【仪器实验】利用高中生物实验培养学生探究能力

2011年10月24日 15:05:55 来源:兰西县教师进修学校访问量：875次

利用高中生物实验培养学生探究能力

摘要：在高中生物学实验教学中，采用探究性实验教学可强烈地激发了学生的求知欲，培养了学生学习生物的稳定、持久的兴趣，同时观察能力、思维能力、综合分析能力和实验探究与设计能力等诸多方面都有所提高。学生能从实验现象、生活经历入手，提出可探究的问题并设计可行的实验方案，最后完成实验并得出相应结论。因此，教师在教学中要力求把学生的兴趣调动起来，唤起学生学习生物的热情，并使之自觉转化成为学习生物的动力。

关键词：探究性实验逆向思维

那么怎样利用高中生物实验引导学生探究呢？我们在学习和借鉴有关探究学习的理论基础上，在生物实验教学中不断尝试运用探究教学模式，从以下几方面培养学生的探究能力。

1 创设探究性实验，促进学生主动去探究

探究性实验是指在实验的基础上，通过科学的分析、综合等思维过程来获取知识。这一过程要求学生有较多的思考和讨论，学生处于一种主动探索知识的状态，对培养创新能力非常有利。我们通过将模拟实验、验证性实验设计为探究性实验，为学生提供一个能动脑思考、交流、合作、亲自探究创新的空间，激发学生的求知欲和好奇心，促使学生主动探究，让学生感受到知识的产生和发展的过程，使学生的知识水平和探究能力在知识的探究过程中逐渐增长起来。如“生物组织中可溶性还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定”是一个验证性实验，在完成教学的基本目标后，我们引导学生向探究的方向迈进。一是在实验取材方面让学生去比较，可以多提供一些材料。如鉴别可溶性还原糖的实验材料，可提供苹果、梨、白萝卜、白色甘蓝叶，让学生进行对照实验。二是在实验条件方面让学生去探索，可以让学生探究可溶性还原糖和蛋白质鉴定所需要的温度条件：室温、体温（用掌心握住试管）、隔水加热和酒精灯加热等条件对反应速度和颜色的影响。三是在操作先后顺序上让学生去探索。例如在做蛋白质鉴定实验时，课本的要求是先加入双缩脲试剂A，再加入双缩脲试剂B，我们可尝试颠倒顺序或同时加入。四是在方法上的探索。原来的实验需要将苹果去皮、切块、研磨、过滤、制苹果的组织样液、水浴加热，实验所需仪器多、时间长、过程复杂。有的学生想到用梨代替苹果，直接将梨切成小块，向果肉上滴加刚配制好的斐林试剂，然后用试管夹夹住梨块，将加有斐林试剂的一面放在酒精灯上烤，不久就可以观察到有桔红色出现，即为反应后Cu₂O的颜色。

引导学生自己动手动脑，在实验观察中得出新的结论，这正是改验证性实验为探究性实验的重要途径之一。这样做可使学生对新的知识点心领神会，植根脑海，形成永恒的记忆，且激发了学生勇于探究的精神，培养了学生创造性思维能力。通过积极引导学生去思考、去探索，比简单的验证更能培养学生的实验技能和创新能力。

2 改进课本实验，激发学生探究意识

教材实验中也有一些不完善之处，我们鼓励学生对其进行改正、完善，形成新的实验。以“叶绿体中色素的提取和分离”实验为例，我们在教学过程中，鼓励学生在实验过程中使用不同方法，通过对比实验来研究哪种方法能达到最佳的实验效果。如建议学生对所取的菠菜与酒精的量的比例作一研究（可以采用10g菠菜叶与5mL无水酒精组合、5g菠菜叶与5mL无水酒精组合、5g菠菜叶与10mL无水酒精组合等），也可对滤纸条的划线次数（可以是3次、5次、7次、10次等）、划线方法（可以是用毛细管、载玻片、铅笔、滤纸条折线等器材或方法）、取用碳酸钙的量（少量或较多）、是否需要过滤等实验步骤提出建议。学生在实验过程中，自己选择对比实验组，通过自己的实验得出结论。

在实验过程中，学生的兴趣很高，积极性与主动性得到充分体现，相互之间主动交流实验的结果与体会。同时，教师根据学生的实验对比结果，对实验的方法进行一定的改进。如采用10g菠菜叶与10mL无水酒精组合，层析后色素带分层比较清晰；划滤液细线的方法可直接采用载玻片的一侧蘸取匀浆，压在滤纸条上，此法可以节省实验时间，且滤液细线细而齐整，但划线次数超过7次后对实验影响就不明显了。部分学生的研究结论被教师介绍给大多数学生，学生的研究直接参与到教学的研究，这对这些参与实验的学生是一种激励，反过来可以成为他们进一步学习的动力。这样一堂实验课不仅可以提高实验效果，而且培养了动脑、动手能力，激发了学生的探究意识。
3 提出探究性问题，培养学生的独立思考能力

我们在教学中深入挖掘教材中的创新因素，设置思考型问题，提出具有探究性、开放性、应用性、挑战性的问题，要求学生凭借自己的智慧和能力，积极独立地思考问题，主动探求知识，多角度、创造性地解决问题。

基本模式为教师提出需学生研究的问题，学生设计实验并进行实验检验，得出结论、填写报告。以“细胞的质壁分离及质壁分离复原”实验为例，通过对实验原理的分析，我们从渗透系统建立的条件上思考，创设了一些探究性学习的情景。
(1)比较外界溶液的浓度

要求学生利用此实验原理，对现有的A、B、C 3种不同浓度的溶液进行排序。学生判断溶液浓度的方法很多：有将每种溶液各制一张装片，比较细胞质壁分离的数量与程度的；有通过引流方法，观察细胞有无质壁分离或质壁分离复原现象的；也有的学生使用了物理上的方法，如把溶液滴在载玻片上，观察其表面张力或观察溶液在试管内液面的凹陷；甚至有位学生当得知溶液是食盐溶液后，他把每种溶液都尝了一下，来验证其实验的结果；有的学生还提到可以通过测定溶液的导电率来判断其浓度等。我们从中可以看出学生主动研究的精神。课堂小结时请学生分析自己实验成功与失败的原因，很多学生谈到了实验过程中比较心急，引流之后没有等待足够的时间，便早早地下结论，导致实验结论的错误等。我们认为这些失败的教训也是他们的收获之一。通过这些带有探究性质的学习过程，加深了学生对此实验原理的理解。
(2)比较植物细胞内部溶液的浓度

①要求学生测定某植物细胞的细胞液浓度。这一实验情景作为问题提出后，学生设计的方法必然涉及利用已知浓度的外界溶液，通过观察植物细胞的质壁分离的程度来估测细胞液的浓度。在实践过程中，学生提出了两种外界溶液的配制方法，即配制具有一定浓度梯度的溶液或先配制一份较高浓度的溶液和较低浓度的溶液，观察细胞质壁分离的情况，然后取中值的方法逐步测定细胞液浓度。虽然，实验中某些步骤不断重复，可以说有点“枯燥”，并且最后得到的结果又是一个近似值，但学生从中体会到实验设计的严密性以及科学研究需要的耐心。

②要求比较两种植物细胞的细胞液的浓度。如取新鲜的洋葱、大蒜的表皮细胞作为实验对象，比较两者对同一浓度的溶液发生质壁分离的情况，从而判断两者细胞液浓度的高低。这一问题的情境同大纲规定的有很大的相似性，只是增加了一个对比，目的是提高学生的兴趣。
4 进行逆向思维训练，培养学生创新能力

逆向思维是通过改变已有事物的因果关系来引发新的设想和解决问题的新思维。英国弗来明从培养的霉菌没有长满，出现一个透明带这一司空见惯的“失败”现象之反面思考——可能是抑菌物质存在。这就是逆向思维，逆向思维是创新常用的思维方式。有些问题，从正面往往很难突破，而“反过来想一想”先行解决对立面的问题，往往会收到意想不到的效果。

实验过程中，我们不仅要懂得“为什么必须这样做”，而且还必须理解“为什么不能那样做”。经常进行逆向思维训练，能真正体验到逆向思维在思维中的作用，为创新活动开辟一条新思路。反证法就是这种思维的常用方法。例如：“设计一个实验，证明ATP是生物直接的能源物质”。而只给出了实验课题，要求自选器材、试剂，设计实验方案，是一个开放性实验设计题。开放型实验设计的难度最大，也最能反映设计者的创新能力。

在选择实验材料和实验方法的问题上采用的方法就是逆向思维。从能源（目标）→发光（现象）→萤火虫（材料）→药品：ATP（实验药品）、葡萄糖、蒸馏水（对照药品）→相应的实验步骤，体现的是一种逆向思维的过程。

根据题目要求，通过逆向思维，设计出的实验方案是：
(1)器材试剂

培养皿、试管，活萤火虫（取下尾部发光器，捣碎备用），ATP制剂、0.1%葡萄糖溶液、生理盐水、蒸馏水。
(2)实验步骤

①用小刀割下萤火虫的发光器，使其干燥捣碎。②取三份分别加入试管A、B、C，分别加入 2mL生理盐水，静置，至不发光为止（约15min）。③A试管加入5mL ATP，B试管加入等量0.1%葡萄糖，C试管加入等量蒸馏水。④观察现象。
(3)实验结果与分析

结果：加ATP的试管恢复发光，加葡萄糖的不发光，加蒸馏水的不发光。

分析：萤火虫发光器发光是利用最直接的能源物质，将化学能转变为光能。加入ATP发光，说明ATP是最直接能源物质。

总之，利用高中生物实验引导学生探究是面向全体学生，是在教师的正确引导下，学生主动参与、自主探究、相互学习与交流的一种学习方式。生物教学中培养学生的探究能力，除了教师要深挖教材，还要经常性地创造条件，开展探究活动，给学生有表现才能的机会，更好地激发学生的学习兴趣和参与意识。发展学生的动手操作能力，搜集和处理科学信息的能力，获取新知识的能力，批判性思维的能力，分析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力，才能真正将素质教育落到实处。

参考文献

［1］丁远毅崔鸿《高中生物课程标准教师读本》华东师范大学出版社 2003.10

［2］周卫勇《普通高中新课程的理解与行动》首都师范大学出版社 2004.7

［3］王国彦新课标理念下的高中生物学教学中学生物学 2007年第8期

［4］金小英高中生物教学中培养学生的思维能力生物学教学 2007年第8期

编辑：风采

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