馬建興

摘要實驗是生物科學(xué)的靈魂，提高公民的生物科學(xué)素養(yǎng)是新課程的基本理念。實驗教學(xué)不能僅僅停留在“紙筆化實驗”階段，應(yīng)該倡導(dǎo)真實的生物實驗。真實的生物實驗應(yīng)關(guān)注方案設(shè)計的合理性、器材選擇的科學(xué)性、操作過程的規(guī)范性、實驗現(xiàn)象的反思性及問題解決細(xì)節(jié)。結(jié)合教學(xué)觀察與實踐中的具體案例，闡述了就實驗教學(xué)中如何關(guān)注“實驗細(xì)節(jié)”、開展“真實實驗”的觀點。

關(guān)鍵詞實驗教學(xué)真實實驗教學(xué)細(xì)節(jié)

中圖分類號G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)識碼B

文件編號1003－7586(2012)01－0006－03

實驗是生物學(xué)科的靈魂，實驗教學(xué)是生物學(xué)教學(xué)的基本形式之一?！俺醪綄W(xué)會生物科學(xué)探究的一般方法，具有較強(qiáng)的生物學(xué)實驗的基本操作技能、搜集和處理信息、分析和解決實際問題等能力”是新課程實施的重要目標(biāo)之一。但筆者隨機(jī)對蘇州市7所高中的高一學(xué)生進(jìn)行了關(guān)于“中學(xué)生物課堂教學(xué)中生物實驗教學(xué)開展情況”的調(diào)查，卻發(fā)現(xiàn)：在過去的兩個學(xué)期中，學(xué)生從未進(jìn)實驗室做過實驗的占68％，教師在教學(xué)中進(jìn)行過演示實驗的僅有47％，教學(xué)中以多媒體技術(shù)模擬實驗替代真實實驗占72％，通過反復(fù)做實驗試題來應(yīng)對考試的則高達(dá)84％。高中生物實驗教學(xué)的尷尬現(xiàn)狀由此可見一斑。

究其原因，主要是長期受到“紙筆化考試為主要形式、考試分?jǐn)?shù)高低為價值取向”的思想影響，“真實實驗”費時、費力，在快速提高應(yīng)試能力方面似乎效果并不明顯，而通過教師講實驗、學(xué)生“做實驗題”的“紙筆式實驗”則能迅速提高考試分?jǐn)?shù)，致使部分教師對真實實驗興趣不高、對動手做科學(xué)關(guān)注不夠。但在這種“紙筆式”、“動畫模擬式”的生物學(xué)實驗中，學(xué)生缺乏直觀感受和親身體驗，對真實的問題解決過程缺乏思考，除了能通過死記硬背記住實驗步驟、現(xiàn)象、結(jié)論與教師強(qiáng)調(diào)的“實驗細(xì)節(jié)”外，實驗操作技能并沒有實質(zhì)提高，探究能力并沒有真正發(fā)展，對實驗思想和方法的理解與感悟并不深刻，科學(xué)素養(yǎng)并未真正提高。此種情況若繼續(xù)發(fā)展下去，是有違課程改革初衷的。鑒于此，筆者就“教師在實驗教學(xué)中應(yīng)創(chuàng)設(shè)情境、注重細(xì)節(jié)，讓學(xué)生在潛移默化中掌握操作技能，提高問題的探究能力，并最終提升生物學(xué)素養(yǎng)”，談以下觀點，與各位專家、同行探討。

1比一比，讓實驗設(shè)計更優(yōu)化

實驗設(shè)計是生物實驗的靈魂。不同學(xué)者對“實驗設(shè)計”的表述各不相同，廣義的實驗設(shè)計指科學(xué)研究的一般程序，通常包括問題提出、假說形成、變量選擇及控制、數(shù)據(jù)收集及分析、結(jié)果交流與評價等。實驗設(shè)計主要應(yīng)明確：①做什么，即實驗?zāi)康暮蛢?nèi)容；②怎么做，即依據(jù)實驗原理，選擇合理的實驗方法，制定多套可供選擇的實驗方案；③為什么這樣做，即：收集、分析有關(guān)實驗資料，選擇最合理的方案。除此之外，實驗設(shè)計還要制定具體的操作步驟、預(yù)計可能的實驗結(jié)果、確定數(shù)據(jù)收集及分析方式等，甚至還應(yīng)包括對實驗人員、時間和場地的安排以及對實驗進(jìn)行評價(做得怎樣?)等。如何設(shè)計一個好的方案，并不斷進(jìn)行優(yōu)化，應(yīng)該是實驗教學(xué)的關(guān)鍵。

通過教學(xué)觀察可以發(fā)現(xiàn)：相當(dāng)多的學(xué)生認(rèn)為教材提供的實驗方案是唯一的方案，卻并未意識到某一個具體實驗可能存在多套方案；相當(dāng)多的教師則認(rèn)為教材實驗方案一定是最為合理的方案，而并未從地域特點、季節(jié)因素和本校實驗條件限制等角度出發(fā)，有意識地改進(jìn)原有方案或選擇替代方案，使實驗教學(xué)的效果更明顯。

在“檢測生物組織中存在還原糖”實驗中，教材的建議方案為：“以蘋果和梨果實的組織提取液作為實驗材料，用斐林試劑作為檢測試劑，進(jìn)行水浴加熱，觀察是否出現(xiàn)磚紅色沉淀?！惫P者在教學(xué)實踐中，根據(jù)親身實驗經(jīng)驗，向?qū)W生提供了兩種改進(jìn)方案，供學(xué)生選擇。方案一：用成熟葡萄去皮代替蘋果或梨，不需要研磨，去皮后放在小燒杯中擠壓即可流出果汁，提取液加入斐林試劑后水浴加熱，觀察顏色變化和沉淀反應(yīng)。

方案二：用徒手切片法切下梨(或蘋果)果實的薄片放在載玻片上，直接滴加2滴新配制的斐林試劑，在酒精燈上直接均勻加熱。課堂教學(xué)中，師生共同實踐、討論、分析上述方案，形成共同觀點如下：方案一的優(yōu)點是組織提取液無須過濾，實驗材料符合該實驗的季節(jié)特點，且處理簡單、效果好；方案二的優(yōu)點是無須制取組織提取液，在顯微鏡下觀察，可以直接觀察到多邊形的梨細(xì)胞中有許多磚紅色的顆粒，但應(yīng)注意切片和直接加熱過程中的安全性。

上述實驗方案激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)新的靈感，學(xué)生進(jìn)一步提出了自己的研究方案：方案三，制取新鮮動物肝臟(如雞肝)的研磨液，用教材中的實驗方法進(jìn)行實驗；方案四，制取胡蘿卜塊根、桔子(果實)的組織提取液，用教材中的實驗方法進(jìn)行實驗。

教學(xué)中，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下開展分組實驗，探究自己感興趣的問題，然后師生共同評議方案的可行性，得出結(jié)論如下：方案三可以檢測動物組織提取液中是否有還原糖，從而有助于學(xué)生理解概念——“糖類廣泛分布于生物體內(nèi)，是主要的能源物質(zhì)”，但豬肝研磨液等動物組織自身的顏色會對實驗現(xiàn)象造成一定的影響，需仔細(xì)觀察。方案四是最有爭議的，部分學(xué)生認(rèn)為該實驗不能以胡蘿卜塊根、桔子(果實)的組織提取液作為材料，因為出現(xiàn)的磚紅色沉淀會被植物組織提取液中的其他鮮艷的顏色所遮蔽。在與全班學(xué)生一起做該實驗后發(fā)現(xiàn)方案四實際是可行的，通過仔細(xì)觀察，是可以分辨磚紅色沉淀與組織提取液中的其他顏色間的區(qū)別的。但若從實驗現(xiàn)象的明顯角度，胡蘿卜塊根等的確不適宜作為該實驗的材料。

經(jīng)過對同一實驗不同方案的比較，學(xué)生加深了對于科學(xué)的理解、懂得了方案優(yōu)化的價值，也能更深刻地理解實驗與理論間的關(guān)系。

2選一選，讓實驗器材更科學(xué)

所謂“兵馬未動，糧草先行”，選擇合適的器材(儀器、藥品和生物材料)是做好一個實驗的基礎(chǔ)。在教學(xué)中，部分教師并未從真實實驗角度出發(fā)去關(guān)注實驗器材的選擇，而是根據(jù)主觀經(jīng)驗判斷：“應(yīng)使用什么器材，或者不能使用什么器材?！比菀讓?dǎo)致科學(xué)性錯誤產(chǎn)生，下面以“探究溫度對酶活性影響”實驗材料的選擇為例，列表(表1)分析如下。

生物實驗的效果受環(huán)境、材料本身等因素的影響很大，而許多實驗材料又具有明顯的季節(jié)性和地域性。如經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，以魚白(雄魚的精巢)作為DNA粗提取的材料，效果優(yōu)于雞血、菜花等材料。但魚白這種材料具有較強(qiáng)的季節(jié)性，價格偏貴，不適宜作為中學(xué)實驗中DNA粗提取的材料大面積推廣。所以實驗材料的選擇，應(yīng)充分遵循“依據(jù)原理、服務(wù)主題、經(jīng)濟(jì)易得、現(xiàn)象明顯、安全簡便”的原則，務(wù)必在“可以選擇哪些材料做該實驗?哪種是該實驗的最適宜材料?從何處可以得到該種材料?以該材料進(jìn)行實驗時，需進(jìn)行怎樣的處理?”等細(xì)節(jié)方面作深入思考，讓學(xué)生理解生物實驗的科學(xué)內(nèi)涵，以切實提高實驗材料的選擇能力。

3做一做，讓實驗操作更規(guī)范

實驗操作技能是學(xué)生實驗?zāi)芰Φ牡谝粚用?，而科學(xué)探究能力是實驗?zāi)芰Φ淖罡邔用?。從動手實驗操作技能的熟練到科學(xué)探究方法的掌握，是從感性到理性

的升華，而依據(jù)科學(xué)探究的思想、方法所制定的設(shè)計方案來指導(dǎo)具體的實驗操作，則是一個理論指導(dǎo)實踐的過程。教學(xué)實踐表明，讓學(xué)生體驗真實實驗的過程，一方面可以在嘗試運(yùn)用實驗器具完成實驗過程中熟悉包括顯微鏡、燒杯、解剖工具等在內(nèi)的各種實驗器具的使用方法、實驗試劑的配制方法、實驗材料的處理細(xì)節(jié)、實驗變量的控制技術(shù)，提高和發(fā)展學(xué)生的實驗儀器使用的熟練程度和操作規(guī)范；另一方面，也可以讓學(xué)生通過經(jīng)歷真實的做科學(xué)的過程，掌握包括觀察、測量、調(diào)查、數(shù)據(jù)處理和探究等實驗操作的基本方法；最重要的是，可以通過實驗構(gòu)建生物核心概念體系，進(jìn)一步提高探究的水平和能力。

但由于缺乏系統(tǒng)的實驗操作訓(xùn)練和真實實驗的洗禮，目前中學(xué)生生物實驗操作技能的發(fā)展?fàn)顩r卻并不盡如人意。以實驗中的觀察技能為例分析：首先，學(xué)生對觀察對象的確定非常盲從，教師要求觀察什么就觀察什么，卻并不理解選擇某種對象作為觀察指標(biāo)的原因，如“比較H₂O₂在不同條件下的分解”中為什么選擇溢出氣泡的體積大小和速率以及帶火星衛(wèi)生香的復(fù)燃程度作為觀察對象?其次，不知道觀察對象與方法應(yīng)根據(jù)實驗條件的改變而改變，如上述實驗中，以無色焦性沒食子酸作為鑒定試劑時，應(yīng)觀察溶液的顏色是否由無色變成橙紅色及是否出現(xiàn)沉淀。另外，生物實驗中許多細(xì)微的結(jié)構(gòu)都需要借助一定的工具來觀察，如借助放大鏡、顯微鏡和照相機(jī)等工具來觀察一些細(xì)微結(jié)構(gòu)，但有相當(dāng)部分的高中學(xué)生卻還不能正確使用顯微鏡進(jìn)行觀察。此外，觀察還需要比較與思考，如在“觀察多種多樣的細(xì)胞”實驗中，學(xué)生并不能正確比較所觀察到的多種多樣的細(xì)胞，從而不能得出動、植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)上的異同，因而無法將“細(xì)胞的多樣性”的感性認(rèn)識上升到“細(xì)胞統(tǒng)一性”的理性認(rèn)識，導(dǎo)致實驗和理論割裂，為了實驗而實驗。

新課程倡導(dǎo)開放性的探究實驗，但并不意味著實驗操作的隨意性。恰恰相反，生物實驗的操作過程應(yīng)該科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范、準(zhǔn)確。規(guī)范地使用各種儀器設(shè)備，遵循科學(xué)的實驗思想各方法處理實驗材料，嚴(yán)格控制各種變量，才能獲得科學(xué)的數(shù)據(jù)，得出正確的結(jié)論，在此過程中形成嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致、求真的態(tài)度和情感，從而為學(xué)生全面發(fā)展、終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

4議一議，讓實驗現(xiàn)象更真實

實驗方案是需要精心設(shè)計的，但實驗結(jié)果更多是動態(tài)生成的。以不同材料來做同一實驗，實驗現(xiàn)象可能不同；在不同的環(huán)境條件下做同一實驗，實驗現(xiàn)象也可能不同；不同學(xué)生做同一個實驗，也可能出現(xiàn)不同的現(xiàn)象。而通過對多種實驗現(xiàn)象的交流、討論與質(zhì)疑，不僅可以甑別正誤，找出錯誤產(chǎn)生的原因，幫助學(xué)生深刻理解概念，還可以發(fā)現(xiàn)新知識、解決新問題。

如筆者在執(zhí)教“探究不同濃度的生長素類似物對于插條生根作用的影響”實驗中，發(fā)現(xiàn)部分同學(xué)的插條因沒有保留側(cè)芽而不能正常生根。學(xué)生查閱了某些參考資料后認(rèn)為：“側(cè)芽提供一定濃度的生長素，有利于生根。因此，插條不生根與未保留側(cè)芽無關(guān)”此時教師指出：“若側(cè)芽的主要作用僅僅是提供一定濃度的生長素的話，直接配制更高一些濃度的生長素類似物溶液，插條不是可以正常生根了嗎?”顯然理論解釋與實驗結(jié)果是相互矛盾的。經(jīng)過與學(xué)生共同查閱資料、分析討論和重復(fù)實驗，師生共同得出結(jié)論：“側(cè)芽不僅提供生長素，還可以提供細(xì)胞分裂素等植物激素，促進(jìn)插條的生根。插條生根是受到包括生長素等激素在內(nèi)的多種激素共同調(diào)節(jié)的結(jié)果，不保留側(cè)芽，是非常不利于插條生根的?！睂嶒灲虒W(xué)中，教師對于實驗現(xiàn)象一定要細(xì)致觀察，對不符合預(yù)期的異?，F(xiàn)象不應(yīng)立即否定，而應(yīng)以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、科學(xué)的方法，分析異?，F(xiàn)象產(chǎn)生的原因，可避免學(xué)生產(chǎn)生相同錯誤，亦可以發(fā)現(xiàn)新知識。

5反思

新課程實施過程中，教師可以合理運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)輔助實驗教學(xué)，提高實驗教學(xué)效率，但要盡力避免讓科學(xué)探究成為一種“動畫模擬”的演示過程。同時更要極力避免探究內(nèi)容遠(yuǎn)離學(xué)生的生活世界、探究形式“新八股化”的傾向，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者有意識地運(yùn)用生物學(xué)實驗去分析解決真實問題，全面發(fā)展能力，提高生物學(xué)素養(yǎng)，使自己具有生物學(xué)頭腦和眼光。如在江蘇省2011年生物教師實驗操作比賽中，設(shè)置了“制作不同植物葉片橫切面的臨時裝片，用數(shù)碼顯微鏡觀察并判斷哪種是陽生植物的葉片”、“依據(jù)光合作用原理判斷哪株天竺葵是經(jīng)暗處理過的”等探究性試題。這些試題強(qiáng)調(diào)以實驗解決真實生活中的問題，是一種非常好的實驗考查導(dǎo)向。

總之，新課程倡導(dǎo)真實實驗，強(qiáng)調(diào)以實驗來解決問題，并倡導(dǎo)通過實驗教學(xué)讓學(xué)生獲取對終身發(fā)展有用知識、習(xí)得對終身發(fā)展有用的技能，并形成“做真事、做真人”的態(tài)度和價值觀。同時要能正確處理實驗教學(xué)中出現(xiàn)的“放手做實驗與放任做實驗、科學(xué)實驗中的新發(fā)現(xiàn)和錯誤實驗中的偽發(fā)現(xiàn)、科學(xué)質(zhì)疑和鉆牛角尖、教學(xué)的短期行為與教育的長期影響”等問題間的關(guān)系。