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浅谈新课程背景下的创新式生物实验教学_新课程期刊

Answer 1

　　生物学是一门实验性学科，生物实验教学是生物教学的重要内容之一。生物实验教学既可以使学生掌握生物科学知识和生物实验技能，又有利于学生进行科学方法的训练，培养学生发散性思维和创新精神，发展学生的创造能力，使学生形成严谨求实的态度及追求真理的科学精神。因而教师应充分利用生物学实验的优势，重视实验教学与技术创新，发展学生的创造能力。下面，笔者结合高中生物教学实践，就新课程背景下创新式生物实验教学中的一些尝试，谈几点体会，与大家一起商榷。
　　一、根据课本实验，发挥模仿作用，发展学生的创造能力
　　中学生物课本上有很多实验，学生通过模仿，可以训练创造性思维，发展创造能力，
　　比如：在分析了斯帕兰札尼研究鹰的消化作用实验之后，让学生尝试自己设计实验证明胃蛋白酶液制备方法（取4片胃蛋白酶片，每片含胃蛋白酶0.1g，放在研钵内研磨成粉末，溶于100ml蒸馏水中，加入3%盐酸约10ml，使溶液PH值调到1.8左右，即成胃蛋白酶液）。请看学生完成的实验设计：首先，将鸭蛋煮熟，将其蛋白剥下，取一小部分蛋白捣碎，加入试管中，然后加胃蛋白酶液，在37℃下保温一段时间。做对比实验的试管中，其他条件都相同，但不加胃蛋白酶液，而是加等量的蒸馏水。预测结果：加胃蛋白酶液的试管中蛋白质被消化了，而仅加等量蒸馏水的试管中蛋白质没有被消化。本设计很巧妙，因为反应前蛋白质是固体状态，后来消失不见了，必然是胃蛋白酶的作用。
　　学生根据课本实验，发挥模仿作用，是创新式生物实验教学的前提，是达到教学目的最简单的方法，同时也是培养学生创新精神与实践能力的重要教学手段，是学生和教学内容形成有机整体、提高生物教学质量的重要保证。
　　二、掌握实验设计的思路，发展学生的创造能力
　　多数生物学实验课，学生只是机械地根据实验指导按部就班进行操作，至于实验为什么分这几步，学生往往不去想，因而在具体操作之前，教师应启发引导学生搞清楚实验设计的思路，并且要进行大胆改进。
　　例如：实验“研究细胞大小与物质扩散的关系”。本实验是人教版高中生物必修1第六章的一个探究性实验，学生若能大胆创新、成功地完成本实验，不仅能帮助学生理论联系实际地理解细胞体为什么这么小及为什么细胞要分裂等问题，还能激发学生的学习兴趣，培养学生实验能力和创造能力。
　　原实验操作过程如下：先用塑料餐刀将琼脂块切成3块边长分别是3cm、2cm、1cm的正方体，然后将3块琼脂块放在烧杯内，加入NaOH溶液，将琼脂块淹没，浸泡10min；用塑料勺不时翻动琼脂块，然后再戴上手套，用塑料勺将琼脂块从NaOH溶液中取出来；用纸巾把它们吸干，用塑料刀把琼脂块切成两半。原实验学生操作起来比较容易，但实验药品中有NaOH，NaOH有腐蚀性，且酚酞、琼脂块要提前制备，比较耗时。因而笔者和同行及同学们根据实验设计过程，对此实验进行大胆改进，综合几年来的实验设计，得出如下效果显著的改进：
　　1.材料器具的改进：每组用3个直径2-3cm的乳白色果冻代替需要提前制备的酚酞、琼脂块，用0.5%KMnO4溶液（或碘液）代替NaOH溶液，用削铅笔刀代替塑料餐刀。其他器具：小烧杯、直尺、塑料勺子、纸巾、不干胶。
　　2.改进实验的方法步骤：
　　（1）用小刀将果冻封盖划破，撕开果冻封盖，用小刀把它切成3块边长分别为2cm、1cm和0.6cm的立方体。（2）把切好的果冻块放进小烧杯，加入KMnO4溶液将它们浸没，每2min就用小勺子翻动果冻块一次。（3）过10min后，取出果冻放在纸巾上，吸掉表面溶液，然后用小刀把每一个果冻切成两半，仔细观察切面上颜色变化情况，了解KMnO4在大小不同果冻块中的扩散效果。
　　3.实验结果：各果冻小块棱角整齐，切面颜色界限清晰，KMnO4在大小不同果冻块中的扩散结果明显不同：边长0.6cm的已经全部扩散，边长2cm和1cm的只扩散了总体积的约1/3和约2/3。
　　4.改进实验的优点：
　　（1）实验的主要材料果冻和KMnO4，现成易得，经济安全，实验方法与步骤简单、易操作、省时又省力。（2）在学生掌握实验设计思路的同时，鼓励其大胆改进生物实验，既满足了课堂教学的一般要求，又兼顾了学生的差异性，同时逐渐地将全体学生引到尝试创新的境地，这样有利于培养学生的创新思维和创新能力。
　　三、赋予实验设计与改进的自主性，发展学生的创造能力
　　在实验教学中，教师要鼓励学生动脑、动手，不但要使学生会做实验，而且要赋予学生实验设计与改进的自主性，让学生学会设计实验，通过实验来分析问题和解决问题，不断提高他们的创造能力。
　　例如：对观察植物细胞的有丝分裂实验的分析，首先进行发散思维，分析出各种可能的影响因素，如根尖解离时间长短、压片时细胞能否分散开等；然后对某种具体因素进行设计，分析它确实能影响制片的成功进行，应允许学生相互讨论，相互补充，从而完善设计方案。通常情况下，对同一实验课题，不同学生会拟出若干不同的设计方案。
　　例如：关于解离时间，教材中解离时间为3～5min，而学生提出3种不同的解离时间：①2～3min；②8～10min；③10～12min，对这些不同方案，教师不要轻易判断其优劣，可在保证安全的前提下，都让学生付诸实施，通过实践，使他们自己认识和发现其实验设计的成功和不足之处。如学生在将上述实验设计付诸实施后发现实际操作的解离效果最理想的时间为8～10min。
　　如：学生对教材选用洋葱根尖做实验材料，觉得很浪费材料，还有染色时，教材中使用质量浓度为0.01g/mL的龙胆紫溶液染色3～5min，但在实际使用时发现浓度偏高，整个细胞都呈紫色，而细胞核呈深紫色，不能直接区分细胞核中的染色体。有同学还提出按教材中的步骤与方法不能使根尖细胞完全分散开来。
　　针对以上问题，笔者也与学生通过不断实验，觉得对实验要作一系统的改进，效果会更好。观察植物细胞有丝分裂的实验改进如下：
　　1.选用大蒜的根尖做实验材料：大蒜物美价廉，而且一个蒜瓣长出的根不比一个洋葱长出的根少；其次大蒜根尖细胞中的染色体形态较清楚，便于观察。具体做法是取铝丝网、将蒜瓣镶嵌铝丝网洞中放入塑料脸盘，注水使蒜瓣充分接触水，放置在室内培养，每天换水一次，待根长到约1cm时，在有丝分裂的活跃期上午10:00-11:00或下午1:00-2:00时，剪取根尖0.5cm进行固定解离。
　　2.固定：使用卡诺氏固定液（实验员配置好的，纯酒精:冰醋酸=1：1），在室温条件下将取下的根尖放入固定液中固定5～20min。固定完毕后，将根尖用纯酒精清洗2～3次，直到根尖不含冰醋酸，然后放入70%的酒精中保存。
　　3.解离：将根尖取出放入质量分数为20%的盐酸中，看到根尖色泽亮白，酥软即可，此过程约需3min。
　　4.染色：可采用质量分数为0.01g/mL的龙胆紫溶液染色3～5min。后再在体积分数为20%的醋酸中分色1min；也可采用改良苯酚品红染液，其着色加强效果更好，做法是：用镊子挑出漂洗好的根尖放在载玻片上，用刀片将根尖纵切稍分开，滴上染液染色6min。
　　5.制片：将载玻片上的染液吸干，加滴清水，盖上盖玻片，在盖玻片上加一吸水纸，盖上载玻片后用拇指轻压载玻片，注意不要移动载玻片。然后用铅笔头轻轻敲打盖玻片，使细胞均匀分散。
　　改进后的实验，准备时间约为3s，时间短，工作量小。解离、漂洗、染色、制片、观察由学生在课堂上完成。教师讲解10min左右，学生对根尖解离、漂洗、染色约18min，时间充裕，且观察效果非常好。实践证明，让学生逐步学会独立地设计实验，是提高学生灵活运用知识、培养他们发散思维和创造能力的重要途径，也是多层次实验教学活动的最高层次。
　　四、暴露实验操作的缺陷性，发展学生的创造能力
　　实验本身就是一种探索，有些实验往往效果不理想，甚至出现失败，对此我们老师要引导学生一起分析、寻找失败的原因，并以信任的态度让学生参与实验改进工作，学生大都会以极高的热情投入。如渗透作用实验，原实验钟形漏斗体型大，外形特殊，经常出现结扎不严密或半透膜的破损，管内液面上升速度慢。对此，教师可要求学生自己去改进设计，并在实践中检验之，如有的学生设计装置时用废旧的一次性注射器和输液用的针头细导管制成，细导管弹性好，便于操作，可靠性强，成功率高；还有的学生自己制作塑料漏斗，但制作出的塑料漏斗玻璃管内径更大，管内液面上升速度更慢。通过大胆的探索，有的学生失败了，也有学生成功了，但都有收获。总之遇到实验有缺陷，可让学生自己去改善它，或者老师和学生共同去改进它，虽然学生的建议和措施，有的是稚拙的、不可行的，但却体现了他们肯于钻研、勤于思考和勇于创新的可贵精神。这样做，不仅能够改进某些实验，而且还能发展他们的创造能力。
　　当今社会是个创新的时代，创新式的生物实验教学模式以创新灵活的教学方法、宽松和谐的思维空间促进学生自主性发展。多年的教学实践证明，这一教学模式能有效地激发学生热爱生物的情感，引发学生学习生物的自觉性，激发学生深入实验的主动性，是培养高素质创新人才的有效途径。