巧变教材实验 培养科学思维

娄志义 程红梅

[摘 要]生物实验是培养学生科学思维和科学探究能力的重要手段，而生物实验的有效开展对高中生物的教学至关重要，在进行实验教学时，可以对现有的教材实验加以改进和创新来引导和组织学生进行探究，从而提高学生的科学素养，培养学生的科学思维。

[关键词]科学思维;教材实验;核心素养

[中图分类号]    G633.91        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）17-0095-02

新一轮的课程改革提倡以核心素养为导向的教学模式，要培养学生用科学的观点、知识、思维和方法去解决实际问题。生物学科要求从生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个方面提升学生的核心素养。

生物实验是培养学生科学思维和科学探究能力的重要手段。高中生物教材中，所涉及的实验包括验证性实验、探究性实验和自主设计实验三种类型，其中以验证性实验居多，而探究性实验则较少。验证性实验是在已经知道实验结果和现象的基础上加以操作，实验所用的材料用具、实验所依据的原理及操作步骤都是书本给定的，学生是在被动的情况下完成实验的，很难启发学生主动思考，无法培养学生的科学思维和科学探究能力。相反，探究性实验是在结果、现象未知的情况下通过设计实验去探索，进而获得结论，在探究实验过程中，学生需要对实验原理、实验材料、实验步骤及结果的检测加以认真思考，这对培养学生的科学思维是非常有利的。

为了达到新课程标准对培养学生科学思维和科学探究能力的要求，教师在进行实验教学时，可以对现有的教材实验加以改进和创新，对实验目的、实验材料、实验试剂、实验装置以及过程等方面进行重新思考，加以改变，使学生的思考和探究贯穿整个实验过程，从而实现提高学生科学素养的目标。

一、创新实验目的

教材中的很多验证性实验，如果对其实验目的加以创新，就能变成探究性实验，引发学生思考与探究。例如“植物细胞的吸水和失水”实验，如果在教材实验的基础上，对实验目的加以创新，改为“测定紫色洋葱外表皮细胞液的浓度”，就可以进一步引导学生去设计实验进行探究，强化学生的实验设计能力和创新意识，提高学生的知识运用能力。这样，既实现了原实验设定的教学目标，也使该实验在要求上提高了一个层次[1]。又如“叶绿体中色素的提取与分离”实验，可以创新实验目的为“比较不同叶片中的色素含量”，学生可能会观察思考采集哪些叶片进行实验，如何说明不同叶片中的色素含量等问题。再如“检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质”实验，可将其实验目的创新为“植物种子中化学成分的探究”，给学生提供小麦、大豆、花生等作物种子，由学生结合教材实验的原理设计出实验，探索其中的化学成分。

二、准备实验材料和试剂

通常，实验中所用的实验材料都是由实验员根据教材要求提供的，实验所需的试剂也是由实验员提前准备或配制的，这样给学生思考的空间就很有限。对于一些简单的、日常生活中就能获得的材料，如让学生自己参与准备的话，则有利于培养学生的思维能力，也有助于培养学生的生活能力，促进学生接触大自然，培养社会责任感。例如“检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质”实验，教材提供的实验材料是苹果或梨匀浆、马铃薯匀浆、花生种子、豆浆、鲜肝研磨液等，这些材料是常用的生活必需品，很容易获得，完全可以提前布置给学生去准備。有的学生在准备的过程中，会想到对其他的生物材料进行检测，他们会准备好带到实验室进行实验，这样不仅激发了学生的实验兴趣，还培养了学生的科学探究能力。又如“用高倍镜观察线粒体和叶绿体”实验，所需的菠菜叶片可让学生自己寻找取材，也可以鼓励学生寻找其他的替代品;“叶绿体中色素的提取与分离”实验可让学生自带叶片，小组学生进行比较，研究不同叶片中的色素含量问题[2]。同样，实验试剂的准备，在条件允许的情况下，也可以选取少数学生参与。例如，配制氯化钠溶液、不同浓度的硫酸铜溶液等简单的试剂，可以完全由学生配制;而对甲基绿吡罗红染液、解离液和层析液等需要不同试剂配制的混合试剂，可由教师指导学生动手操作完成。这样，学生在配制的过程中，不仅掌握了试剂配比、使用和保存等知识，也充分调动了实验的积极性。总之，让学生参与到实验材料或实验试剂的准备过程中，学生会对实验原理有更透彻的理解，对实验的过程、结果和结论也能投入更多的思考。

三、改变顺序，引导探究

教材中有许多实验，尤其是验证性实验，都是在学生学完相应的知识后进行的，如果我们能对课程进行顺序调整，即先实验后上课，则有利于学生进行思考探究。

例如，教材中“用高倍镜观察线粒体和叶绿体”实验是安排在学习线粒体和叶绿体的形态特征之后再进行实验验证的，教师完全可以先安排学生进行实验，观察比较线粒体和叶绿体的外部形态。虽然只是调整了讲课与实验的先后顺序，却将验证性实验改成了探究性实验，引导学生亲自构建知识体系，此过程的心理体验也是学生非常重要的收获[3]。

教材中还有一些经典的实验，如“植物生长的向光性”，教师通常采用在课堂上引导学生观察实验现象并解释原理的方法进行教学。教师完全可以在课前数天布置给学生去进行实验，然后课上进行分享总结。教师可提前数天向学生介绍小麦胚芽鞘，明确实验目的，将萌发的小麦胚芽鞘实验装置放在教室适宜的位置，由学生连续观察记录实验现象，等到上课时，让学生分析实验现象。这样一来，教学就实现了从先做探究性实验到观察现象再到分析实验现象的转变。得到的结论既有事实依据，也能让学生对知识的理解更加深刻。

四、拓展实验，延伸思维

教材中关于“捕获光能的色素”部分，介绍了绿叶中含有叶绿素和类胡萝卜素，因为叶绿素含量较多，而使得绝大部分叶片呈现绿色。同时学生也通过“绿叶中色素的提取和分离”实验，对绿叶中四种色素的含量有了比较清楚的认识。教师在此基础上进一步设疑：为什么有的叶片到了冬天会变成黄色？枫叶为什么变红色？学生进一步探究，应用上述实验层析法的原理，学生只能分离出类胡萝卜素。学生可以解释因为冬天气温下降，叶绿素易分解，所以叶片会变成黄色，却很难解释枫叶变红的现象，因为其中含有的花青素是水溶性色素，不能通过层析法分离出来。

教师可进一步引导学生设计有关花青素的实验，并亲自动手操作，直观了解花青素的性质和作用。花瓣的红、蓝、紫等颜色是由花青素的作用形成的，枫叶的颜色变化也与其有关，秋后因为温度的变化，枫叶中花青素的含量也迅速增加，这种花青素非常不稳定，只要酸碱度、湿度等稍有变化，它的颜色也就随着变化。它和酸性物质结合呈现红色，和碱性物质结合呈现蓝色，中性时便呈现紫色。由此可知，如果含有花青素多的花朵遇到酸性或碱性物质时，就会明显地改变颜色。因而教师可以利用此原理设计实验检测花青素的存在及性质。

取两个小烧杯，分别加入少量盐酸或氨水，加以搅动，用试管夹夹住花瓣放入烧杯，注意花朵不直接接触盐酸或氨水，让挥发的盐酸或氨气作用于花瓣，用培养皿盖住烧杯口。可以选用粉红色康乃馨、月季以及紫红色的牵牛花等放进盐酸的烧杯中进行实验，短时间可见花瓣颜色发生变化。也可选用浅蓝色牵牛花、鸢尾等放入氨水的烧杯中进行实验，花瓣会发生变色，变色现象可保持较长时间[4]。一系列实验做完后，学生对色素的分布、含量及性质等有了完整的认识，科学思维和科学探究能力也得到了有效提升。

五、将课堂实验向课外拓展延伸

按照新课程标准的要求，教师应打破课堂内外的约束，有计划地安排好需要较长时间才能完成的实验，包括必要的调查、探究活动等，充分利用多种教学资源，保证活动时间的落实。课堂教学时间是有限的，而有些探究性实验需要时间又比较长，不可能都在课内完成，像“植物向性运动的实验设计”“探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度”“探究培养液中酵母菌数量的动态变化”等实验均无法在一节课内完成，对此教师可通过小组课外活动进行实验，课堂交流共享做法，将课堂实验向课外拓展延伸。另外，还有一些实验，如 “制作真核细胞的三维结构模型”“制作DNA雙螺旋结构模型”等，虽然在课堂上也可以完成，但是教师可以引导学生合理安排课内学习和课外制作时间，以小组为单位在课外完成，并将成果在课堂上进行展示[3]。这样，就将课内和课外学习整合为一个有机整体，学生在自然环境中的探究活动将决定他们学习的深度和能力。

实验是高中生物教学中的重要内容，通过实验，学生可以巩固所学的知识和所掌握的技能，激发探究和发现知识的兴趣，学会发现问题、探索问题并解决问题。在开展实验前，教师应结合学校实际进行充分的准备与合理的改进，引导学生开发新的实验方法，大胆放手让学生对已设计的实验进行操作。

[   参   考   文   献   ]

[1]  吴永刚.浅议高中生物实验的改进策略[J].中学生物教学，2017（12）：42-43.

[2]  张杰，王静.小议高中生物实验的一些改进[J].中华少年，2016（4）：117.

[3]  张淑伟.高中生物实验改进与创新[D].石家庄：河北师范大学，2012.

[4]  符春锋，张岩.生物小实验两则[J].中学生物学，2014（10）：47.

（责任编辑 黄春香）