【摘 "要】 生物學是一門重視實驗的學科，通過有效的實驗教學，學生不僅可以提高實踐能力，還能在實驗過程中學會探索、思考并勇于質(zhì)疑。這有助于學生深入思考實驗原理和方法，從而形成高階思維能力。高階思維能力在學生的未來發(fā)展中具有舉足輕重的作用。本文旨在利用高中生物學實驗課，通過豐富實驗內(nèi)容、多樣化實驗形式、優(yōu)化實驗方法促進學生形成高階思維能力。

【關(guān)鍵詞】 高中生物學實驗課；高階思維能力；擴增實驗課

一、實驗課的重要性和現(xiàn)狀

教育部《關(guān)于加強和改進中小學實驗教學的意見》指出：“實驗教學是國家課程方案和課程標準規(guī)定的重要教學內(nèi)容，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑?！蓖ㄟ^有效的實驗教學，不僅能提高學生的實踐能力，更能讓他們在實驗過程中學會探索、思考和勇于質(zhì)疑。這將使學生對實驗原理、材料、設備和方案進行深入思考，從而實現(xiàn)深度學習和知識遷移，進而形成高階思維能力。

從現(xiàn)有的社會發(fā)展形勢來看，低階思維能力正在逐漸被快速發(fā)展的IT技術(shù)及AI技術(shù)所替代，為了讓學生更好適應未來社會，教師應更加注重學生高階思維能力的培養(yǎng)，讓學生不僅能夠解決限定性條件的良構(gòu)問題，也能解決定義不完整的劣構(gòu)問題。因此，促進學生高階思維能力的形成才是教育中更為重要的任務，也是當前全球大多數(shù)國家教育改革發(fā)展的一致目標。

二、多舉措擴增實驗課的具體做法

（一）豐富實驗內(nèi)容，突出核心素養(yǎng)培養(yǎng)

教師應根據(jù)不同年級的教學目標，設計符合學生認知水平和興趣特點的實驗內(nèi)容，既要涵蓋基礎(chǔ)知識和技能，又要體現(xiàn)跨學科和綜合性。

以“用同位素標記法顯示DNA鏈在細胞分裂過程中的分配情況”的擴增演示實驗為例，探究有絲分裂、減數(shù)分裂、DNA半保留復制之間的聯(lián)系。

該擴增實驗旨在模擬一種具有4條染色體的精原細胞，且其4條染色體被32P標記，在普通培養(yǎng)液中經(jīng)歷一次有絲分裂和一次減數(shù)分裂的過程中被標記的DNA鏈如何分布。

擴增實驗具體如下：

1. 道具準備：18cm紅色、黑色毛根若干個；8cm紅色、黑色毛根若干個；環(huán)狀磁鐵若干個。

2. 實驗步驟。

（1）用2條18cm長的紅色毛根扭在一起用環(huán)形磁鐵套住，代表被32P標記的一個染色體（全紅），制作2個。

用2條8cm長的紅色毛根扭在一起用環(huán)形磁鐵套住，代表被32P標記的一個非同源染色體（全紅），制作2個。

用2條18cm長的黑色毛根扭在一起用環(huán)形磁鐵套住，代表沒有被32P標記的一個染色體（全黑），制作3個。

用2條8cm長的黑色毛根扭在一起用環(huán)形磁鐵套住，代表未被32P標記的一個非同源染色體（全黑），制作3個。

用1條18cm長的紅色毛根和1條18cm長的黑色毛根扭在一起用環(huán)形磁鐵套住，代表一條DNA鏈被32P標記，一條未被標記的一個染色體（紅黑），制作4個。

用1條8cm長的紅色毛根和1條8cm長的黑色毛根扭在一起用環(huán)形磁鐵套住，代表一條DNA鏈被32P標記，一條未被標記的一個非同源染色體（紅黑），制作4個。

（2）在黑板上畫出一個圓圈代表某具有4條染色體的精原細胞，將以上制作的2條18cm和2條8cm全紅染色體放入圓圈中。

（3）再將4條18cm紅黑染色體2個一組用環(huán)狀磁鐵吸在一起，表示已經(jīng)完成復制的X型染色體，其中磁鐵表示著絲粒。同法制作2個8cm紅黑X型染色體，代表其非同源染色體。用此步驟中制作的4個X型染色體替代步驟②中的4個全紅染色體。

（4）在黑板上畫出紡錘體及紡錘絲，將上一步驟中的四個染色體的著絲粒排列在赤道面上，拽住著絲粒分開每個染色體，分開的兩部分代表著絲粒斷裂后分開的兩個姐妹染色單體，并將染色體拉向兩級，在兩極的4個染色體外各畫一個圓圈表示一次有絲分裂完成，形成了新的子細胞。接下來模擬減數(shù)分裂。

（5）保留上一步驟中一個細胞，將18cm長的1個紅黑染色體和1個全黑染色體，以及2個全黑染色體的環(huán)狀磁鐵吸在一起，代表復制完成的X型染色體；再將同法制作2個同樣顏色的8cm長X型染色體，代表其非同源染色體。用此步驟中制作的4個X型染色體代替保留的步驟④中新的子細胞內(nèi)4個染色體。

（6）在黑板上畫兩個紡錘體及紡錘絲，將4個X型染色體按同源染色體聯(lián)會形式，組成2個四分體，將四分體放在赤道面上。

（7）拽住著絲粒將2個四分體分開拉向兩極，分別在兩極的2個染色體外周畫一個圈，代表形成2個染色體數(shù)目減半的次級精母細胞。

（8）在次級精母細胞兩極畫上紡錘體及紡錘絲，將細胞內(nèi)的非同源染色體的著絲粒磁鐵排列在赤道面上，拽住著絲粒向兩極拉去，并在移動到兩極的2條染色體外周畫上圓圈代表新形成的4個精子細胞。

（二）多樣化實驗形式，激發(fā)主體意識

以“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)”實驗中“檢測還原糖”部分為例，設計混合探究式實驗。

1. 擴增實驗材料

教材中提供的實驗材料為：梨勻漿、葡萄勻漿、白蘿卜勻漿、花生種子、豆?jié){、鮮肝提取液、雞蛋清稀釋液。學生依據(jù)自身的生活經(jīng)驗很容易便能得出其中梨勻漿、葡萄勻漿、白蘿卜勻漿為還原糖檢測材料，并預測實驗結(jié)果。因此，可增加蘋果勻漿、甜菜，甘蔗勻漿、西瓜汁、番茄汁作為還原糖部分的檢測材料，讓學生從中選擇一種材料，并將選擇理由和未選擇理由整理成表。

2. 小組實驗、增加對照組

將全班學生分成若干小組，分組依據(jù)選擇相同材料的學生。設置組間競爭機制，最終實驗結(jié)果最好的小組可得到獎勵。分組完成后開始自行設計記錄表格和實驗對照組。

設計完成后，各小組選擇所需要的儀器，并依據(jù)現(xiàn)用現(xiàn)配原則，自行配制斐林試劑，甲液（質(zhì)量濃度為0.1g/ml的NaOH溶液）和乙液（質(zhì)量濃度為0.05/ml的CuSO4溶液）。

各小組開始檢測，向1號試管中加入2ml蒸餾水、2、3號試管中加入2ml待測組織樣液。

向1、2號試管中加入1ml斐林試劑（甲液和乙液等量混合均勻后加入），向3號試管中加入1ml蒸餾水。1號，3號試管作為對照組。

將1～3號試管放入50℃～65℃溫水的大燒杯中加熱約2分鐘。

觀察試管中出現(xiàn)的顏色變化。

3. 自我評價和反思

各小組依據(jù)實驗過程和結(jié)果填寫記錄表格，進行分享和交流，對比不同小組實驗結(jié)果，討論得出本次檢測實驗最佳方案，并進行自我評價和反思。

（三）優(yōu)化實驗方法，提升認知水平

現(xiàn)以“影響酶活性的條件”實驗中的一個小課題“探究pH對酶活性的影響”為例，擴增出預實驗。

1. 設置起始問題

在正式試驗前進行預實驗，教師設置問題：

問題一：（提供2004年初審通過版本生物學教材中“影響酶活性的條件”實驗的圖片）對比新舊兩版教材中提供的實驗材料有何不同？

問題二：書中為何不建議使用淀粉酶探究pH對酶活性的影響？

問題三：同學們在對上次“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗中所用的新鮮肝臟研磨液有什么感想？（展示由于放置一段時間后而產(chǎn)生分層的肝臟研磨液）

2. 界定問題，進行小組討論

學生按小組對以上問題進行討論，問題1：在兩版教材中實驗材料的不同之處就在于HCL和NaOH，舊版教材中采用質(zhì)量分數(shù)為5%的HCL和NaOH溶液，而在新版教材中采用的是物質(zhì)的量0.01mol/L的HCL和NaOH溶液。通過問題2引導學生將書中建議與兩版教材實驗材料的改變聯(lián)系起來，激發(fā)求知欲。問題3：學生在實際體驗新鮮肝臟及其研磨液不易儲存，使用時會沾試管壁等問題后，對實驗材料的選擇進行思考。

3. 質(zhì)疑

引起學生質(zhì)疑：真的不能用淀粉酶嗎？為什么不建議用淀粉酶探究pH對酶活性的影響？

以舊版教材提供的材料設計實驗并驗證：

將1ml質(zhì)量分數(shù)為2%的淀粉酶溶液分別加入1、2、3號試管中，在1、3號試管中分別加入1ml質(zhì)量分數(shù)5%的HCL和NaOH溶液，在2號試管中加入1ml蒸餾水，將1ml3%的可溶性淀粉溶液分別加入1、2、3號試管中，在3支試管中各滴入2滴碘液，觀察各試管顏色變化。

4. 解決疑問

學生在觀察到3號堿性環(huán)境試管中沒有顏色變化，質(zhì)疑3號試管出現(xiàn)無色現(xiàn)象有可能是淀粉酶溶液在堿性環(huán)境依然有活性。

依據(jù)學生和教師找到的資料，檢測淀粉的碘液會優(yōu)先與NaOH反應生成無色的NaI和NaIO，從而失去檢測功能。并且淀粉在酸的催化作用下也可以發(fā)生部分水解，影響實驗結(jié)果。

向3號試管中加入適量的HCL中和，溶液呈藍色。以此佐證堿性條件下的3號試管中的淀粉未被水解。因為在加入適量的HCL后，發(fā)生歧化反應，部分碘被還原。

5. 再次質(zhì)疑

依據(jù)實驗結(jié)果，學生認為可能確實不能用碘液作為探究pH對酶活性的影響的檢測試劑。

引導學生把質(zhì)量分數(shù)5%的HCL和NaOH溶液換算成物質(zhì)的量濃度，約等于1.4mol/L和1.31mol/L，對比新教材物質(zhì)的量0.01mol/L的HCL和NaOH溶液，請同學分析實驗的哪個方面有變化。

引起學生質(zhì)疑：實驗由強酸強堿環(huán)境變?yōu)槿跛崛鯄A環(huán)境有什么意義？碘液在弱酸弱堿環(huán)境下就可以正常顯色了？

引導學生設計實驗并驗證，為了避免淀粉酶的影響，在設計實驗時去掉淀粉酶材料。

在1、3號試管中分別加入1ml物質(zhì)的量0.01mol/L的HCL和NaOH溶液，在2號試管中加入1ml蒸餾水；將1ml3%的可溶性淀粉溶液分別加入1、2、3號試管中；在3支試管中各滴入2滴碘液；觀察各試管顏色變化。

學生觀察到3支試管顏色全部變藍實驗現(xiàn)象，贊同弱酸弱堿情況下碘液能使淀粉正常顯色，可作為檢測試劑。

6. 解決疑問

學生觀察到3支試管顏色全部變藍實驗現(xiàn)象，贊同弱酸弱堿情況下碘液能使淀粉正常顯色，可作為檢測試劑。

學生繼續(xù)質(zhì)疑，既然碘液在弱酸弱堿環(huán)境下可以顯色，為何新版教材仍然不建議使用淀粉酶探究pH對酶活性的影響？

教師提問：除了可以用碘液檢測淀粉是否水解，還可以用書中的哪個材料呢？

由學生設計使用淀粉酶探究酸性環(huán)境對酶活性的影響，并用菲林試劑檢測淀粉是否水解的實驗。

取1支試管；將1ml的2%淀粉酶溶液加入試管中；向試管中加入1ml0.01mol/L的HCL溶液；向試管中加入1ml3%的可溶性淀粉溶液；再向試管中加入1ml斐林試劑；將試管放入盛有50℃～65℃溫水的燒杯中水浴加熱約2分鐘；觀察試管中的顏色變化。

請學生回憶斐林試劑是由哪些溶液配制的？

學生觀察到試管中未產(chǎn)生磚紅色沉淀，引導學生由此展開爭論，對于1號試管中未產(chǎn)生磚紅色沉淀是由于酸性條件下淀粉酶失去活性，還是斐林試劑中的NaOH在發(fā)生酸堿中和反應后被破壞。

7. 歸納總結(jié)

如果用斐林試劑當作淀粉酶探究pH對酶活性影響的檢測試劑不足以說明酶在酸性條件下會失活，以及以上提到的淀粉在酸性條件下會部分水解，因此教材中不建議使用淀粉酶探究pH對酶活性的影響。

三、多舉措擴增實驗課的預期效果

培養(yǎng)學生對理論知識的理解和運用。學生在動手操作中感受到理論知識與現(xiàn)象之間的聯(lián)系，并在反復驗證中加深對規(guī)律原理的把握。

培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和創(chuàng)新意識。通過豐富有趣的實驗內(nèi)容和形式，激發(fā)學生對自然科學領(lǐng)域的好奇心和探究欲望，并在自主選擇或設計方案中鍛煉他們解決問題和創(chuàng)造新知識的能力。

培養(yǎng)學生的批判性思維能力。通過不斷的巧妙設問，學生在質(zhì)疑和求解過程中對問題進行深入思考、多角度分析和證據(jù)評估，提高學生的認知能力和水平。

促進學生高階思維能力的發(fā)展。通過優(yōu)化有效的引導方法，在每一個環(huán)節(jié)都讓學生運用高階思維技巧進行深入思考，并在總結(jié)歸納中讓他們展示自己對所做事情及其結(jié)果有清晰而全面地認知。

參考文獻：

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