?王潔紅

解決實驗設計問題，培養(yǎng)學生的探究性實驗設計能力

?王潔紅

生物學是以實驗為基礎的一門自然科學，在新課程改革的今天，教育的目的不僅是傳授學生知識，更主要的是培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，特別是學生的獨立實驗設計和動手的能力，即不僅要學生知道是什么，而且要知道為什么，更重要的是知道怎么做；因此，實驗教學的模式非常重要。這是一位老師上的一節(jié)實驗課，課題是《檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質》，教學方法是實驗法。實驗準備是這樣的，實驗桌上有配置好的蛋清稀釋液、浸泡過的花生種子、炸過的紅富士蘋果汁還有其他的如雙面刀片、試管、大小燒杯等儀器及0.1g/ml的NaOH 0.05g/mlCuSO4溶液、0.01%g/ml CuSO4、蘇丹Ⅲ染液；黑板上展示著實驗原理、實驗目的、材料用具、方法步驟。整個教學過程是這樣的：一、師生一起學習實驗原理、目的要求、方法步驟；二、比較斐林試劑、雙縮脲試劑的使用原理和使用方法；三、教師演示實驗步驟；四、 兩人一小組學生自己動手實驗；五、小組交流實驗結果；六、整理下課。

在以上實驗課的教學中筆者認為存在以下幾個問題：一、教師在對實驗教學目標的理解上不到位；新教材安排的這個實驗是一個探究性實驗，目的是讓學生學會如何去選材、自己去嘗試實驗過程，看到各種實驗現(xiàn)象，在各種嘗試后得出檢測還原糖、脂肪、蛋白質最好的實驗材料、實驗步驟、實驗現(xiàn)象。二、教學方法上比較傳統(tǒng)，還是使用的一般驗證性的實驗方法。筆者認為探究性試驗的課堂教學應注意以下幾個方面

一、培養(yǎng)學生積極參與的意識

在這個學生實驗中，實驗材料、試劑都是書本上指定的，課前由教師準備好的。實驗時，學生完全按規(guī)定的步驟進行。在這過程中，學生完全成了機械操作者，甚至到結束都沒留下完整的印象。這種教學沒有給學生留下積極思維的空間和余地，也不允許他們有任何意義上的創(chuàng)新，抑制了學生的主動、獨立思考的能力。而現(xiàn)代教育就是要引導學生積極參與。因此，教師可結合具體實驗，教會學生一些基本的實驗研究方法，然后讓他們自己去弄清實驗原理、主動查找資料，選擇合適的實驗材料和實驗方法。例如還原糖的實驗中教師準備蘋果、犁、馬鈴薯等多種實驗材料，讓學生嘗試各種材料，尋找最適合的實驗材料，從而總結出用于檢測還原糖的實驗材料的特點：比如顏色淺、還原糖較多的紅富士蘋果是比較好的實驗材料，并且自己動手榨成汁 。脂肪的鑒定中準備花生種子、花生種子勻漿、浸泡過的花生種子等，讓學生自己體會哪一種材料、哪種方法合適，體會脂肪的鑒定不僅是一種方法。這樣，就可使學生加深對實驗全過程的認識，提高實驗課的效率，也可培養(yǎng)他們的興趣和能力。這樣不僅可使學生獲得某種程度上的成就感，也培養(yǎng)了學生探究性的實驗設計能力，動手能力、合作能力。

二、讓驗證性實驗上升為探索性實驗

教育家布魯納指出，教學應該“教人發(fā)現(xiàn)真理”。傳統(tǒng)的生物實驗只是驗證課本上的知識，學生在整個教學過程中處于從屬的、被動的地位，他們關注的是實驗結果，而對實驗的理論背景和實驗設計的方法不加思索。這種重結果輕過程，重接受輕參與的做法不利于能力的培養(yǎng)，因此，在實驗過程中，鼓勵學生大膽設想，改驗證性實驗為探索性實驗，為學生創(chuàng)造條件，去探索、實施他們想要做的實驗，成為教師思考的問題，筆者建議，要培養(yǎng)學生探究性的實驗能力，觀察、思維及創(chuàng)造能力就要把注意力從注重實驗結果轉移到實驗方案設計思索思路及改進方法等方面上來。有時，有的學生可能會“異想天開”。此時，教師應倍加關注那些愛思考，有創(chuàng)意的學生，充分挖掘其“異想天開”中的合理因素，使他們敢想敢說。就象蘇霍姆林斯基講的要像對待荷葉上露珠一樣去呵護學生幼小的創(chuàng)造的心靈。例如以上這個實驗教師首先上一節(jié)預備課與學生共同學習實驗原理、目的要求，比較斐林試劑、雙縮脲試劑的使用原理和使用方法和注意事項；其次分配各個實驗小組，設計實驗方案；以下展示《檢測還原糖、蛋白質、脂肪》的實驗中一個實驗小組在實驗前的設計了實驗步驟：

(1)還原糖的檢測和觀察

①、向試管內注入2mL待測蘋果組織樣液

②、向試管內注入1mL斐林試劑

③、將試管放入50—65℃左右的溫水中加熱2分鐘

④、觀察試管中出現(xiàn)的顏色變化

(2)蛋白質的檢測和觀察

①、向試管內注入待測豆?jié){2mL

②、向試管中注入雙縮脲試劑A1mL,搖勻

③、向試管中注入雙縮脲試劑B1mL,搖勻

④、觀察組織樣液的顏色變化

以上實驗小組展示的實驗 步驟中存在明顯的不足之處：a 、材料是固定的，學生沒有獨立地去選擇各種不同的實驗材料 b、實驗方法還是老套的，還是驗證式的實驗方法。

建議和改進以后的實驗步驟：

(1)還原糖的檢測和觀察

①、分別準備蘋果、梨、馬鈴薯勻漿

②、取三支試管編號1、2、3分別各取2mL以上勻漿

③、分別向三支試管內注入1mL斐林試劑

④、將試管全放入50——65℃溫水中加熱2分鐘

⑤、觀察比較三支試管中出現(xiàn)的顏色變化

(3)蛋白質的檢測和觀察

準備待測樣液淀粉、稀釋的雞蛋清(顏色相近)

①、取兩支試管編號1、2分別向試管內注入待測A、B2mL

②、分別兩支向試管中注入雙縮脲試劑A1mL,搖勻

③、再兩支向試管中注入雙縮脲試劑B1mL,搖勻

④、觀察比較兩支試管的顏色變化

結論：呈紫色的為蛋白質

改進后的實驗注重了自我選擇實驗材料，多種操作進行對比，注重了思考和辨析，滲透了探究性實驗的思路，也培養(yǎng)了學生思考分析問題的能力，探究性實驗的設計能力以及小組合作精神。

三、留更多的時間讓學生嘗試實驗過程，各種可能的實驗現(xiàn)象，分析實驗現(xiàn)象的各種原因，尋找最理想的實驗步驟、現(xiàn)象和結論

通過這一探索過程，一方面滿足了學生的好奇心和求知欲，另一方面也培養(yǎng)了學生的主體意識和科學思維的能力。 有時，學生實驗不一定會取得令人滿意的結果。此時，要鼓勵學生通過討論、分析實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象，并通過思考找出解決問題的方法。例如以上實驗中鼓勵學生自己設計實驗、嘗試實驗過程，分析總結出檢測還原糖、脂肪、蛋白質的最好材料和最理想的實驗材料。這樣一來，雖然有時不能得出理想的實驗結果，但對知識的引用能力和領悟能力卻得到了發(fā)展，同時也培養(yǎng)了自己綜合處理生物學信息的能力。

四、培養(yǎng)學生設計簡單探索性實驗方案的能力

在教學中，教師要精心設置情境，鼓勵學生設計簡單的實驗方案，這有助于培養(yǎng)學生的探究能力和思維能力。在學生掌握了一定的生物學知識后，可讓他們親自設計實驗。例如在了解酶的特性后，可設計探究試驗溫度影響酶的活性，PH影響酶的活性的試驗、酶的專一性實驗，《綠葉中色素的提取和分離》實驗等，在實驗條件許可的情況下，都可讓他們去試一試。學生自己設計實驗和按書用做的感覺和效果是有天壤之別的。

以下是筆者在實驗教學中的嘗試：

一個小組實驗前的實驗設計：標題是《探究溫度對酶活性的影響》

(一)材料：

唾液、碘液、量筒、大燒杯、滴管、試管、試管夾、酒精燈、三腳架、石棉網(wǎng)、溫度計、火柴、冰塊。

(二)實驗步驟

1、取三支試管編號ABC

2、取唾液3mL

3、分別向A、B、C三支試管中滴加1mL3%的可溶性淀粉溶液

4、分別向三支試管中滴加1mL唾液

5、取燒杯三個編號a、b、c

6、向A燒杯中加入冰塊，向B燒杯中加入37℃的溫水，向C燒杯中加入70℃熱水，并將試管ABC分別放入abc燒杯中

7、分別向ABC三支試管中滴加碘液并觀察

(三)實驗結果及結論

該實驗既然探究溫度對酶活性的影響，那么在唾液與淀粉混合之前首先就要控制溫度，所以實驗后的實驗設計改為：

標題是《探究溫度對酶活性的影響》

(一)材料

唾液、碘液、量筒、大燒杯(3個)、滴管、試管(6支)、試管夾(6個)、酒精燈、三腳架、石棉網(wǎng)、溫度計(2個)、火柴、冰塊。

(二)實驗步驟

1、取六支試管編號a、a′、b、b′、c、c′；3 只燒杯編號A、B、C

2、向A燒杯中加入冰塊，向B燒杯中加入37℃的溫水，向C燒杯中加入70℃熱水，溫度計控制溫度，并將試管aa′bb′cc′分別放入ABC燒杯中

3、取唾液3mL ，分別向a、b、c三支試管中滴加1mL3%的可溶性淀粉溶液,向a′、b′、c′試管中加入1mL唾液

4、將6支試管分3組分別放在3只燒杯中繼續(xù)保溫

5、將3支試管的唾液分別倒入配套的3支試管中，繼續(xù)保溫

6、分別向 abc三支試管中滴加碘液并觀察

(三)實驗結果及結論

為什么要這么修改呢？既然探究溫度對酶活性的影響，那么思路上應該先控制溫度，取六支試管分兩組的目的也是為了控制溫度。既然是探究性實驗就要首先具有探究性的想法和思路，觀點就不能老套。

通過這些過程，既能培養(yǎng)他們獨立且科學地思考問題的能力，又能培養(yǎng)他們觀察、設計實驗、思維、自學等能力，從而提高學生的科學素質。

探究性實驗設計能夠激發(fā)學生的好奇心，使學生獲得親身參與的體驗，并提高學生的求知欲；能夠提高學生觀察事物，解決問題以及創(chuàng)新能力；能夠通過創(chuàng)新活動培養(yǎng)學生良好的科學素質；培養(yǎng)學生社會責任感和使命感。在中學生物課堂教學中，我們要盡可能地創(chuàng)造機會讓學生嘗試探究性實驗，培養(yǎng)良好的品質和素質。

江蘇南通市通州區(qū)金沙中學 226000)