高中生物学实验教学的“五重境界”

蔡利永

(江苏省南通中学 226001)

生物学是一门以实验为基础的学科，实验教学可以帮助学生形成概念，理解和巩固生物学知识，培养学生能观察现象、分析问题、解决问题，初步掌握一些常用的生物学实验技能，培养学生实事求是的科学态度和科学方法。在实际的实验教学过程中，要达到这样的教学目标，还存在一系列需要解决的具体困难和问题。需要教师高度重视和精心设计，尤其要在以下五个方面得到落实和升华。

1 悟实验

首先是领悟实验开展的目的要求和依据的原理，更重要的是领悟教材为什么要在这个部分设置这样一个实验，开展这样一个实验更深层次的意义何在。例如，“绿叶中色素的提取和分离”实验，其目的要求是“进行绿叶中色素的提取和分离”和“探究绿叶中含有几种色素”。色素提取依据的原理是“绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，可以用无水乙醇提取色素”。色素分离依据的原理是“不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢”。同时，本实验深层次的意义在于引导学生理解绿叶中的色素是光合作用的基础，现代光合作用的研究很多时候都需要从色素的角度来进行。因此，本实验是研究植物生理的基础性实验。

如果将一个与“绿叶中色素的提取和分离”实验内容密切相关、包含色素分离测定方法的科学研究案例，如酸雨影响植物的光合作用，作为本实验教学时的引入，不仅能激发学生的兴趣，更能帮助学生理解本实验的深层意义。

2 做实验

在实验教学实施过程中的确存在种种困难，教师有必要想方设法去解决困难，让学生进实验室做实验。事实上，现在有很多措施去保障和督促学生实验的正常开展，仅从考试角度来说，在高考和学业水平测试的试题中，也往往通过设问区分做实验和不做实验的差异。

例如，2015年江苏省普通高中学业水平测试中，有这样一道实验题：为观察植物细胞质壁分离的现象，某同学设计并进行了如下实验：

材料用具：略。

实验步骤：如图1。

图1 观察植物细胞质壁分离的实验步骤

请回答下列问题：

(1)略；

(2)步骤甲中，盖盖玻片时，将盖玻片的一侧先接触液滴，然后将另一侧轻轻缓慢放下，这样操作可以防止出现 ▲ ；

(3)略；

(4)步骤丙中，从盖玻片的一侧滴入蔗糖溶液，另一侧用吸水纸吸引， ▲ ，以保证洋葱鳞片叶外表皮完全浸润在蔗糖溶液中；

(5)略。

很显然，这道题的(2)(4)设问，做过实验的学生和没做过实验的学生感觉是完全不一样的，答题的结果也是可想而知的。在临时装片制作过程中，盖玻片盖得不规范，很容易造成装片中有气泡，影响观察，在本实验中还会导致洋葱鳞片叶外表皮不能充分浸润在蔗糖溶液中，不能进行质壁分离，所以本实验中装片是否混有气泡会直接影响实验结果的观察。设问(4)看起来是完整的步骤，不需要再补充，但真正做过实验的学生肯定会记得教师强调该步骤要重复几次，以保证洋葱鳞片叶外表皮完全浸润在蔗糖溶液中，有利于质壁分离现象的发生。过份强调做实验有利于考试似乎太功利，但本着切实提高学生的实验能力和科学素养来说，让学生做实验无疑是实验教学中最重要的一步。

3 评实验

《2015年江苏省普通高中学业水平测试(选修科目)说明》中对生物科实验考查的等级要求中有如下描述：初步具备验证生物学事实的能力，并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理；具备初步探究一些生物学问题、恰当评价和完善实验方案的能力。以上要求其实都可以归到评实验的范畴，评实验是对学生实验能力的更高要求，是提升学生实验能力的重要途径。评实验包括的内容很多，如对材料的评价、对变量的评价、对遵循原则的评价、对方法步骤的评价、对实验结果的评价等。

例如，在“探究酶的专一性”实验教学中，用可溶性淀粉溶液、蔗糖溶液(两者都是非还原糖)以及淀粉酶溶液、斐林试剂等材料，让学生按照表1步骤进行实验。

表1 探究酶的专一性实验操作步骤

上述实验的预期结果是：1号试管出现砖红色沉淀；2号试管不出现砖红色沉淀，说明淀粉酶能将可溶性淀粉分解成麦芽糖，麦芽糖与斐林试剂发生作用生成砖红色沉淀。淀粉酶不能催化蔗糖分解，蔗糖不与斐林试剂发生作用，生成砖红色沉淀，从而得出淀粉酶的催化作用具有专一性。事实上，在做该实验的过程中，会出现很多“意外”，比较典型的就是2号试管中有时也出现少量砖红色沉淀，那这些砖红色沉淀是怎么来的呢？这些是实验生成的就要引导学生去分析和评价。比如，可以从实验材料和操作步骤两方面来分析。一方面如果蔗糖溶液中混有可溶性淀粉，或淀粉酶溶液中混有蔗糖酶，或蔗糖放置时间太长，有部分已经降解为还原性单糖，都会导致砖红色沉淀的产生；另一方面，2号试管没有洗干净，带有可溶性淀粉或蔗糖酶。或在操作过程中，滴管混用，也会导致砖红色沉淀的产生。

因此，在实验教学过程中，如果只讲预设，没有动态生成，特别是不能对生成做出及时的评价，就很难提升学生的实验探究能力，更谈不上学科素养的养成。

4 拓实验

如果教师善于挖掘教材实验，会发现在某些教材实验的实验原理、方法步骤和实验结果中，往往还蕴藏着一些可以继续探究的问题。例如，人教版教材关于“DNA的粗提取和鉴定”实验中，主要介绍了用盐析法提取DNA的方法，但在“课题延伸”部分有这样一段描述：实验室提取高纯度的DNA时，通常使用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)或吐温等化学试剂。请查阅资料，了解实验室提取纯度较高的DNA的一种方法，与本课题中所使用的方法进行比较，总结两种方法的异同。笔者得到这段描述的启发，通过查阅资料，命制了一道原创试题，在本实验教学的最后阶段给学生集体讨论。

科研人员以金定鸭、长乐灰鹅和象洞鸡的全血为实验材料，比较苯酚—氯仿抽提法(方法A)和盐析法(方法B)提取血液中DNA的效率。图2中EDTA具有破坏细胞膜、抑制DNA酶的活性的作用，SDS具有破坏细胞膜和核膜、使蛋白质变性和抑制DNA酶活性的作用。实验结果见表2：

请回答下列问题：(略)。

本实验题在最后阶段的呈现不但紧扣教材描述，以图解的形式介绍了提取DNA的两种方法，还通过表格数据形式比较了两种方法提取DNA的结果差异。同时，也比较了从不同鸟类中提取DNA的差异。通过集体讨论，不但回应了教材的提示，也锻炼了学生从图解和表格中获取信息、综合分析的能力。将这种拓展题及时融入实验教学过程，可以拓宽学生的视野，完善学生的知识结构，还可以帮助学生夯实探究性实验的基本技能，培养探究性学习的思维能力。

图2 苯酚-氯仿抽提法和盐析法提取禽血DNA的过程比较

5 用实验

除了让学生掌握某些实验原理和基本方法外，实验教学的最终的目标应该是让学生运用已掌握的实验技能解决生产、生活中的实际问题，这才是学生学科实验素养的高层次体现。因此，教师在实验课后，可根据生产、生活中的实际情境提出或设计相关的问题，让学生运用本实验中掌握的知识和技能去解决这些问题，切实体现实验教学的价值。例如，利用生物组织中蛋白质鉴定的原理和方法去鉴定市场上销售的某奶粉中蛋白质含量是否符合国家标准。在2015年江苏高考生物学试题中有如下一道实验题，就是综合利用多个教材实验中掌握的知识和技能解决实际生产中的问题。

中国水仙是传统观赏花卉，由于其高度不育，只能进行无性繁殖，因而品种稀少。为了探究中国水仙只开花不结实的原因，有研究者开展了染色体核型分析实验，先制作了临时装片进行镜检、拍照，再对照片中的染色体进行计数、归类、排列，主要步骤如下：

请回答下列问题：

(1)选取新生根尖作为实验材料的主要原因是 ▲ 。

(2)该实验过程用1 mol/L HCl解离的目的是 ▲ 。

(3)实验采用卡宝品红作为染色剂，与卡宝品红具有相似作用的试剂有 ▲ (填序号)。

①双缩脲试剂 ②醋酸洋红液

③龙胆紫溶液 ④秋水仙素溶液

(4)镜检时，应不断移动装片，以寻找处于 ▲ 期且染色体 ▲ 的细胞进行拍照。

(5)由图中核型分析结果，得出结论：中国水仙只开花不结实的原因是 ▲ 。

(6)为了进一步验证上述推论，可以优先选用 ▲ (填序号)作为实验材料进行显微观察。

①花萼 ②花瓣 ③雌蕊 ④花药 ⑤花芽

本实验需要学生利用“观察细胞的有丝分裂”和“观察细胞的减数分裂”实验中相关原理和操作技能，并结合三倍体细胞中染色体的核型分析，来解决题干中提出的中国水仙只开花不结实的原因。学生如果不能充分理解本题的科研背景，不能把已学的实验技能有效地迁移到新情境中加以应用，或者上述两个实验的基础不牢的话，是很难解决好本题所提出的问题的。这也提醒广大教师在实验教学过程中，要加强学生“用实验”能力培养的意识，并落实到具体的教学过程中去，“润物细无声”地提高学生这方面的能力。