改革高中生命科学实验教学提高实验室利用率——以《食物中主要营养成分的鉴定》教学为例<br/>

改革高中生命科学实验教学提高实验室利用率——以《食物中主要营养成分的鉴定》教学为例

2013-01-31沈桂弟

中国现代教育装备 2013年4期

沈桂弟

学校的实验室和实验教学是培养学生创新能力和实践能力的重要场所和途径。实验教学对于激发学生的创新意识，拓展学生的创新思维，增长学生的创新技能，培养学生的创新品格方面的作用，是其他任何教学形式所不能替代的。苏霍姆林斯基也指出“手能增长才智”，他认为，学生的“能力和才干来自他们的指尖，手指那些细小的溪流在不断地补充创造性思维的源泉”。

一、上海高中常见的三类实验室

随着社会对教育重视程度的加大，对基础教育的投入也是逐年增加，上海高中的硬件条件得到了加强。由于对实验在学生能力培养中所起作用的肯定，高中生命科学的实验室建设也得到了重视。现在上海高中的生命科学实验室基本有以下三类。

1.基本基础实验室

这类实验室的功能主要是满足生命科学日常实验教学的需求。各类验证实验、演示实验都可以在这类实验室完成。它的布局和学生日常学习的教室基本一致，这是一类最常见的实验室。高中生命科学教学中的大部分实验如“食物中主要营养成分的鉴定”“蚕豆叶表皮的观察”“脊髓功能的观察”“洋葱根尖有丝分裂的观察”等都可以在这类实验室中进行。

2.研究性实验室

这类实验室的设备和基础性实验室有所不同，它主要配备了计算机，并开通了上网功能以及交互网络的功能，另外将计算机和显微镜进行了连接，使整个教室构成了信息沟通的整体，大大加强了师生之间的互动，能做到点与面、点与点之间的交流。教室的布置也与其他实验室不同，主要是以小组圆桌式分布。这类实验室主要是满足探究类实验教学需求，它强调的是师生、生生之间的互动与交流。高中生命科学教学中的一些实验如“影响光合作用因素的探究”等可以在这类实验室中进行。

3.探究拓展性实验室

分子实验室、组培实验室、微生物实验室等均属于这类实验室。这类实验室根据功能定位的不同，配置的实验仪器可能有比较大的差异，但目的是一致的，就是满足学生探究生命科学问题开展一些拓展研究的需求。

对现在高中生命科学实验室的利用情况的一些调查发现，这三类实验室的利用率差异较大，基础实验室基本处于满负荷运转的状态，而研究性实验室和探究拓展性实验室利用率很低，有的实验室甚至处于空置的状态。如何把这些实验室利用起来，让这些设备发挥应有的价值？带着这样的问题，笔者通过几年的实验教学实践活动，发现通过递进式实验教学可以在一定程度上有效地解决这个问题，这也为培养中学生的创新思维、创新能力找到了一条可行的路径。

二、高中生命科学的递进式实验教学

通过大量的实践活动，以及学生创新思维和创新能力形成的特点，基于创新能力培养的高中生命科学的实验教学可以分三个层次来递进式实施。

第一层次：基础性实验教学阶段。这一阶段实验教学以教材实验的学习、分析过程为主要内容，以夯实学生的基础知识和技能。

通过教材规定的实验教学过程，可以使学生了解和理解与实验有关的概念和实验原理，能规范地使用相关实验仪器设备，熟练掌握实验的操作技能，并能灵活地运用实验的方法，也可以使学生学会观察、解释和分析实验的现象和结果。这样一来学生在掌握了科学性和规律性的知识之后，创新能力的获得也有了坚实的基础。

第二层次：提高性实验教学阶段。提高实验阶段就是教师从基础实验的材料、实验方法等角度，采用合理移植、联想扩充等方法激发学生思考问题的广度和深度，并通过对实验的思考、分析和设计过程，培养学生的创新思维和创新能力。

创新是一个循序渐进的过程。因此在基础性实验基础上，教师从实验材料和实验方法这两方面去引导学生。教师可以利用实验材料的内在联系和直观联系，把现有知识成果引入新的领域，引导学生用新的眼光、新的角度去发现新的事实，最终产生新的成果。这个过程教师可以采用合理移植法、叠加法、原型启发法和联想扩充法等手段，或者更直接地采用台湾学者陈龙安关于启发创造思考的原则，采用改一改、变一变、换一换、搬一搬、替一替等教学方法来激发学生的研究热情和研究意识，从而有效激发学生的创造意识和创新思维。

第三层次：研究性实验教学阶段。学生通过把已学实验知识、技能和生活问题结合起来，开展更深入的探究，进一步拓展学生的创新思维和创新能力。

生命科学本身研究的就是生命世界、人类的生活。研究性实验教学过程鼓励学生仔细观察自身周围发生的一切，发现问题，把自己在之前的实验中学到的知识和技能与生活中发现的问题相结合，把学生从课堂引向生活，从课堂中无关痛痒的问题引向生活中实实在在的问题，从被动的学习转向主动的探究。创新思维、创新能力在学生的思考中、讨论中、实践中得以扩展提升。从“规定动作”到“自选动作”，这是一名学生在已有知识的基础上经过自己的思考，通过实践重新创造的过程。

如何实现这样的一个培养过程呢？在这个过程中，就要充分利用学校已有的三类实验室。

三、《食物中主要营养成分的鉴定》的递进式实验教学促进了三类实验室的利用率

《食物中主要营养成分的鉴定》这个实验是上海版高中生命科学教材第二章中的一个基础实验。

第一层次：基础性实验教学阶段。在基础实验室，通过常规的验证性实验教学过程，学生学会利用各类有机化合物与相应化学试剂的反应显示出的特殊颜色，掌握各类有机化合物的鉴定方法，为提高性实验提供知识和技能基础。

第二层次：探究性实验教学阶段。影响学生学习兴趣的因素很多，实验研究内容就是其中一个最重要的影响因素，所以在这个层次，通过实验研究内容或方法的改变，激发学生的学习兴趣，学生就能发挥学习的主动性。从实验材料来看，由于实验的时间不同，实验的材料会有所不同；由于做实验的学生来自不同的地方，他们接触的、熟悉的材料也会有所不同。因此可利用这些不同，在原来的基础上进行更广泛的研究。在这个阶段，学生提出了许多问题：苹果中有脂肪吗？提出了《苹果中营养成分的鉴定》课题。茶叶中含有哪些成分？提出了《“毛峰”成分的测量》课题。有什么办法能鉴定橘子中的维生素？提出了《橘子中VC的鉴定》课题。由于未知知识的存在，学生们一段时间以来经常穿梭在三类实验室之间，查资料、讨论设计方案、反复尝试，三类实验室到处是学生的身影。

第三层次：研究性实验教学阶段。在小试牛刀获得的成功体验大大激发了学生的研究欲望后，生活中的问题又把学生引向了更广阔的研究天地。生活中的问题成了学生的研究对象：什么品种的苹果最甜？提出了《红富士、冰糖心、蛇果中糖分含量的比较》课题。不同的储藏方法对苹果的甜度有影响吗？提出了《不同储藏条件对苹果含糖量的影响》的课题。苹果红的地方甜还是其他地方甜？提出了《果皮颜色和糖分含量关系的研究》课题。喝绿茶能减肥吗？能降血脂吗？提出了《绿茶减脂效果的研究》的课题。有人说辣椒VC含量很高，那么红辣椒和绿辣椒VC含量有区别吗？提出了《红辣椒和绿辣椒VC含量比较》课题。青菜在霜打后会变甜，提出了《淀粉转变为葡萄糖机制的研究》课题。这些研究课题，使我们的实验室仪器和设备频频亮起了红灯，请购单一张接着一张，在实在没有办法的情况下，我们的学生只能寻求社会科研机构的帮助。

这些新的研究又促进了学生的自主学习和研究，真正使学生形成创新的思维和创新的能力，使学生建立起能够独立地、综合地运用已有的知识去发现新的知识、观点和方法的能力，掌握研究过程的规律性知识和技能，并学会把它运用于解决实际问题。这样一个有坡度、有层次的递进式实验教学方法对培养学生创新思维和创新能力是可行的、有效的。

四、高中生命科学开展创新性递进式实验教学活动的收获

在生命科学实验教学中开展创新性实验教学一段时间以来，在学生身上出现了许多值得关注和研究的变化：

1.学生的探究欲望明显增强

在《食物中主要营养成分的鉴定》实验结束后，每个班级提出的问题、想研究的问题内容十分广泛，从蔬菜到各色水果，从成分的探究到储藏的方法，从含量的有无到含量的比较。方法更是别出心裁，同样是提取苹果中物质，有的用研磨法，有的用粉碎法，有的用挤压法，有的用浸泡法，八仙过海各显神通。同样是颜色滴定，有的是果汁滴定高锰酸钾溶液，有的是高锰酸钾溶液滴定果汁，有的是分成不同的浓度梯度再来滴定等。高昂的兴致和研究的热情到处可见。