例析高中生物实验教学的优化改进策略

陈卫东

生物学是一门以实验为基础的自然学科，生物学概念的建立与规律的形成离不开实验。教师要依托实验教学，促进学生建构生物学知识、发展生物学能力、提升生物学学科核心素养。

1概说生物实验教学的重要地位

生物学教学的重要遵循是《课程标准》，而“标准”中有对生物实验的明确要求，这就使得实验教学在生物教学中有着不可替代的重要作用。

1.1实验教学纳入课程标准的内容体系

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称新课标）第四部分“课程内容”中，在叙述生物学大概念后，以“教学提示”的形式明确实验教学内容。将实验教学功能定位为帮助学生理解生物学大概念、提升学生生物学学科核心素养。对应必修模块一，课标中安排了11个实验;对应必修模块二，课标中安排了8个实验;选择性必修模块更安排了29个实验之多。例如，必修模块一“建构真核细胞的三维结构模型”实验中，学生通过对细胞结构模型的建构和使用，能阐明细胞各部分结构的分工与合作，形成相互协调的有机整体意识。在必修模块二“构建DNA的双螺旋结构”实验中，学生亲身参与制作过程，更能理解DNA分子的结构以及DNA作为遗传物质所具备的特性。

1.2实验教学切合课程标准的基本理念

新课标提出“教学过程重实践”的基本理念，认为“课程高度关注学生学习过程中的实践经历，强调学生学习的过程是主动参与的过程，让学生积极参与动手和动脑的活动，通过探究性学习活动或完成工程学任务，加深对生物学概念的理解，提升应用知识的能力，培养创新精神”。新课标中的实验，无论是验证性实验、探究性实验，还是模型构建类实验和调查报告类实验，都要求学生动手、动脑主动参与，是探究性学习的过程，从而促进学生生物学学科核心素养的养成。

2简述生物实验教学的影响因素

影响生物实验教学的主客观因素很多，笔者不作面面俱到的阐述，只针对实验教学正常开展的学校，观察其在教学中遇到的困难，进行主要影响因素的归类研究。通过观摩、调研区域生物实验教学，联系自身的教学实践，造成实验效果不佳、实验教学难以进行的主要因素有“实验材料难处理”“实验时间过长”“实验现象不够明显”“实验操作不当”等。例如，在“观察植物细胞吸水与失水”实验中，撕取单层洋葱表皮细胞制作临时装片，材料要撕得薄，学生不易做到，这就是“实验材料难处理”影响因素。“探究酵母菌细胞呼吸方式”实验的整个过程需要持续10h以上，这就属于“实验时间过长”影响因素。“探究影响酶活性的条件”实验中，过氧化氢分解产生的氧气，用带火星余烬的卫生香测试，看不到复燃现象，这就属于“实验效果不明显”影响因素。“实验操作不当”有器材使用不当、操作方法不当、操作步骤不当等。

3例谈高中生物实验教学的优化改进策略

生物实验的实施通常由实验材料、实验器具、实验操作等要素构成。因而，师生对生物实验进行优化改进，也可从这三个方面寻求对策。

3.1改进实验材料的策略

实验材料选择不当，可能造成实验难以操作，实验结果不明显，甚至出现与实验预期相反的结果。例如，开展“探究温度对酶活性的影响”实验，按表1步骤进行实验。

第三组的实验结果与预期的结果不一致，试管中液体颜色为黄色而非蓝色，重复实验也为黄色，不能说明淀粉酶在100%条件下失活的事实。这个意外是什么原因造成的呢？原因有：①取材于不同谷物的淀粉有直链淀粉和支链淀粉之分。直链淀粉与碘液的显色反应呈蓝色、而支链淀粉则呈紫色。平时市售的淀粉多为直链淀粉。②实验温度对显色反应有影响，一般来说超过70°C以上，直链淀粉的螺旋结构会被破坏，造成与碘液的显色反应不能进行，即有淀粉，用碘液也检测不出来。

针对这种情况，教师可以更换实验材料，将“可溶性淀粉”改换为“苹果研磨液”，将“淀粉酶”改换为“果胶酶”，测定0℃、50°C、100%温度条件下，果胶酶作用于苹果研磨液产生果汁的数量，得出温度影响酶活性的规律。

如何处理与解答探究性实验中的“意外情况”？如何发现探究性实验中的“不确定性”？“在实验中发现问题，在实验中解决问题”是最好的应对策略。教师要真正做实验。实验原理是一回事，实验结果是另一回事，两者不一定一一对应。教师课前要进行预实验，在预实验中发现直接的、原始的问题，不断进行修正。同时，教师要用好实验手段。实验不仅是验证途径，还是解决问题的重要手段。实验中发现的“疑惑”，可以用实验来解答。

人教版教材中的不少实验可以通过改进实验材料来增强实验效果。例如，用透明的蛋清替代白色的豆浆做“鉴定生物组织中的蛋白质实验”，紫色显色反应效果会更明显;用校园中常见的醉浆草替代菠菜做“色素提取实验”，可以突破季节的限制;用红薯藤叶柄紫红色表皮或大红花花瓣基部紫色表皮代替洋葱表皮做“细胞的吸水和失水实验”，效果会更好。“细胞大小与物质运输关系”验证性实验，可以改进成比较不同材料实验效果的探究性实验。将米豆腐、豆腐、琼脂、琼脂糖、生熟萝卜、生熟马铃薯等材料分别进行预实验，从中选择效果比较理想的实验材料与实验试剂。

3.2改进实验器具的策略

实验器具选择不当，往往会造成实验现象不够明显，从而使实验结论的推导出现谬誤。例如，开展“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，选择“试管”作为实验器具，用肉眼观察气泡的多少来判别氧气生成量的多少，区分度不大。

实验效果不佳的原因有：①作为实验器具的试管是开放的，反应产物会不断丢失;②把反应产生气泡的多少作为观测反应速率的指标，虽简单易行，但也容易误判。对应以上两个原因，改进策略是营造一个密封环境，将“普通试管”改为“具支试管”，密封管口，试管具支部分分别套上容积相等的小气球用于收集气体产物。一段时间后，观察气球中气体量的多少，判别反应速率的快慢，进而推测不同催化剂催化效率的高低。这种改进策略推广到其他实验中，就是要改善观测手段，让实验现象“宏观化”，实验效果明显。实质就是尽量控制无关变量，提高实验精度。

再如，“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，用“刻度注射器”代替“锥形瓶”，能更好地控制有氧成无氧环境。“探究植物细胞的吸水与失水”“观察根尖分生组织的有丝分裂”等实验中都要用到显微镜，教师利用支架链接手机镜头与显微镜视野，借助希沃软件，将显微镜视野中的图像迁移到电子黑板上，实现微观视野的“宏观化”。

3.3改进实验操作的策略

“叶绿体中色素的提取与分离”实验的实际操作中经常会出现以下问题：①研磨、过滤过程繁琐，学生容易失去耐心。②制备的滤液色素量不足或颗粒物较多。③所画滤液细线达不到“细、匀、直”要求，层析后色素带重叠。④层析过程中滤液细线容易接触到层析液，层析后色素带不明显或没有出现色素带。以下从操作增效、实验方法、实验目标三方面来说明优化改进策略。

（1）针对操作增效的优化改进策略。通过改进，使实验操作更为简便、效果更为明显。①使用“玻璃匀浆器”或“研磨过滤器”代替研钵，完成色素的提取与过滤环节。②用盖玻片侧面蘸上色素滤液在滤纸上“盖印”;或用硬币一侧直接碾压绿叶在滤纸上形成色素细线。③层析时，用一些易得的辅助材料进行细节改造，避免滤液细线接触层析液、色素溶入层析液，如一次性餐盒盖、矿泉水瓶盖、拉直的回形针等固定滤纸条。在试管中进行层析时，用胶头滴管吸取滤液，将溶液直接注入到试管底部，不让滤液粘上试管壁。矿泉水瓶盖中间开一条缝隙，盖试管口，插入滤纸，固定滤纸，避免滤液细线接触到层析液。④将石油醚：丙酮=10：1制成层析液。这些改进措施都是围绕操作的便捷、操作的增效来进行的。第①项器材改进，使得研磨、过滤操作更加快速、简便。第②项改进达成画线“细、匀、直”的目标。第③项的细节改进方法很多，但只要达成“滤液细线不能接触层析液”的目标均可。第④项改进不用有毒的苯成分，较好地实现了环保要求。

（2）针对实验方法的优化改进策略。采用不同的方法提取绿叶中的色素。①将叶片烘干粉碎，加无水乙醇制成色素溶液。②将装有绿叶及无水乙醇的试管，放入烧杯中水浴加热。③用不同的方式来进行层析，如用圆形滤纸层析，在圆形滤纸的圆心处用打孔器开一个小孔;用试管口蘸色素溶液在小孔周围盖“同心圆”印;把一个滤纸卷竖向连接到圆形滤纸小孔处;进行层析實验。第①、②项提取色素方法的改进，省去了研磨过滤环节的繁琐，关键是以不破坏色素为前提，掌握好实验温度与时长。以圆形滤纸进行层析，虽没有创新实验原理，但可以提高实验的趣味性，提升学生的参与度。

（3）针对实验目标的优化改进策略。人教版教材中“绿叶中色素的提取与分离”实验是一个“验证性实验”，教学目标是验证绿叶中色素的种类与颜色。日常教学中，教师无需把实验拔高为“探究性实验”，若学生在实验过程中自主发现问题，就必须加以引导，将该实验发展为探究性实验。一次实验课上，笔者用苋菜作实验材料，纸层析后学生发现有一条红色的色素带仍停留在原位置，学生出于好奇，提出疑问：为什么有红色色素带？停留在原位置，是不是不溶于乙醇？这时，教师就不应“回避”问题，要“顺势而为”，把握好珍贵的“生成性教学资源”，引导学生分析原因，设计实验进行探究，使学生得出红色色素是水溶性色素的结论。