半开放实验教学在高中生物学教学中的应用

杨 波 周业宇

(浙江省缙云中学 丽水 321400)(浙江省丽水市教育教学研究院 323000)

1 半开放实验教学

1.1 半开放实验教学的概念 完整的实验课主要包括以下几个环节：A.实验原理的分析；B.实验方案的设计；C.实验器材、试剂的准备(统称实验材料)；D.实验材料的分配与发放；E.实验操作；F.实验结果的观察与报告；G.实验结果的分享。传统的封闭式教学是A、B、C、D、G实验环节都由教师完成，学生只做E和F，只要按步骤完成操作即可，学生不需深入思考和较多的实践。半开放实验教学是教师负责或者辅助学生完成A、C、E环节，学生自己完成B、D、E、F和G环节。

1.2 高中生物学实验的半开放模式 在学生学完高中生物学三个必修模块后，专门设置一个实验专题，加入2～3个半开放实验，针对学生的实验设计与分析能力进行强化，提升实验能力，完善实验思维。由于半开放实验的内容较多、耗时长，可将一个半开放实验分解成两节课加课外学习小组活动来实施；其中第1课时讨论此系列实验中变量的控制，各小组介绍课前设计的实验方案并讨论改进；课外学习小组活动由多个学习小组按自己的实验方案进行实验；第2课时由各学习小组代表分别展示课外实验，再进行讨论与分析。

1.3 半开放实验在高中生物学教学中的优势 半开放实验不同于全开放的探究实验需要花费大量的精力和时间，教师的作用由单一的“教”转变为“教+导”，在讨论、操作、修改、再操作等活动中培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力；半开放实验着重培养学生的实验设计和分析能力，利于学生对问题的探究形成一个完整的步骤与构架，碰到相关试题时就会迎刃而解，考试效果良好更利于推动实验的开展；在高中学生实验思维能力还不足的情况下，需要教师较多的辅导才能完成实验的探究，半开放实验克服了开放探究实验的盲目性，提高实验的成功率，激发学生的好奇心和探究热情；半开放实验是在一定范围内的探究，实验员或教师准备实验器材等工作量较少。

2 高中生物学半开放实验案例

2.1 探究环境因素对光合速率的影响 具体实验实施如下：

(1)第1课时：设计实验方案 以问题串引导学生逐步深入思考，整理实验思路：①实验的自变量、无关变量和因变量分别指什么？②设计对照实验要遵循哪些原则？③探究实验开展中，用什么方法操作自变量？怎样检测因变量？学生把答案写在小黑板上。目的：让学生尝试对变量下操作性定义，帮助学生掌握实验设计的核心要素。

教师鼓励学生大胆地说出自己的想法，并注意可行性，及时介绍实验室已有的设备。学生小组介绍自己的方案：包括实验目的，如何操作自变量，如何捕捉因变量，如何控制无关变量，方案的待改进之处(介绍时用文字加简图)。其他学生质疑并提出建议。教师对学生讨论后无法解决的问题及时提供帮助，对讨论结果及时进行点评。

通过本阶段活动，可以让学生在活动过程中掌握实验方案的设计流程，完善方案，充分发挥学生的想象力，锻炼学生的自我评价能力。

(2) 课外学习小组的实验思路举例 例如，各学习小组可以有不同的实验思路：①不同实验材料(植物)光合速率的比较：选用多种植物，在相同条件下，用排水法收集氧气的量来判断光合速率；②光质对光合速率的影响：利用液晶显示器提供白、蓝、红、绿光，利用观察相同时间内叶片上浮数目判断光合速率大小；③光照强度对光合速率的影响：利用调节光源与植物的距离来控制光照强度，利用环境气体传感器来测量不同时间氧气浓度、二氧化碳浓度，推算出光合速率；④温度对光合速率的影响：利用水浴锅、冰块来控制温度，在密闭的广口玻璃瓶中加小半瓶水和水藻，利用环境气体传感器多次测量装置内空气中氧气浓度、二氧化碳浓度，推算出光合速率；⑤利用气体体积变化测量光合速率：密闭装置内放白菜幼苗和碳酸氢钠溶液，利用U形管内加水柱接到密闭装置上来测量装置内的气体体积变化测表观光合速率(实验现象不显著)。

(3)小组代表汇报课外实验，其他学生分析与评价 各小组汇报实验，内容包括：①实验题目；②实验原理；③实验材料与用具；④实验步骤；⑤实验装置照片；⑥实验结果与结论；⑦存在的问题与分析。小组汇报后全班一起讨论分析，提出质疑与评价。目的：锻炼学生互评能力，直观体验系列实验的变量控制，听取他人的意见，以及作必要的反思和修改。

2.2 探究酶特性的系列实验 此半开放实验，操作难度较低，实验器材充足，实验耗时较短，成功率较高。学生可以选择的方向有：探究酶的高效性；探究酶的专一性；探究温度对酶活性的影响；探究pH对酶活性的影响。

实验还可以选择不同的酶，底物和检测方法。此实验变量设置的经典错误有：①碘-碘化钾溶液作为探究pH对酶活性的指示剂；②本尼迪特试剂作为探究温度对酶活性影响的指示剂；③过氧化氢作为探究温度对酶活性影响的底物。

2.3 探究植物细胞有丝分裂实验 学生参考教材制作临时装片并观察，实验常出现细胞重叠、模糊、染色深的问题，观察不到分裂期的细胞。因此，可引导学生选择不同的材料、染色时间、染色剂浓度、压片方法等进行探究，改进观察植物细胞有丝分裂实验。

3 半开放实验的注意事项

3.1 半开放实验室的管理 ①让生物学教师轮流值班协助实验员管理；②充分利用自修课、活动课时间安排学生自主实验，以增加学生做实验的时间。另外，对耗时较长的实验，学生还可以申请周末或节假日做实验。③实验室开放时间采用“预约开放”的形式，学生提前一周向实验室管理人员预约实验时间，申请所需的仪器和药品。

高中班级比较多，提前预约的方式可使实验室管理人员提前准备实验仪器，提早调配重叠的时间，从而提高实验的效率。

3.2 实验安全 ①教师对学生进行实验及实验室活动的安全教育；②学生自主实验时严控实验器材，尽量不提供危险性较大的药品和器材。若半开放实验过程中有发生较大危险的可能，教师或实验员要全程陪同指导。

3.3 实验过程中突出学生的为主体作用 ①辅导学生实验设计时强调实验的三种变量设置的合理性，培养学生的实验思维；②半开放实验过程中教师可参与其中，也可引导学生查阅资料，还可从不同的角度提出建议，充分调动学生的主动性；③活动中教师要关注学生的行为并适时鼓励与提醒，引导学生自我评价和生生互评。