高中生物實驗教學(xué)的設(shè)計策略

關(guān)鍵詞：高中生物；實驗教學(xué)；設(shè)計策略

課題項目：本文系連云港市中小學(xué)教學(xué)研究第十五期課題“基于創(chuàng)新素養(yǎng)培育的高中生物實驗課程開發(fā)與實施”（課題編號：2023LYGJK15-L217）的階段性成果。

實驗是生物學(xué)課程的重要教學(xué)內(nèi)容。開展高質(zhì)量的實驗教學(xué)，不僅能夠加深學(xué)生對生物學(xué)知識的理解，還能增強(qiáng)學(xué)生的問題解決能力和動手操作能力[1]。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》提出，要注重理論和實踐的結(jié)合，鼓勵學(xué)生通過實驗、觀察、調(diào)查等實踐活動，深入理解生物學(xué)知識，培養(yǎng)實驗操作技能和科學(xué)探究精神。教師要重視生物實驗教學(xué)，讓學(xué)生在實驗中操作、觀察和思考，以此幫助學(xué)生更好地掌握理論知識，激發(fā)學(xué)生對生物學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，提升其動手能力、觀察能力、分析能力，培養(yǎng)其科學(xué)思維，促進(jìn)其全面發(fā)展。

一、研讀教材，明確教學(xué)目標(biāo)

在開展實驗教學(xué)前，教師要充分研讀教材，明確實驗教學(xué)目標(biāo)，并將其作為實驗教學(xué)設(shè)計的參考[2]。唯有如此，教師才能進(jìn)行有針對性的教學(xué)，從而提升實驗教學(xué)成效，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

例如，在教學(xué)“細(xì)胞中的糖類和脂質(zhì)”一課時，教師可引導(dǎo)學(xué)生開展檢測生物組織中的糖類的實驗。教師應(yīng)通過深入研讀教材，明確該實驗的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生學(xué)會用稀碘液、斐林試劑檢測生物組織中的淀粉和還原糖，能夠選擇合適的試劑對生物組織中的不同糖類進(jìn)行檢測。根據(jù)這一教學(xué)目標(biāo)，教師可優(yōu)先選擇富含不同糖類的實驗材料，如白砂糖（主要含蔗糖）、蜂蜜（主要含葡萄糖）、面粉（主要含淀粉）等。在選好實驗材料后，教師可讓學(xué)生取等量的三種材料分別溶于裝有等量水的燒杯中。之后，教師可引導(dǎo)學(xué)生用量筒取等量的白砂糖溶液、蜂蜜溶液和面粉溶液分別注入三個試管中，并滴入等量的稀碘液，觀察溶液的顏色變化。在此基礎(chǔ)上，教師可讓學(xué)生再用量筒取等量的白砂糖溶液、蜂蜜溶液和面粉溶液分別注入三個新試管中，并滴入等量的斐林試劑，水浴加熱后觀察溶液的顏色變化。學(xué)生可觀察到：蜂蜜溶液和面粉溶液在滴入斐林試劑后產(chǎn)生磚紅色沉淀，白砂糖溶液在滴入斐林試劑后無明顯顏色變化。通過這兩個實驗，學(xué)生能明白葡萄糖、蔗糖和淀粉的檢測原理，并掌握相應(yīng)的檢測方法。教師在明確實驗教學(xué)目標(biāo)的前提下進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，選擇合適的實驗材料，并指導(dǎo)學(xué)生順利完成實驗，能降低實驗難度，加深學(xué)生對相關(guān)知識的理解，避免學(xué)生混淆知識點和出現(xiàn)操作錯誤。

二、創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

教師創(chuàng)設(shè)真實有意義的學(xué)習(xí)情境，能引導(dǎo)學(xué)生開展深度學(xué)習(xí)活動，促使學(xué)生主動學(xué)習(xí)[3]。教師在進(jìn)行實驗教學(xué)時，可以創(chuàng)設(shè)相關(guān)的學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生參與實驗的積極性，從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

例如，在教學(xué)“分離定律”一課時，教師可通過創(chuàng)設(shè)真實情境，激發(fā)學(xué)生的實驗探究興趣。首先，教師可提出問題：“你們覺得自己和爸爸、媽媽像嗎？哪里比較像呢？”學(xué)生一般會從眼睛、鼻子、嘴巴、耳朵等方面闡述自己與父母相似的地方。在此基礎(chǔ)上，教師可繼續(xù)提問學(xué)生：“為什么我們會和自己的爸爸、媽媽長得像呢？為什么有的人更像自己的爸爸，有的人更像自己的媽媽？”通過這一問題，教師能引出遺傳的概念，激發(fā)學(xué)生對遺傳現(xiàn)象的探究興趣。之后，教師可引導(dǎo)學(xué)生開展探究性狀分離的實驗。教師可向?qū)W生提問：“如果我們讓紅色的牡丹和白色的牡丹進(jìn)行雜交，能夠產(chǎn)生新個體嗎？這個新個體會是什么顏色的呢？”學(xué)生會給出各種各樣的答案，如紅色、白色、紅色和白色融合等。基于此，教師可繼續(xù)提問：“我們在生活中也會遇到類似的問題，比如父母都是雙眼皮，那么他們的孩子會是單眼皮還是雙眼皮？”在此基礎(chǔ)上，教師可用小球模擬雌雄配子的分離和組合過程，展示雜合子自交及其后代出現(xiàn)性狀分離的情況。具體而言，教師可先準(zhǔn)備兩個小桶，分別代表精巢和卵巢，在代表精巢的桶內(nèi)放入20個藍(lán)色小球，在代表卵巢的桶內(nèi)放入20個黃色小球，其中10個寫上字母D，代表顯性基因，另外10個寫上字母d，代表隱性基因。然后，教師可從兩個桶中分別抓取一個小球，并記錄基因組合（記錄好后要將小球放回桶中并搖勻），重復(fù)50次。最后，教師可引導(dǎo)學(xué)生分析實驗結(jié)果。教師通過創(chuàng)設(shè)情境引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行性狀分離探究實驗，不僅能夠激發(fā)學(xué)生的實驗探究興趣，還能讓他們更好地掌握分離定律的知識，提高他們的學(xué)習(xí)效率。

三、設(shè)計問題，培養(yǎng)科學(xué)思維

教師在教學(xué)時可以運用問題引導(dǎo)學(xué)生思考，讓學(xué)生學(xué)會選擇更合適的實驗材料和實驗方式。這樣不僅能使學(xué)生更加深入地理解實驗原理，還能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，提高學(xué)生解決問題的能力。

例如，在教學(xué)“細(xì)胞一生命活動的基本單位”時，教師可引導(dǎo)學(xué)生使用高倍顯微鏡觀察葉綠體和線粒體。首先，教師可提出問題：“我們都知道，除了病毒，地球上所有的生命體都是由細(xì)胞組成的，那么細(xì)胞內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換器是什么呢？”結(jié)合教材內(nèi)容，學(xué)生能指出是線粒體和葉綠體。然后，教師可繼續(xù)提問：“這兩者的形態(tài)和功能各有什么特點？”以此引導(dǎo)學(xué)生對二者進(jìn)行對比分析。接著，教師可提問學(xué)生：“這兩種細(xì)胞器的形態(tài)是什么樣的？”以此引導(dǎo)學(xué)生開展用高倍顯微鏡觀察葉綠體和線粒體的實驗。教師還可進(jìn)一步提出問題：“葉綠體和線粒體有顏色嗎？如果沒有顏色，那我們該怎么觀察它們呢？”以此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。最后，教師可提出開放性問題：“綠色植物細(xì)胞中既有葉綠體又有線粒體，那么我們能否使用綠色植物的葉肉細(xì)胞來開展觀察線粒體的實驗？”以此引發(fā)學(xué)生的深入思考，讓學(xué)生進(jìn)行探討交流。待學(xué)生給出答案后，教師可追問學(xué)生：“那么選擇什么細(xì)胞來觀察線粒體比較好？”學(xué)生結(jié)合前面的分析，能明白動物細(xì)胞更適合用于觀察線粒體。在此基礎(chǔ)上，教師可為學(xué)生提供實驗所需材料，讓學(xué)生進(jìn)行觀察實驗。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，利用高倍顯微鏡能清晰地看到葉綠體和線粒體的實際形態(tài)及它們在細(xì)胞中的分布情況，進(jìn)而對兩者的結(jié)構(gòu)和功能有更清晰的認(rèn)識。教師通過一系列問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗，不僅能夠激發(fā)學(xué)生的思維，還能幫助學(xué)生順利完成實驗，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

四、提出假設(shè)，發(fā)展探究意識

在高中生物實驗教學(xué)中，教師不能只要求學(xué)生完成實驗操作，還要讓學(xué)生主動思考，學(xué)會主動探究新知識[4]。教師要鼓勵學(xué)生進(jìn)行自主探究，讓學(xué)生在實驗中思考，從而培養(yǎng)學(xué)生的探究意識。

例如，在教學(xué)“生命活動需要酶和能源物質(zhì)”一課時，教師可引導(dǎo)學(xué)生探究影響酶促反應(yīng)速率的環(huán)境因素。教師可提問學(xué)生：“酶是生物體中生化反應(yīng)的催化劑，酶活性受溫度、pH等因素影響，我們可以通過觀察酶促反應(yīng)速率分析酶活性。那么酶促反應(yīng)速率會隨著溫度、pH的變化發(fā)生怎樣的變化呢？”借助這一問題，教師能讓學(xué)生進(jìn)行思考討論，提出相應(yīng)的假設(shè)，從而培養(yǎng)學(xué)生的探究意識。在學(xué)生提出假設(shè)的基礎(chǔ)上，教師可引導(dǎo)學(xué)生開展相關(guān)實驗以驗證假設(shè)。具體而言，教師可先將學(xué)生分組，然后提供淀粉酶溶液、淀粉、燒杯等實驗材料，讓學(xué)生以小組為單位探究溫度對酶促反應(yīng)速率的影響。學(xué)生小組需要先討論并確定實驗方案，然后進(jìn)行實驗：（1）將淀粉酶溶液和淀粉溶液分別放在0% 、 37% 、 100^°C 的水浴鍋中保溫一段時間；（2）將同溫度的淀粉酶溶液和淀粉溶液混合并繼續(xù)保溫一段時間；（3）向三種溫度的混合液中分別加入等量的碘液，觀察溶液顏色的變化。經(jīng)過這一實驗，學(xué)生能發(fā)現(xiàn)淀粉酶在過高或過低溫度下活性都會降低。在此基礎(chǔ)上，教師可為學(xué)生提供過氧化氫酶溶液、過氧化氫溶液、 pH 不同的緩沖液等實驗材料，并引導(dǎo)學(xué)生探究溶液pH變化對酶促反應(yīng)速率的影響。學(xué)生小組可進(jìn)行如下實驗操作：（1）配制酸性（ ΔpH=3 ）、中性（ pH=7 ）、堿性（ pH=10 ）三種緩沖液；（2）將等量的過氧化氫酶溶液分別加入各緩沖液中；（3）分別往三種混合液中加入等量的過氧化氫溶液，觀察氣泡產(chǎn)生的速率。經(jīng)過觀察，學(xué)生能發(fā)現(xiàn)在中性環(huán)境下，過氧化氫分解產(chǎn)生氣泡的速率最快，而在酸性和堿性環(huán)境下，過氧化氫分解產(chǎn)生氣泡的速率明顯減慢，進(jìn)而得出強(qiáng)酸或強(qiáng)堿環(huán)境會降低酶活性的結(jié)論。教師在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生提出假設(shè)并借助實驗驗證假設(shè)，不僅能突出學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，讓學(xué)生主動參與到實驗過程中，還能提升學(xué)生的獨立思考能力，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識和科學(xué)思維。

五、聯(lián)系生活，強(qiáng)化實踐應(yīng)用

生物學(xué)知識與實際生活聯(lián)系緊密，教師在開展生物實驗教學(xué)時不應(yīng)局限于實驗室，要將現(xiàn)實生活與實驗有機(jī)融合。教師可以聯(lián)系生活實際指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行生物實驗，這樣不僅能夠讓學(xué)生了解生物學(xué)知識的應(yīng)用價值，還能有效鍛煉學(xué)生的動手能力，加深學(xué)生對知識的理解，提升學(xué)生的實踐應(yīng)用能力。

例如，在教學(xué)“傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)和產(chǎn)品”一課時，教師可讓學(xué)生動手制作泡菜，了解發(fā)酵技術(shù)在生活中的應(yīng)用。教師可先提出問題：“大家都喝過酸奶嗎？酸奶是用什么做的呢？”學(xué)生基于生活經(jīng)驗?zāi)芑卮穑骸八崮淌怯门Ｄ套龅摹！敝螅處熆勺穯枺骸芭Ｄ淌窃鯓幼兂伤崮痰哪兀俊睂W(xué)生結(jié)合教材內(nèi)容能明白酸奶是以牛奶為原料，經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵形成的。在此基礎(chǔ)上，教師可提問學(xué)生：“我們?nèi)粘Ｉ钪杏泻芏嗍称范际墙?jīng)過發(fā)酵制成的，除酸奶以外，你們知道還有哪些嗎？”學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗?zāi)苷f出腐乳、醪糟、泡菜等發(fā)酵食品。基于此，教師可布置任務(wù)：“泡菜制作在我國有著悠久的歷史，許多蔬菜經(jīng)過腌制都可以制成美味的泡菜，請大家根據(jù)自己的口味嘗試制作一份泡菜。”學(xué)生可在課后按照要求選擇自己感興趣的蔬菜，并使用泡菜壇進(jìn)行泡菜制作。在泡菜發(fā)酵的過程中，學(xué)生要對泡菜壇中蔬菜和液體的顏色變化進(jìn)行觀察和記錄，并及時向壇蓋邊緣的水槽中添加清水，以保證密封環(huán)境。等泡菜發(fā)酵完成后，教師可讓學(xué)生將自己制作的泡菜帶至課堂，分享給同學(xué)。同時，教師可以讓獲得好評最多的學(xué)生分享自己的制作方法和經(jīng)驗。如果有學(xué)生制作的泡菜只有咸味而沒有酸味，那么教師可以引導(dǎo)學(xué)生共同探討出現(xiàn)這種結(jié)果的原因。通過制作泡菜、觀察泡菜發(fā)酵過程及分享交流，學(xué)生不僅能夠加深對發(fā)酵技術(shù)的了解，還能培養(yǎng)動手能力。由此可見，教師在教學(xué)中將生物學(xué)知識與實際生活相結(jié)合，開展實踐活動，不僅能夠加深學(xué)生對相關(guān)知識的理解，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，讓學(xué)生了解生物學(xué)知識在生活中的具體應(yīng)用，還能鍛煉學(xué)生的知識應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

結(jié)語

總而言之，實驗教學(xué)是高中生物教學(xué)的重要內(nèi)容，教師通過實驗教學(xué)能夠使抽象的知識形象化，幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的生物學(xué)知識體系，提升學(xué)生對知識的掌握程度。教師在教學(xué)中要深入分析教材，開展具有針對性且科學(xué)合理的實驗教學(xué)活動，從而有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生充分掌握生物學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、動手能力和知識應(yīng)用能力，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

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[3］石高榮.基于深度學(xué)習(xí)的高中生物學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計［J].中學(xué)生物學(xué)，2019，35（12）：35-36.

[4］楊媛.核心素養(yǎng)下的高中生物實驗教學(xué)優(yōu)化策略［J].新課程，2020（33）：60.