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高中生物实验教学策略的探究

 

贵州省贵州省花溪区清华中学 刘 颖

 

  以实验为载体的探究是生物教学最显著的特征，也是生物教师最常用、最擅长的手段。但是，在实践中“实验”与“探究”的结合并不象预想的那样顺畅。基于探究的实验教学策略，是在吸收已往实验教学改革中有益经验的基础上，探索一条有效、完整、开放的实验教学方式，以回归实验教学在培养学生实证意识、思维品质、质疑精神等方面的作用和地位，为全面提高学生的科学素养服务。
　　一、问题的提出
　　从教学论的角度看，实验教学是指在使用实验仪器情景下的一种教学形态。高中生物实验与其他理科实验一样，具有直观、形象的特征，能高度浓缩地展示人们认识和发现某一知识、原理的过程，能帮助学生在较短时间内认识和理解相关的科学知识。但这种对实验和实验教学的认识，在本质上将它放在了知识教学的从属地位，实验教学的目标只是追求一个预设的结论。虽然在实验教学的过程中，教师会注意对学生进行有关实验技能、方法和探究思维等方面的训练，但这些往往被放在次要的位置。
　　科学探究的提出给实验和实验教学以全新的视角。《生物课程标准（实验）解读》指出：“科学探究是生物学中不可缺少的、动态的部分”[1]。高中生物课程应该反映生物科学的“完整画面 ”，应该将科学探究作为高中生物学教学的基本内容和方法。科学探究活动也是学生学习生物学基本、有效的途径之一，它有助于学生形成对生命世界的正确认识、对科学本质的理解和对生物学规律的领悟。生物实验作为教师转变教学方式、实施科学探究的最有效的手段之一，具有强化学生实证意识、提升学生思维品质、培养学生质疑精神的重要作用，倡导基于探究的实验教学策略，将学生置身于一种动态、开放、个性、多元的学习环境中，打破原有学科的封闭性和课程选择的单一性，让学生自主探索，主动求知，学会收集、分析和利用各种信息及信息资源，实质上就是在提高学生的科学素养。
　　二、如何在一般实验中体现探究的思想
　　美国学者施瓦布曾经把科学实验活动分成三个层次，根据实际还可以加上一个层次，即将问题、方法步骤及答案均提供给学生，学生只要按此步骤去做实验，验证已知的结果，可称之为零层次。
　　探究也是分层次的，一些学者根据探究活动的难易程度以及学生参与探究程度的不同，将探究性实验划分了不同的层次。
　　至此，可以清楚地表明，验证性实验、演示实验、学生实验基本上属于0水平探究，也就是没有体现科学探究的基本精神，随着有关实验的问题确定、解决问题的程序和做结论等几个方面学生参与程度的增加，探究的深度也不断增加，直至开放式的研究。由此可见，随着新课程将科学探究作为核心理念，实验和实验教学的作用得到了显著的提高。
　　众所周知，学科教学在知识的量上有明确的任务，探究性学习要花费更多的时间。一些老师之所以在实验教学中倾向于低水平的探究，一方面是观念的问题，视课堂的“乱”为洪水猛兽，怕失去对课堂的控制；另一方面是技能的问题，试问，从小到大，我们有多少教师有过探究性学习的经历？
　　事实上，在实际教学中，教材已充分考虑到了这些因素，高层次、开放性探究实验活动是十分有限的。学生在更多的时候需要从多种多样的不同层次的探究实验活动中学习各种科学探究方法和科学探究技能。因此，如何在一般实验中体现探究的思想是教师的必然选择，也是推进探究教学的必由之路。
　　三、探究的生物实验教学活动设计案例
　　“酶的催化效率—过氧化氢分解”是高中生物学的一个重要教学内容，实验的目的主要是，认识酶作为生物催化剂，与无机催化剂相比，有何特点？按照过去的方式，为了体现探究，教师通常把演示实验改变成学生实验，学生通过在两支编号为1号和2号的试管中分别注入3mL2％过氧化氢溶液，然后在1号试管中加入鸡肝匀浆或马铃薯匀浆少许，在2号试管中加入二氧化锰少许，作为催化剂，轻轻振荡试管，观察两支试管中气泡产生的多少和快慢来比较反应的速率，推理出生物催化剂过氧化氢酶和无机催化剂二氧化锰催化效率的高低，从而得出酶的催化作用具有高效性的特点。
　　这样的实验活动，场面热闹，学生不定地按照教师的指令动手做实验，实验的成功率也很高。可是，如果仔细分析，学生的行为实际上是对教师指令的被动回应：把鸡肝匀浆和二氧化锰分别加入到盛有3mL2％过氧化氢溶液的试管中，使之产生一种预定的变化。这样做，看似在观察与探究，实质上仍然停留在“告诉事实、验证结论”的水平，仅仅从过氧化氢酶和二氧化锰2个催化反应实验的比较，并不能推理出生物催化剂比无机催化剂具有高效性的特点，显然，学生思维加工的投入量不够充足。
　　针对上述情况的改进课，如果我们对实验进行改进和拓展，实验探究的水平就会明显提高。
　　（一）提出问题
　　经过日常生活的积累和化学课程的学习，学生已经了解到很多地方都需要催化剂，比如说：汽车尾气排放催化装置、 工业 制硫酸、合成氨、酶催化生物大分子等。并且在课堂上也已经学习了使用催化剂的几个化学反应，如氯酸钾催化受热分解、双氧水催化分解等。在理解元素周期律以后，还可引导学生分析讨论“催化剂与化学反应的关系”。一般情况下，学生大多能提出如下问题：催化剂与化学反应是否有一一对应的关系？催化剂是如何改变化学反应速率的？催化剂在化学反应中的特点是什么？这种超学科的知识整合，对于激发学生的探究热情是十分有效的。
　　（二）猜想与假设
　　首先要 总结 问题，经过查阅资料、网上搜索、小组讨论，在教师的引导下，学生提出自己的设想：催化剂与化学反应不是一一对应的关系，一种催化剂可以催化不同的化学反应，不同催化剂对同一反应的催化效果可能不一样。
　　（三）实验准备
　　1.知识准备。要求学生在课外查阅过氧化氢、二氧化锰、三氧化二铝、鸡肝、马铃薯等的相关物理和化学性质，以及和催化剂相关的知识。
　　2.器材准备。试管，卫生香，火柴，过氧化氢，二氧化锰，三氧化二铝，鸡肝匀浆（新鲜的和不新鲜的各一份），马铃薯匀浆（生的和熟的各一份）等。
　　（四）实验探究
　　实验探究过程如表3所示。
　　（五）实验结论
　　1.二氧化锰，三氧化二铝，鸡肝匀浆，马铃薯匀浆，能加快过氧化氢的分解速率，故能作过氧化氢分解的催化剂。
　　2.新鲜的鸡肝匀浆和生的马铃薯匀浆，催化效率大大高于二氧化锰、三氧化二铝的催化效率。
　　3.不新鲜的鸡肝匀浆、熟的马铃薯匀浆之所以催化效率降低，有可能是采购回来的肝脏不新鲜，或是制成的肝脏研磨液使用和存放时间过长而变质；熟的马铃薯匀浆可能是高温导致过氧化氢酶失活，说明影响酶催化作用的因素很多。
　　基于探究的生物实验教学策略是在提高学生 科学 素养课程目标指导下的实验教学改进行动，它的亮点是挖掘课本实验的内涵、拓展课堂实验的功能、提升实验教学的品质，充分体现“自主、探究、合作” 新课程理念，对于推进“以探究为核心的、多样化的生物教学方式”具有一定的指导作用。