高中課堂實驗拓展 培養學生創新思維

摘 要：生物是一門實驗性的學科，教師要充分利用課堂實驗教學，在完成課標要求的基礎上對其進行創新和拓展.文章以“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實驗為例，在課前增加制作果酒的預習環節，在實驗教學中增加對高溫變性后酶活性的檢測，然后增加對酶的化學本質的檢測，還有創新實驗教具——兩支注射器以軟膠管連接，將過氧化氫酶活性的定性檢測轉變為定量檢測，分組比較多種抗氧化植物的過氧化氫酶活性.教師在有限的課堂教學中，聚焦實驗創新，幫助學生逐步建立起創新實驗，可以拓展其科學探究的深度和廣度.

關鍵詞：課堂實驗創新；自制實驗教具；定量檢測

中圖分類號：G632

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0333（2024）30-0140-03

收稿日期：2024-07-25

作者簡介：劉欣（1975.1—），女，河北省寧河人，博士，中學一級教師，從事高中生物教學研究；

王萌萌（1988.10—），女，河北省石家莊人，碩士，中學一級教師，從事高中生物教學研究.

《普通高中生物學課程標準》中提出“本課程高度關注學生學習過程中的實踐經歷……培養創新精神^［1］”.優質、高效的課堂教學是促進學生有效學習的基本前提條件，是素質教育的重要保障.教師應該充分利用有限的課堂教學時間，精心設計教學內容，不斷思考課堂實驗的創新思路，培養學生創新精神，為國家的創新人才培養奠定良好基礎.

1 遵循認知規律，精簡設計教學流程

在課堂視域下，教師要關注大概念和重要概念，精簡組織教學內容，保證實現課堂教學目標的同時，盡可能多地給予學生動腦動手探究的機會.通過從現象到本質的認識，結合實驗探究、比較分析，構建酶的概念，然后通過動畫揭示酶的催化作用的原因，聯系生活實際，設計新的探究實驗，將定性實驗轉化為定量實驗，培養學生科學思維和探究能力，認識健康文明的生活方式.教師根據上述要求，設計教學流程如圖1所示.

2 生活經驗+科學史+課前實踐，有效建立生命觀念

生命觀念是人們將自己觀察到的生命現象或規律等進行解釋從而形成抽象概念^［2］.為了有效建立生命觀念，盡可能利用學生觀察到的生命現象和規律，還需要追隨科學家的腳步，思考生物學概念的建立并逐漸完善的過程.

2.1 課前預習+生產實踐，學生參與樂趣多

在課前預習中，除了常規預習要求外，教師可以增加選擇性必修三中制作果酒的步驟.學生在家里制作葡萄酒，并帶來學校分享預習內容，包括自釀果酒和照片記錄過程.

2.2 科學史+跨學科理論，科學分析記得牢

在課堂上，教師可以利用科學史展開教學.教師展示圖片并介紹斯帕蘭札尼的實驗，施旺發現了胃蛋白酶.落實了消化過程和化學反應的關系，但是學生仍然懷疑消化包含物理作用.

問題：細嚼慢咽有助于消化是對的嗎？學生從物理角度思考，細嚼慢咽使食物由大變小，而且可以與消化液混合均勻，得出“反應速率和接觸面積相關”和“物理變化能改變化學反應速率”的結論.

2.3 生活經驗+總結方程，生命觀念建立快

教師提示：酶的概念可以從來源、生理作用、化學本質三方面考慮.然后展示學生國慶釀酒圖片，根據學生的釀酒結果列出酒精發酵的化學反應式：“果糖→酒精+CO₂”.學生了解這個化學方程式后，教師提問：葡萄罐頭也是葡萄加水，為什么不會變成葡萄酒？學生在二者間找差異，釀酒時用新鮮葡萄，上面附著酵母菌，葡萄罐頭是高溫滅菌后密封，沒有酵母菌.所以酵母菌合成酒精發酵的酶，催化酒精發酵的化學反應.

教師精心設計教學內容，在學生的生活經驗中疊加科學史，再疊加課前實踐，使學生迅速建立生命觀念.

3 立足教材實驗科學合理拓展，讓科學思維進階

實驗是培養理性思維和探究能力的有效手段，具有先鋒引領作用^［3］.培養科學思維需要設計從低階向高階螺旋式上升的學習任務，逐步為學生科學思維進階搭建臺階^［4］.

教師介紹“比較H₂O₂在不同條件下的分解”的實驗方法，實驗設計如表1所示.

學生分組實驗，匯報實驗結果，并記錄其實驗結果.

教師介紹實驗設計的單一變量原則，2號和3號試管是否能比較？教師繼續介紹對照原則，讓學生分析空白對照的目的.

教師通過對教材經典實驗進行簡單拓展，結合學生的認知特點，制定合理的探究任務和學習目標，逐步提升學生的探究、闡釋生物學現象及解決具體問題的能力.

4 利用有限課堂拓展實踐探究活動，無限創新

生物實驗是目前生物高考的重要組成部分，教師在教學中需要不斷加強生物實驗課程建設，培養學生的創新能力和探究能力^［5］.

4.1 拓展實驗，驗證酶的本質

教師通過展示科學家薩姆納等人的研究成果，揭示酶的本質，絕大部分是蛋白質，少數是RNA.教師提問：可以通過實驗證實酶的本質是蛋白質嗎？學生認為蛋白質可以用雙縮脲試劑檢測，而且高溫可以使蛋白質變性.

肝臟研磨液中的過氧化氫酶含量非常低，不適合用雙縮脲試劑檢測.教師介紹了新的實驗材料——多酶片，然后學生用雙縮脲試劑檢測多酶片研磨液，結果顯示比較清晰的淺紫色，證實了消化酶的化學本質.

教師提示“比較H₂O₂在不同條件下的分解”實驗中的第5支試管的實驗現象，與第4支試管比較，讓學生分析原因.

4.2 設計新定量裝置，學以致用重探究

教師以簡單圖示（圖2）介紹活性氧自由基的對細胞的危害，過多的活性氧自由基會引起多種疾病，如心臟病、帕金森病和腫瘤等，以及過氧化氫酶的作用.網上推薦一些抗氧化食品（也叫防衰老食品），如番茄、葡萄等.教師選擇了其中6種常見的食品，取研磨液分組檢測比較過氧化氫酶活性，師生討論，認為定量比定性檢測更容易比較檢測結果，因此一起設計了定量檢測實驗裝置如圖3所示.

實驗材料：新鮮的番茄、葡萄、紅薯、菠菜、土豆、大白菜，用榨汁機直接制成研磨液.

學生分組：學生2人一組，每4組測一種材料，重復性實驗減少誤差的產生，結果可信度更高.

實驗方法：（1）用10 mL注射器取H₂O₂溶液3 mL；用1 mL注射器取樣品液0.3 mL；

（2）兩個注射器用短膠管相連接，1 mL注射器吸打幾次，使兩種溶液混合均勻；

（3）1 mL注射器置于0刻度處，計時4分鐘，讀取10 mL注射器上的刻度增加的部分.

根據各組的實驗結果（如表2），學生認為紅薯過氧化氫酶活性最強的食物.教師進一步分析“想要獲得紅薯中的過氧化氫酶，需要選擇什么烹調方式？”學生思考了一下，選擇“生吃，酶不會高溫變性，但是會被消化道內的蛋白酶水解，所以什么方法也沒有用”.教師解釋：這些食品含有豐富的維生素C、胡蘿卜素、花青素等抗氧化物質，可以幫助我們消除過度氧化，維護機體健康，增強免疫力，預防疾病.

探究生活中的問題，設計了新的定量檢測裝置，在教學過程中強調學生的主動參與，增加學生動手和動腦的活動，促進生物學學科核心素養的形成.

5 結束語

學生只有親自深度經歷科學探究的磨煉，才能實現概念的自主建構和思維的深度發展^［6］.基礎教育的人才培養，就要以創新為第一動力^［7］，將生活中的問題設計成多樣化、趣味化、規范化的課堂活動，智匯創新，致力于培養科技拔尖創新人才.

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）［M］.北京：人民教育出版社，2020（5）：2-5.

［2］ 張傳華.高中生物教學中培養學生生命觀念的策略探究［J］. 華夏教師， 2022（27）：22-24.

［3］ 趙夢丹.“5E”教學模式在高中生物學實驗教學中的應用：以“探究pH對過氧化氫酶的影響”為例［J］. 基礎教育論壇（上旬刊），2022（12）：10-12.

［4］ 李清梅.基于科學思維進階培養的高中生物學系列拓展實驗：以酶相關實驗為例［J］.中學生物教學，2022（1）：55-57.

［5］ 徐建新. 新高考視域下提高高中物理實驗教學的策略探究［J］.學周刊，2023（17）：40-42.

［6］ 孫濤.“探究 pH 對過氧化氫酶活性影響”的實驗設計與實踐［J］. 生物學教學，2022，12（47）：59-60.

［7］ 公維余，于戈. 教育科技人才“三位一體”戰略布局下推進綜合實踐活動課程建設和創新人才培養［J］.中國現代教育裝備，2023（8）：47-52.

［責任編輯：季春陽］