例谈提高生物学实验探究性的策略

周娅萍

【摘 要】本文结合具体的教学案例，从创设探究的问题情境、让学生尝试错误操作、拓展实验教学内容三个方面为提高中学生物学实验的探究性提供参考。

【关键词】生物实验教学；科学探究；核心素养

新课程标准中倡导培养学生的核心素养，生物学学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。探究性实验是培养学生科学探究能力的重要途径，探究性实验教学注重探究的过程而不单单是实验的结果。中学生物实验有很多是验证性实验，例如绿叶中色素的提取和分离、酵母细胞的固定化、检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质、观察植物细胞的有丝分裂等实验。学生只要按照书本上的罗列的实验步骤，按部就班的做就能得到完美的实验结果，但是他们未必理解这个实验的实验目的、实验原理和每一步操作的注意事项。对于这些实验，我们不应该拘泥于教材中已有的内容呈现，应该深入挖掘与这些实验有关的知识与内容，在平时的教学中培养学生的提出问题、分析问题、解决问题的科学探究能力。笔者根据教学实践，认为可以通过以下策略，精心设计实验教学，提高中学生物实验的探究性。

一、创设探究的问题情境

奥苏伯尔有意义的学习理论强调，创设问题情境对于引发学生对知识本身产生兴趣、产生认识需要、学习的心理倾向、激发学习的动机，有着积极的推动作用。从学生的日常身边事物出发，巧妙的设置问题情境可以触及学生的认知需要，唤起学生的探究欲望，变验证性实验为探究性实验。

案例1：绿叶中色素的提取和分离

教师：展示洋葱和槐树叶，提问：洋葱为何是紫色的？槐树叶为何是绿色的？

学生：因为他们含有色素。

教师：洋葱的色素在哪里？

学生：液泡

教师：槐树叶的呢？

学生：叶绿体。

教师：叶绿体中有哪些色素？各種色素什么颜色？

学生：阅读书本，回答叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素，分别是蓝绿色、黄绿色、橙黄色、黄色。

教师：很多树木比如槐树，到了秋天叶子就会慢慢由绿色变成黄色，原因是什么呢？请你提出一个假设。

学生假设1：叶绿素a、叶绿素b这些绿色的色素减少，被另外两种色素的颜色掩盖。

学生假设2：胡萝卜素、叶黄素这些黄色的色素增加，掩盖了绿色。

教师：怎样验证你们的假设呢？实验应该怎么设计呢？

学生阅读书本，讨论回答：准备绿色的和发黄的槐树叶，做对照试验，提取并分离其中的色素，比较对照组和实验组滤纸条上四种色素带的宽窄和颜色深浅。

案例2：检测苹果的平均含水量

教师：展示面的和脆的两种苹果，提问：这两种苹果口感不同，一种吃起来是脆的，一种是面的，猜测可能是什么原因呢？

学生：可能是含水量不同，脆的苹果含水量较多，面的苹果含水量较少。

教师：怎样检测苹果的含水量呢？

学生讨论回答：将苹果称重记为m■，烘干后再称重记为m■，m■-m■即为苹果的含水量。

教师：如想验证假设，我们应该怎样比较实验数据？

学生：应该比较的是两种苹果的平均含水量，即m■-m■除以m■所得的含水百分率。

通过这样一系列的问题情境设置，使生物学实验不再是单纯的验证性、操作性实验。学生是带着探究的问题在自主学习书本上的实验内容，在探究问题的过程中不但有效掌握了教材上的实验操作步骤更培养了科学探究的核心素养。树叶到秋天颜色会变黄，面的苹果和脆的苹果口感不同。

这是我们身边再熟悉不过的现象，从这样的贴近生活的实例出发来设置问题情境，学生乐于探究、勇于探究。

二、让学生尝试错误操作

美国心理学家桑代克提出了著名的尝试错误学说，主要观点是：学习是一种盲目的、渐进的尝试与改正错误的过程。在生物学实验中，我们也应该让学生尝试着探究一些错误操作所带来的结果，从而来真正的领会每一步正确操作的必要性。

案例3：绿叶中色素的提取和分离

在学生按照正确操作，得到正确的实验结果以后，可以让学生分组做下面的错误操作中的一到两个，探究这样的错误操作会导致怎样的结果？

①二氧化硅和碳酸钙加入的过多

②用清水提取色素

③提取色素时，无水乙醇加入过多

④提取色素时，未加入碳酸钙

⑤制备滤纸条时没剪去两角

⑥用圆珠笔代替铅笔画线

⑦画滤液细线时只画了一次，未重复画

⑧滤液细线浸入到层析液中

⑨画的滤液细线不直、比较宽

案例4：酵母细胞的固定化

教师可以分组让学生从以下几方面来探究错误操作带来的结果：

①酵母菌称量的过少

②CaCl■溶液的浓度过大或过小

③海藻酸钠溶液的浓度过大或过小

④熔化海藻酸钠时用大火不间隔的加热

⑤海藻酸钠溶化后未冷却就加入酵母细胞

⑥将与酵母细胞相混合的海藻酸钠溶液注入CaCl■溶液中时速度过快、距离过近。

教师首先让学生进行一次正确的操作，得到正确的实验结果，然后按照错误预设，分组让学生探究其中的一到两项错误操作。将正确的结果和失败的结果进行比较，学生会更有感性认识，小组代表总结发言时也乐于和其他组员分享他们的探究成果。学生处于一定的错误情境中，进行探究分析，然后自己得到正确的实验结论，这也是在新课程中培养学生主动学习，提高科学探究核心素养的有效途径。

三、拓展实验教学内容

在做完实验之后，教师于实验的选材、实验步骤的优化、实验新情境下的再现等方面进一步拓展探究，可以让学生更好地理解实验原理，提高实验设计能力和科学探究水平。

案例5：探究植物细胞的吸水与失水

在选用紫色的洋葱鳞片叶外表皮细胞观察植物细胞的质壁分离和质壁分离复原实验后，学生会产生一个误区，认为只有紫色的洋葱鳞片叶外表皮细胞才能发生质壁分离，而白色的洋葱鳞片叶内表皮细胞则不能发生。这时，我们可以让学生进一步探究白色的洋葱鳞片叶内表皮细胞到底能否发生质壁分离。

教师：白色的洋葱鳞片叶内表皮细胞到底能否发生质壁分离？

学生讨论后回答：能，但是不容易观察。

教师：欲观察到洋葱鳞片叶内表皮细胞的质壁分离的现象需要增加原生质层内外两侧颜色的对比度，我们应该怎么做呢？

学生讨论后回答：方法一调暗视野；方法二使外界溶液带有颜色。

经过对这一实验的拓展探究，学生便能真正的理解质壁分离的原理。

案例6：用标志重捕法估算种群密度

在讲解怎样用标志重捕法估算种群密度以后，我们可以更一步进行拓展探究。

教师：某同学将500个红细胞与1mL酵母菌培养液混匀，然后制片观察，进行随机统计，结果如下表，则该1mL培养液共含有酵母菌大约多少个？

上述例题，实质上是在模拟标志重捕法来估计种群密度。学生在掌握了标志重捕法的计算公式N=M×n/m（①完全随机选择一定空间进行捕捉，并且对被捕捉对象进行标记。标记个体为M。②在估计被标记个体完全与自然个体完全混合发生的时间之后，回到步骤1捕捉的空间，用同样的方法捕捉，捕捉数量为n。③被捕捉个体中被标记个体为m。）以后，自然能够将细胞总数视为种群个体总数，红细胞视为被捕捉并被标记的个体。对应公式，M=500，n=120（取视野中细胞总数的平均值），m=20（取视野中红细胞的平均数），按照公式所得N=3000，即为红细胞与酵母菌培养液混匀后的细胞总数，故该1mL培养液共含有酵母菌大约2500个。

在新情境下对标志重捕法实验的拓展探究，能帮助学生更好地理解标志重捕法的实验原理，也提高了学生的知识迁移能力。

变验证性实验为探究性实验，使学生获得的不再是表面的、肤浅的知识。探究性实验教学增强了学生的目标意识，让学生主动的建构知识，深入的理解实验原理，亲身体验探究的艰辛和成功的喜悦，大大增强了学生学习生物学的兴趣。在探究过程中，学生作为学习的主体，其能动性和主動性得到了充分发挥，教师应精心设计实验环节，给学生创造一个探究的情境和氛围。