走向開放的中學生物學實驗教學

摘 要：本文探討了在中學生物實驗教學中如何為學生打開適當的“窗口”，安裝相應的“接口”，留出必要的“活口”，設置一定的“關口”，來促進學生思維系統的充分開放，從而達到培養學生創新精神和實踐能力的目的。

關鍵詞：中學生物實驗教學   開放性   創新能力

實驗是生物學教學活動中最常見、最基本，同時也是最主要的實踐活動形式，在培養學生的創新能力方面擔負著重要作用。因此，生物學實驗教學必須打破照方抓藥、按圖索驥式的機械操作模式，激發和鼓勵學生的標新立異與別出心裁，引導學生把實驗教學的注意力從對實驗結果的簡單追求，轉移到廣闊的思維空間中來，這就要求我們進行開放性實驗教學。本文結合中學生物學實驗教學的實際，作如下探討：

    一、生物學實驗教學要為學生打開適當的“窗口”

21世紀，以研究生命科學為基礎的生物學，是現代自然科學的一門基礎學科，與現代科學、技術有關的一些前沿課題，往往是生物學和生物實驗在不同研究領域的延伸、交叉和發展。在實驗教學中，不失時機地介紹一些由此延伸出去的領域和課題，為學生打開一些“窗口”，引導學生向外邊的世界望一望，哪怕僅僅是不經意間的“一瞥”，都會在加深他們對實驗本身認識和理解的同時，也在開闊視野、啟迪思維、激發創新欲望等方面產生積極的影響。如結合“比較過氧化氫酶和Fe³⁺ 的催化效率”、“探索淀粉酶對淀粉和蔗糖的作用”、“溫度對酶活性的影響”以及“PH對酶活性的影響”等實驗，向學生介紹酶工程及其在醫藥衛生、工業生產、環境監測、基因工程、細胞工程等領域中的應用；結合“DNA的粗提取與鑒定”實驗，向學生介紹PCR儀、DNA合成儀等，讓學生了解有關基因工程、人類基因組計劃等前沿知識；結合“檢查自來水中的大腸桿菌是否超標”實驗，向學生介紹目前使用的DNA探針快速、靈敏地檢測飲用水中病毒的含量等知識。這樣，通過在實驗教學中為學生打開適當的窗口，不僅為學生提供必要的感性知識和實踐經驗，讓學生了解人類文明的發展現狀，還將養學生的科學素養和創新能力。

     二、生物學實驗教學要為學生安裝相應的“接口”

生物學與工農業生產及日常生活有著廣泛而密切的聯系。在實驗教學中對那些既是教學過程中所涉及的，又和工農業生產或現代生活緊密相關的問題，為它們安裝相應的“接口”，在讓學生了解生物學“有用”的同時，引導和啟發學生學以致用，學會將建立在實驗基礎上的理想化方法運用到真實的問題情境中去，鼓勵和支持學生把自己創新思維的成果付諸實踐，從而提高運用生物學知識解決實際問題的能力。

為學生安裝的接口可以是結合生物學實驗，介紹與實驗相關的其他實驗或相關實驗在工農業生產、醫藥衛生等方面的應用，以便學生觸類旁通、學以致用。如做“質壁分離和復原”的實驗后，告訴學生通過該實驗不僅可以驗證成熟的植物細胞是一個滲透系統，還可以通過該實驗來測定細胞液的大致濃度；通過講解無土栽培的有關知識，向學生介紹如何通過實驗來測定某元素是否是植物生長發育所需的必需元素等。為學生安裝的接口還可以是對教材中的經典實驗中的科學思維方法的歸納。如通過講解“噬菌體侵染細菌的實驗”向學生介紹放射性同位素示蹤法及其在生物學中的應用；講解“一對相對性狀的遺傳實驗”，為學生歸納出“觀察現象→作出假設→設計實驗→實驗結果的統計分析→得出結論”的科學發現過程；通過講解“肺炎雙球菌的轉化實驗”，向學生提煉出“分離病原體→純培養→注入→感染→提取病原體→分離其組成成分→分別注入→觀察記錄實驗結果→分析得出結論”的科學研究方法。在教學中，通過向學生安裝一定的“接口”，不僅使我們的教學過程更加充滿研究的色彩，還可為學生開展生物學研究性學習或將來從事生物學研究打下堅實的基礎。

    三、生物學實驗教學要為學生留出必要的“活口”

在實驗教學中為學生留出必要的“活口”，是指對實驗的要求不能太死，對實驗的限制不應太多，要給學生留有較充分的選擇余地和思考空間，使學生的主觀能動性得到有效的發揮。具體來說，可從以下幾個方面入手：

一是在實驗材料的選擇上要留“活口”。要讓學生明白，實驗中教師所提供的實驗材料只是一種可供參考的、常規的、基本的材料，它對于每個學生的具體實驗而言可多可少，即這些材料并不都是每個學生的實驗所必需的，也并不是都可以滿足每一個學生實驗之需的。事實上，即使是同一個實驗，由于學生采取的實驗方案有可能不同，因而所需要的實驗材料往往也并不完全相同。就以簡單的“細胞有絲分裂的觀察實驗”來說，實驗中既可以用洋蔥根尖細胞，也可以用植物的莖尖或牙尖，還可以選取動物的卵裂期細胞等。在實驗中，教師可給學生提供不同的材料（如提供蠶豆根尖、小麥根尖、蔥蘭根尖、洋蔥根尖等）讓學生實驗，或提供洋蔥根尖，讓學生選擇不同取材時間（如選擇9：00、13：00、17：00、21：00等時間）進行實驗，通過學生自己的思考去增減取舍，找出實驗選用的最佳材料或實驗取材的最佳時間。同時，要支持和鼓勵學生標新立異，幫助他們嘗試運用非常規的方法進行實驗。

二是在實驗材料的功能上要留“活口”。即實驗中通過給學生提供一些有多種使用功能的實驗材料，引導學生通過挖掘和開發各種實驗材料的不同功效，實現一物多用。相對于前述的不確定材料的情況而言，可以提供一定數量和種類的實驗材料，讓學生完成盡可能多的實驗；或提供一套實驗材料，讓學生盡量完成多個實驗；甚至還可以利用一種材料的不同放置形式進行不同方面的實驗。如給學生提供洋蔥，讓學生思考可以完成那些實驗；利用一只青蛙（或贍蜍）完成“觀察心房、心室的節律性收縮和舒張”、“觀察骨的物理特性”、“觀察脊蛙的搔扒反射”、“觀察腸系膜血管的血液流動”等實驗，并安排一個最佳的實驗順序等。

三是在實驗的操作方法上要留”活口”。這就要求教師對實驗應著眼于宏觀的目標要求，而不應拘泥于微觀的具體操作細節。如觀察“溫度對酶活性的影響”實驗，宏觀要求就在于改變溫度條件觀察酶的催化活性的變化，但在實際操作中，學生既可運用教材設計的實驗過程操作，也可自行設計成20⁰C、25⁰C、30⁰C、35⁰C、40⁰C、45⁰C、50⁰C、55⁰C、60⁰C、65⁰C等的不同溫度，通過這樣的實驗設計，學生不僅可以觀察到酶的活性受溫度的影響，還可以得出“在一定的溫度范圍內，酶的催化活性隨溫度的升高而增強，若超過最適溫度，酶的催化活性又隨溫度的升高而降低”的結論。

     四、生物學實驗教學要為學生設置一定的“關口”

假如我們對傳統實驗教學進行一番審視和反思的話，就會發現其中的一個顯著不足就是實驗過程通常都是學生按部就班的程序化操作，在此過程中，學生基本不需要或者說很少需要進行積極的思考。為了有效地扭轉這一局面，需要我們從實驗教學的實際出發，有的放矢地設置一些“關口”，以便將學生引入一種需要通過自己努力思考與探索才能擺脫的“問題情境”之中。這些“關口”可以是學生對實驗過程中實驗方案設計的思考，以便學生更好地理解實驗過程。如“探索淀粉酶對淀粉和蔗糖的作用”實驗設計中，對實驗結果的檢測上，教材運用的是斐林試劑，對此，教師可向學生設問：“能否用碘液來檢測該實驗的結果？為什么？”；在“比較過氧化氫酶和Fe³⁺ 的催化效率”實驗中，肝臟研磨液與過氧化氫溶液發生劇烈反應，產生大量的氣泡，甚至導致反應液溢出試管口，這時，教師可對學生設置：“要使反應速度降低，可采取哪些措施？”等關口，讓學生思考理解實驗設計過程。為學生設置的“關口”還可以是實驗伊始對實驗方案的設計與選擇，讓學生在認真思考的基礎上決定“何去何從”。 如做“溫度對酶活性的影響”實驗后，教師可將實驗改成現提供如下實驗材料，請設計實驗驗證‘在一定的溫度范圍內，隨溫度的升高酶的活性不斷升高，當超過該溫度后，酶的活性隨溫度的升高而不斷降低?！慕Y論。實驗材料：試管、量筒、燒杯、滴管、試管夾、恒溫箱、比色板、時鐘、新鮮唾液淀粉酶溶液，質量分數為3%的可溶性淀粉溶液，碘液等”；做“觀察植物細胞質壁分離與復原”的實驗后，教師還可給學生布置如下實驗：“植物葉片表皮上分布有大量的氣孔，氣孔的結構如圖所示。當組成氣孔的細胞（保衛細胞）吸水后，會膨脹變形，氣孔開啟；反之細胞失水收縮，氣孔關閉。請以放置一定時間的菠菜為材料設計一個實驗，證明氣孔具有開啟和關閉的功能。要求寫出實驗材料與實驗用具、實驗步驟、預測實驗結果并作出解釋?！?nbsp;的實驗試題，通過以氣孔的結構和開閉原理為素材，為學生設置了細胞滲透吸水的實驗原理、實驗材料與用具的選擇、實驗步驟的表達、實驗結果的預測等關口，借此促使學生實現對“困境”的擺脫和對“關口”的突破來培養學生對實驗原理的理解、實驗整體設計的把握、實驗設計的基本原則，以及對實驗結果進行正確預測等多方面的能力。

 人的創新能力只有在不斷的創新活動的實踐中才能得到培養和提高，實驗作為一種重要的創新實踐活動，它在培養學生創新能力方面的重要作用毋庸置疑。盡管生物學實驗教學在很大程度上是在重復我們前人的實踐活動，但應當看到，我們所做的實驗，它們大多來源于歷史上的重要實驗，而今我們重蹈當年科學家“覆轍”進行這些實驗，旨在獲取學習所必須的感性認識，體驗和領悟貫穿或滲透于這些實驗之中的科學思想和方法，促進自己創新能力的形成和發展。而這個目標的實現，無疑又是以實驗過程中思維的充分開放為前提，客觀上就要求我們必須以實驗的開放性為重要突破口，努力通過在實驗教學中打開適當的“窗口”，安裝相應的“接口”，留出必要的“活口”，設置一定的“關口”，以促進學生思維系統的充分開放，進而達到培養學生創新精神和實踐能力之目的。

劉中國（遂寧中學外國語實驗學校  郵編：629000  ）

該文發表在國家教育部主管、華東師范大學主辦的全國教育類核心期刊《生物學教學》上。