時(shí)，學(xué)生首次意識(shí)到，實(shí)驗(yàn)材料的選擇不但要考慮易得性、費(fèi)用、實(shí)驗(yàn)效果等因素，還要考慮實(shí)驗(yàn)試劑的選擇對(duì)實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果的影響。通過(guò)探討與小組合作，以及師生互動(dòng)交流，該教學(xué)環(huán)節(jié)總體效果良好。

（二）初設(shè)計(jì)，練習(xí)中實(shí)踐原則

學(xué)生在“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)中，第一次接觸變量、對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則。如何能引導(dǎo)學(xué)生在本節(jié)課中很好地應(yīng)用這些原則呢？這是學(xué)生第一次獨(dú)立完成探究性實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)，對(duì)于他們來(lái)說(shuō)有一定的挑戰(zhàn)和難度。因此，筆者采用了問(wèn)題串的練習(xí)形式，讓學(xué)生以小組為單位討論與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的問(wèn)題。這些問(wèn)題串作為完成初步實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的腳手架，取得了不錯(cuò)的效果。

問(wèn)題串：（1）打算選擇何種酶和底物來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？為什么？（2）如何保證酶和底物從一開(kāi)始就在實(shí)驗(yàn)所需的某一溫度下開(kāi)始反應(yīng)？（3）因變量的觀察指標(biāo)有哪些？如何檢測(cè)因變量的觀察指標(biāo)？（4）如何控制無(wú)關(guān)變量，排除其對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾？（5）本實(shí)驗(yàn)是否需要對(duì)照？如需要，怎樣設(shè)計(jì)？

隨后，根據(jù)討論結(jié)果，學(xué)生小組合作完成實(shí)驗(yàn)步驟的初步設(shè)計(jì)，具體如下：

步驟1：取3支試管（也可以根據(jù)需要增加試管數(shù)），并進(jìn)行編號(hào)。

步驟2：列表填寫加入的底物、酶或處理?xiàng)l件等，并預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

三、效果律在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

桑代克認(rèn)為，給予學(xué)生正向的或負(fù)向的反饋意見(jiàn)，可以有效增強(qiáng)或減弱學(xué)生已經(jīng)形成的刺激反應(yīng)聯(lián)結(jié)，也就是會(huì)影響其學(xué)習(xí)效果。在課堂教學(xué)中要善于運(yùn)用正向反饋或獎(jiǎng)勵(lì)等滿足學(xué)生的反應(yīng)，這樣在其他條件相等的情況下，學(xué)生就會(huì)愈加牢固地與這種情境建立聯(lián)系，從而有效地提升課堂教學(xué)效果。

（一）分組反饋，交流中促提升

在本實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將授課學(xué)生分成六組，根據(jù)實(shí)驗(yàn)前的討論，小組自主選擇實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在課堂上，六組學(xué)生分別選擇的實(shí)驗(yàn)材料與操作如下：

第1、3、4組：淀粉+淀粉酶+斐林試劑，先分別保溫底物與酶，再混合反應(yīng)。

第2組：淀粉+洋蔥研磨液+碘液，先混合酶與底物，再分別在對(duì)應(yīng)溫度下保溫。

第5組：淀粉+淀粉酶+斐林試劑，先混合酶與底物，再分別在對(duì)應(yīng)溫度下保溫。

第6組：淀粉+淀粉酶+碘液，先分別在對(duì)應(yīng)溫度下保溫底物與酶后，再混合并在對(duì)應(yīng)溫度下保溫。

學(xué)生上臺(tái)交流，主要圍繞兩個(gè)問(wèn)題展開(kāi)：（1）你們組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與預(yù)期符合嗎？（2）如果不符合，可能需要在哪些設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)？

在交流展示的環(huán)節(jié)中，第1組提及他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中更改了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，從原本的淀粉+淀粉酶+斐林試劑改為淀粉+淀粉酶+碘液。筆者抓住課堂生成，深究原因，發(fā)現(xiàn)該組學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)意識(shí)到使用斐林試劑需要水浴加熱，可能會(huì)影響酶的活性，因此調(diào)整了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。教師帶領(lǐng)全班學(xué)生對(duì)該組的思考予以了肯定，同時(shí)出示斐林試劑用于鑒定溫度對(duì)淀粉酶活性的影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，解釋了實(shí)驗(yàn)中的終止反應(yīng)，讓學(xué)生對(duì)于該實(shí)驗(yàn)的理解提升了一個(gè)層級(jí)。

第2組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)不到預(yù)期或不能令人信服。該組學(xué)生分析了可能的原因：洋蔥研磨液本身可能含有淀粉；洋蔥研磨液本身可能含有還原糖；酶與底物先混合，可能會(huì)因?yàn)槊傅母咝远鴮?dǎo)致實(shí)驗(yàn)達(dá)不到預(yù)期。

其他組別也展示了對(duì)疑慮的思考和再探究精神。通過(guò)小組分工合作、交流展示的過(guò)程，學(xué)生的學(xué)習(xí)意識(shí)和自我滿足感得到了提升。課后的隨機(jī)調(diào)查驗(yàn)證了課堂的教學(xué)效果。

（二）實(shí)驗(yàn)再設(shè)計(jì)，修正中再發(fā)展

在學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)得到積極正面的反饋后，筆者進(jìn)一步設(shè)計(jì)了“排排看”活動(dòng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行排序，讓學(xué)生加深并鞏固討論所得。同時(shí)，還利用分光光度計(jì)對(duì)正確的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證，從定性分析走向定量分析，讓學(xué)生在量的變化中了解事物的本質(zhì)。這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)將各組的設(shè)計(jì)體驗(yàn)與收獲作為全班的教學(xué)資源，不僅可以促進(jìn)學(xué)生已經(jīng)形成的有效聯(lián)結(jié)的進(jìn)一步加強(qiáng)，并通過(guò)反復(fù)刺激幫助學(xué)生獲得知識(shí)，而且可以激發(fā)學(xué)生的質(zhì)疑精神，培養(yǎng)他們的自我修正能力，從而提升探究性實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)效果。

四、教學(xué)收獲與反思

首先，桑代克三大學(xué)習(xí)定律的應(yīng)用貼合學(xué)生實(shí)際，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。特別是準(zhǔn)備律的應(yīng)用，通過(guò)情境設(shè)置、任務(wù)驅(qū)動(dòng)等形式，激發(fā)學(xué)生探究學(xué)習(xí)的欲望與動(dòng)力，對(duì)于課堂教學(xué)起到了事半功倍的作用。但在設(shè)置情境和任務(wù)時(shí)，要注意貼合學(xué)生實(shí)際并緊密聯(lián)系教學(xué)內(nèi)容，確保這些設(shè)置能夠真正為學(xué)生的學(xué)習(xí)和教學(xué)內(nèi)容服務(wù)，這是準(zhǔn)備律在實(shí)施時(shí)的關(guān)鍵。

其次，桑代克三大學(xué)習(xí)定律的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)由知識(shí)中心向素養(yǎng)中心的轉(zhuǎn)變。學(xué)生在體驗(yàn)練習(xí)律和效果律的過(guò)程中難免會(huì)犯錯(cuò)，這些錯(cuò)誤看似讓學(xué)生走了彎路，實(shí)則充分暴露了他們的知識(shí)與思維缺陷，從而為他們提供了更多反思學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。這種通過(guò)嘗試獲得的經(jīng)驗(yàn)是真實(shí)且有效的，有助于提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，進(jìn)而助力學(xué)生核心素養(yǎng)的達(dá)成。

最后，桑代克三大學(xué)習(xí)定律的應(yīng)用在教學(xué)時(shí)間方面有一定的挑戰(zhàn)。在桑代克的理論中，練習(xí)律和效果律的應(yīng)用應(yīng)該是重復(fù)性的、多次的，可是在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)設(shè)計(jì)陷阱、試錯(cuò)等方式形成的教學(xué)過(guò)程很難實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)。但從吸引學(xué)生的注意力以及提升學(xué)生素養(yǎng)等角度來(lái)看，陷阱設(shè)置確實(shí)能夠發(fā)揮一定作用，有助于學(xué)生在相互交流和探討中逐步構(gòu)建知識(shí)體系。為了解決教學(xué)時(shí)間的問(wèn)題，可以嘗試借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、模擬實(shí)驗(yàn)等手段進(jìn)行重復(fù)訓(xùn)練，以達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

［ " 參 " 考 " 文 " 獻(xiàn) " ］

[1] "陳彩霞，陳春華.桑代克試誤學(xué)習(xí)理論導(dǎo)讀[J].江蘇教育，2020（78）：72-74.

[2] "劉恩山，曹保義.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）解讀[M].北京：高等教育出版社，2020.

[3] "尹嫄，張勝前，胡堯.桑代克三大學(xué)習(xí)定律在地理教學(xué)中的應(yīng)用策略：以“地球的運(yùn)動(dòng)”一節(jié)為例[J].中學(xué)地理教學(xué)參考，2015（10）：20-21.

（責(zé)任編輯 羅 艷）