在半开放生物实验中培养学生的创造性思维

2013-05-03杨桂兰陈双慧程木华

实验技术与管理 2013年5期

杨桂兰，刘瑞，陈双慧，程木华

（哈尔滨师范大学生命科学与技术学院，黑龙江哈尔滨 150025）

生物学是一门实验性很强的自然科学。“实验室是现代大学的心脏”，实验教学在培养创新人才方面起着不可替代的作用［1］。在实验过程中把实验操作和理论知识结合起来，不仅能够培养学生的观察能力、动手能力，以及发现问题、分析问题和解决问题的能力，同时还能培养学生创造性思维的能力。我国《高等教育法》规定：“高等教育的任务是培养有创新精神的高级专门人才，发展科学技术文化，促进社会主义现代化建设。”高校创新人才的培养已成为高校人才培养的重要目标和社会发展的需要［2］。近年来，生物学的实验教学越来越受到关注和重视，在整个生物学科的教学中所占的比重也越来越大，但是在生物实验教学中仍存在一些问题和不足之处。

1 高校生物实验教学现状及存在的问题

实验教学的目的是帮助学生生成知识，在实验的过程中培养学生的创造力。在“大力培养具有创新精神的高级专门人才”的高校办学指导方针下，我国高校生物实验教学仍然存在一些不足之处：实验内容更新缓慢，教学方法陈旧［3］，验证性实验偏多，综合性、设计性和创新性实验较少［4］，教育观念仍落后，轻视实验教学较普遍，缺少科学的考核办法和监督机制等问题，不能适应创新人才培养的要求。

对于生物实验教学，我国一直沿用几十年前的教学体系，重视基础知识、基本操作，强调操作的正确性、规范性，但对发展学生个性、鼓励学生发明、创新等方面却重视不够［5］。在实验教学过程中，大多是教师的“包干制”，即试剂的配制、材料的选取，都是教师一人负责。注重了教师的“教”，而把学生的“学”放到了次要位置［6］，导致实验教学的质量和效果大打折扣。爱因斯坦曾经说过：“要是没有那些能够独立思考和独立判断的有创造能力的个人，社会的向前发展是不可想象的。”所以，面对新时期的机遇与挑战，高校生物学的实验教学改革势在必行［7］。

2 高校生物实验教学改良策略

2.1 实验教学方法的改良与创新

为了留给学生足够的思考空间，需要对现有的生物实验教学内容进行逐步的改良，采用半开放性的实验教学法，即教师仅指出实验的名称和提供与本实验相关的实验仪器、药品等基本条件，其余由学生通过阅读实验教材，明确实验目的、实验方法与步骤、注意事项等内容，并在此基础上按步骤进行实验操作，教师只负责解答、监督和纠正学生操作中出现的问题，最后对实验情况进行讲评［8］。

我们在实验教学过程当中，先让学生了解实验室所有相关仪器的用途和使用方法以及注意事项，以便学生在进行实验时主动选择实验仪器，自主设计实验方案。通过学生主动选择材料、仪器和实验方法，培养学生思维的广阔性和开放性，发散学生的思维。发散思维可以突破思维定势和功能固着的局限，重新组合已有的知识经验，找出许多新的可能的解决问题方案［9］。这种教学方法充分激活了学生的思维，发挥学生的想象力和创造力，教学成果将在学生的活动中得以充分体现，最终达到培养学生创造性思维的目的。

本文中以“叶绿体色素的分离和吸收光谱曲线”［10］实验为例，探讨如何培养学生的创造性思维。

2.2 实验设计思路

2.2.1 色素的提取

（1）材料的选择。以往实验教材中的实验材料大多选用的是菠菜叶片，也有研究者尝试过棉花、萝卜、菜豆、杨树和蓖麻［11］等叶片。在本实验中，教师提供给学生4种植物叶片：菠菜、萝卜、杨树、蓖麻，学生通过小组间讨论，每个小组确定一种实验材料，避免实验材料的重复选择，同时以便于对比各组间的实验结果。

（2）色素的提取。各小组确定实验材料后开始提取色素。用无水乙醇或丙酮作提取剂。由于丙酮还可以溶解叶绿体色素以外的其他物质，所以需要用石油醚进行纯化色素，即将丙酮提取液转入分液漏斗中，加等量石油醚、NaCl溶液和蒸馏水震荡，放置分层。待明显分为2层后，让学生思考叶绿体色素存在于哪一层。教师引导学生根据所查资料以及观察到的荧光现象得出结论：上层为含有叶绿体色素的石油醚层，下层为丙酮水溶液。同时根据所查资料，联系各学科之间的知识，讲出荧光现象的原理。让学生判断哪层含有叶绿素，目的是使学生通过现象了解叶绿素具有荧光现象这一光学特性。让学生自己讲出原理，锻炼了学生主动思考和自主获取知识的能力。

2.2.2 色素的分离

（1）分离的原理。本实验采用柱层析法分离叶绿体色素。柱层析法是根据同一吸附剂在不同的溶剂中吸附力大小不同，可以使吸附在吸附剂上的不同物质依次分离出来。柱层析是一种高效分离物质的方法，相对于纸层析法，其优点在于不仅能分离出叶绿体色素，还能将其提取出来，作为下一步实验的材料。

（2）吸附柱的制备。吸附柱的制备有2种，分别是干法装柱和湿法装柱。学生根据自主选择材料制备吸附柱。待吸附柱制备完成后，将色素提取液倾入吸附柱上，将会出现不同颜色的色素带。让学生根据颜色辨别叶绿体色素的种类。教师指导未提取出色素的小组查找原因，一般可能是操作不当或是提取液中色素含量低等因素造成的。

2.2.3 色素的洗脱

加入不同比例的汽油－苯混合液，将分布在柱上彼此靠近的各色带间的距离拉大，直至每种色素被洗脱下来，用于下一步的吸光值测定。实验中注意加入汽油－苯混合液的速度要慢，保证色素分离完全。

2.2.4 叶绿素OD值的测定

叶绿素有光学活性，有一定的吸收光谱，可用分光光度计精确测定。本实验在波长400nm～700nm之间，每隔5nm分别测定叶绿素a和叶绿素b的OD值。由于叶绿素的化学性质很不稳定，容易受强光的破坏，所以应提醒学生避免让叶绿素受强光照射。

2.2.5 绘制吸收光谱曲线

统计叶绿素a和叶绿素b的OD值，在毫米方格纸上分别绘制出它们的吸收光谱曲线，如图1所示。

图1 叶绿素a与叶绿素b的吸收光谱

2.2.6 实验总结

实验完成后，教师引导学生汇总实验结果，根据实验现象和结果总结出理论知识。如在色素的提取中，通过在透射光和反射光下观察含有叶绿体色素的石油醚层，总结出叶绿体色素具有荧光现象：叶绿体提取液在反射光下呈红色，在透射光下呈绿色。总之，在实验过程中通过实验现象，及时总结理论知识，有利于学生对理论知识的充分理解，加深印象。

3 实验效果的期望

为了将半开放性的实验教学法更好地在教学中实施，随机抽取202名学生进行问卷调查，调查的结果用SPSS19.0软件进行统计分析，结果如表1所示。

表1 学生对该实验教学法的期望值

从表中看出，69.8%的学生能自学完成实验，其中21.3%的学生能完成，48.5%的学生基本能完成。完成实验时，59.4%的学生很少需要教师指导，可见，学生完成实验的自主性较强。71.3%的学生认为这种教学方法有助于对理论知识的认识和理解，73.8%的学生认为有利于创造性思维的培养。

4 结束语

教学过程实质上是思维训练的过程。要培养学生的创造性思维，就要有相应的教学方法。教学方法的改革是一个循序渐进的过程，在生物实验教学中，半开放性的实验教学法是从传统实验教学方法向开放性实验教学法过度的中间阶段。让学生通过现象总结理论，再由理论指导实践，使理论得到了验证以及提升，学生在克服困难的过程中培养了创造性思维能力。

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［1］郭洪萍.高校实验教学环节的创新教育［J］.黑龙江科技信息，2008（2）：151.

［2］代敏新.高校实验教学如何培养学生创新能力［J］.中国现代教育装备，2005（9）：38－40.

［3］韩维仙，张达明.目前实验教学中存在的几个问题［J］.实验技术与管理，1991，18（1）：34－36.

［4］方向东.深化改革，开创高校实验教学新局面［J］.实验技术与管理，2010，27（11）：244－245.

［5］王效忠.高师生物实验教学改革浅析［J］.昌潍师专学报，1999，18（5）：75－76.

［6］张丽娟，汤月敏，魏秀俭.生物实验的开放式教学［J］.聊城大学学报：自然科学版，2006，19（3）：109－110.

［7］曾小飚，蒋才云，黄珂.高效生物实验教学改革的探索［J］.百色学院学报，2008，21（3）：59－61.

［8］韦波，刘海燕.物理化学实验半开放式教学模式的探索和实践［J］.中国电力教育，2009（19）：153－155.

［9］王雁.普通心理学［M］.北京：人民教育出版社，2002.

［10］张志良.植物生理学实验指导［M］.3版.北京：高等教育出版社，2003.