例谈如何上好高中生物探究实验课

潘勇

摘要本文以“探究酶的作用条件”一节课的设计与实施为例，从教学目标的制订、实验方法的开发、实验设备的选择以及合作学习的组织四个方面阐述了笔者对如何上好高中生物探究实验课的基本观点。

关键词探究实验课高中生物

中图分类号：G633.91文献标识码：A

在我国的基础教育课程改革中，一个十分突出的特点就是提倡探究式学习。包括生物学科在内的许多学科的课程标准都明确提出了“倡导探究性学习” 的基本理念，力图促进学生学习方式的转变，引导学生主动参与、乐于探究、勤于动手和动脑，感受科学知识形成的过程，培养分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力等，从而培养学生的创新精神和实践能力。

为了落实上述理念，生物教师一方面要在平时的教学中随时创造机会，引导学生进行探究学习；另一方面，要重视探究实验课的开展，因为它为学生提供了难得的既动脑思考又动手操作的机会，具有不可替代的价值。然而在实践中，由于学生层次、班级容量、教学时间、实验条件、教师能力等诸多因素的限制，高中生物探究实验课的开展情况还不够理想。那么，如何才能更好地开展生物探究实验课呢？我想以“探究酶的作用条件”这节课的设计为例，谈谈自己的想法。

1 善于取舍，着力于核心教学目标的实现

由于课堂探究的时间非常有限，而一项探究活动的任何一个环节如果充分展开的话，都需要很多时间。所以，教师必须对探究活动的内容和方式加以取舍。这里的难点主要是舍什么。我们往往感觉每个部分都有价值，舍弃哪个都不好。然而，在“鱼与熊掌不可兼得”的情况下，只能是“舍鱼而取熊掌”。那么，在探究实验课中，什么是“鱼”，什么是“熊掌”呢？我认为这是由一节课的核心教学目标而定的。我们在某节课舍弃了某个部分并不是因为它不重要，只是因为它对于实现我们所预设的核心教学目标而言不是重点。

以“探究酶的作用条件”这节课为例，我们可以看到许多不尽相同的教学设计。在这些设计中，探究活动的内容、开放程度、材料用具等都有所不同，这是因为它们都有各自的教学背景和核心目标，很难说哪个设计是最完美的，是能够适用于所有层次学生的。因此，我们还是要根据自己所教学生的情况、此前的上课情况、本学期探究实验课的总体计划、现有的实验条件等等来确定这节课的核心目标，进而对探究活动的内容和形式做出选择。

通过分析，我将本节课的核心目标定位在以下两点：第一，让学生亲自获得酶的活性受温度和酸碱度影响的实验证据，通过定量的探究实验认识不同条件下酶活性的变化情况。第二，让学生在探究实验活动中，学会确认和控制自变量，观察和检测因变量的变化。

根据上述核心教学目标，我对这节课的探究活动做出了以下取舍。第一，在提出问题的环节，放弃了让学生根据生产、生活中的现象提出问题，而采用了先回顾上节课的实验现象和结论，进而追问“酶总是比无机催化剂的催化效率高吗？酶的催化效率会改变吗？你有什么判断依据吗？”这样一来可以迅速引出本节课的探究问题，同时也体现了科学探究是一个不断深入的过程。第二，在设计实验的环节，突出了材料的选择、自变量的确认和操纵方法、因变量的确认和检测方法三个核心问题，而淡化了实验步骤中细节的设计。这样更有利于突出重点，实现本节课“学会确认和控制自变量、观察和检测因变量的变化”这一核心目标。第三，在实验操作的环节，采用了每个小组都只做一种温度条件和一种pH条件的探究实验，最后将各组的数据汇总分析，得出结论。这样既节省了时间，又使每位同学都亲自参与了“探究温度对酶活性的影响的”和“探究pH对酶活性的影响”这两个实验，并可以体会到自己所承担的任务对整个班级的探究活动具有重要的价值。

第四，在数据处理环节，放弃了让学生描点、绘图的方式，采用了借助Excel软件来进行数据处理的方式，节省了很多时间。第五，在得出结论环节，采用了师生对话，共同确定结论，最后由教师总结呈现的方式，使学生经过本节课的学习之后，头脑中能够留下科学、准确的结论。

以上取舍和调整为实现预设的核心教学目标提供了时间上的保障。虽然压缩和放弃了一些活动，但是学生集中精力完成了实验思路的设计和实验操作，亲自获得了酶的活性受温度和酸碱度影响的实验证据，并且认识了不同条件下酶活性的变化规律。课后，学生反映对于本节课的探究活动及结论的印象非常深刻，这从一个侧面反映出这节课已经较好地实现了核心教学目标。

2 在亲自操作的基础上对实验进行深入的开发

上探究实验课之前，教师务必要亲自操作，只有这样，才能对每个环节所需要的时间、容易出现的问题以及可能采取的改进措施有具体而深入的了解。

例如，“探究酶的作用条件”这个活动，在教材中是没有具体实验步骤的，也没有规定是采用定性实验还是定量实验。根据我校的实验条件，我决定让学生做定量实验。其中，“探究pH对过氧化氢酶活性的影响”是借助氧气传感器实现定量测量的，而“探究温度对淀粉酶活性的影响”则是采用定时取样检测的方法来确定完成反应所需的时间，进而计算出反应速率，进行定量分析的。为了能在有限的时间内顺利完成这两个实验，我事先进行了多次尝试，在尝试过程发现并解决了许多问题。例如，“探究pH对过氧化氢酶活性的影响”这一实验看似简单，似乎只要用上氧气传感器，实验就能顺利完成。但实际情况是，在没有确定出适当的反应时间、容器体积、过氧化氢溶液和肝脏研磨液的浓度及用量的情况下，在同一pH值条件下进行实验，测得的数据却总是不同，而且偏差很大。这样一来，就无法定量比较不同pH值条件下的反应速率了。后来经过反复实验，确定了适当的实验参数，才解决了这个问题。再如，“探究温度对淀粉酶活性的影响”这个实验，对于如何检测因变量，我最初的设计是：反应进行一定时间后，分别加入碘液，观察和比较颜色的深度，进而比较出不同温度下反应速率的差异。但实验表明，这是无法实现的。在许多温度条件下，试管中出现的颜色很不稳定。有时，滴加一滴碘液后出现蓝色（或紫色），震荡一下又消失了，根本无法进行比较。在反复尝试仍然没有结果的情况下，我突然想到可以采用定时取样检测的方法，并最终获得了成功。以上这些经历使我深刻地感受到，要开发实验，必须亲自动手，单纯靠想象和书本知识是难以实现的。

3 充分发挥先进的实验教学设备的作用

尽管探究活动不要求必须具有特别先进的设备，但是如果学校已经配备了一些先进的设备，我们教师就要充分发挥它们的作用。

比如在本节课中，使用了恒温水浴锅、数字化传感器、计算机、智能板等先进的实验教学设备，它们对于顺利完成本节课的教学任务发挥了极为重要的作用。例如，恒温水浴锅为控制不同的温度条件提供了便利，数字化传感器为因变量的检测创造了条件，计算机、Excel软件、智能板的综合应用对于高效地完成数据处理，得出实验结论起到了非常好的作用。

另外，一些先进的实验设备使我们可以组织更多的定量实验，例如数字化实验室中的传感器等设备。在中学生物实验中，定量实验所占的比例很小，原因之一就是传统实验室缺乏定量研究设备。随着社会的发展和技术的进步，数字化实验设备已经逐渐走进了中学校园，为开展定量研究创造了有利的条件。我们可以用各种传感器来测量多种理化指标和生理指标，从而定量研究变量之间的关系。如：我们可以定量研究不同光照强度下某种植物的光合作用速率，测量某植物的光饱和点和补偿点，定量比较不同的植物在特定光照强度下光合作用速率的差异等。我们还可以定量研究不同温度、湿度或光照条件对某种植物蒸腾作用的影响等。如果我们能够充分利用数字化实验设备有利于开展定量研究的特点，开发出一系列能够反映生物学理科特性的实验，那么势必会提高生物探究实验课的层次。

4 合理地组织合作学习

合作学习是指学生在小组或团队中为了完成共同的目标与任务，有明确责任分工的互助性学习。在开展探究实验课的时候，我们通常都会组织学生开展合作学习。其原因主要有两个方面：一方面，培养学生的合作意识和合作能力本身就是我们的教学目标之一；另一方面，探究活动的复杂性、时间的有限性和学生能力的有限性都造成学生很难独自一人完成探究实验。

我在“探究酶的作用条件”这节课中所组织的探究活动都是以分工合作的方式完成的。一方面，实验的设计和实施是以小组为单位，由几名学生合作完成的；另一方面，整体探究任务又是在各组实验的基础上合作完成的。正是因为组织了合作学习，才使学生能够在一节课中完成“温度对酶活性的影响”和“pH对酶活性的影响”两个定量探究实验，足以说明合作学习的方式在探究实验课中的重要性。

教师在安排合作学习时，要注意遵循“组内异质，组间同质”的原则，否则，容易出现因组间分工不同而造成学生的学习机会不均等以及学生不能真正全面参与探究过程的问题。小组内的分工一般不会造成上述问题。因为在小组内，学生尽管有分工，但是他们的交流是非常充分的，他们一起研究、一起操作，对于别人说了什么、做了什么，出现了什么结果都十分了解。在组间情况就不同了。各组间是相对独立的，组间的交流是不充分的，学生在完成自己所承担的任务时，不可能像在组内那样随时了解到其他人在做什么。即使教师最后组织全班范围的交流，让各组介绍自己的探究过程和结果，听的学生也很难产生共鸣，因为他没有真正参与其中。所以，只有不同组进行的探究活动是同质的，在进行全班交流的时候，学生才会非常关注别人的探究结果，并将自己得到的结果与别人的结果综合在一起来考虑问题。

因此，在“探究酶的作用条件”这节课中，尽管时间很紧，我也没有安排一半学生做“探究pH对酶活性的影响”实验，另一半人做“探究温度对酶活性的影响”实验，而是要求每个小组都做一种温度条件和一种pH条件的探究实验，最后再将各组的数据汇总分析，得出结论。这样，每位同学都亲自参与了这两个实验，并体会到自己所承担的任务对整其他专业课程的衔接与联系，相互配合、相互补充，提升了实验课程的教学水平和教学质量，对保证学生的实验质量和实践教学的效果起到了良好的作用

在实验教学内容方面，首先对实验内容进行了优选，对原来无机化学实验内容进行了较大幅度的改革，取消了过去单纯性课堂内容的实验以及与其它课程实验有重复的实验内容，提高了实验教学的起点，加强了基本操作训练，增加了综合性实验的内容。通过对实验的调整改革，既节约了实验课程的学时数，又循序渐进地培养了学生独立思考，分析问题，解决问题的能力，使实验内容和理论知识更加系统化。

在实验原理及实验方法中，采用由宽到窄检查学生的实验预习报告、观察学生的实验操作过程、结合评定学生实验数的方式介绍某一个知识点及其有关方面；实验方法上也从一般通用方法到具体实验方法，如果实验方法有多种选择，则将几种主要的实验方法做分析、比较式地介绍。实验中，坚持一人一组，独立完成每一个实验的教学原则。通过严格规范的基本操作训练，使学生掌握基本的实验技能。实验数据当堂提交指导教师，征得同意后方可离开，并采用实验数据教师与学生一式二份的方式，保证实验数据的可靠性。

3 化学实验教学网络环境在实验教学中的作用

我校非常注重在网络教学环境方面的投资，拥有十分完善的校园网和良好的上机环境，有专门维护校园网站的部门。校图书馆专门建立了电子阅览室，供学生课余上机学习之用，并且于2005年在校园网开放了网络教学平台，实现了教师和学生在课间、课后学习知识的实时互动。为使该网络平台发挥最大的功效，目前网络宽带已进入我校各个学生宿舍，学生可以在学校任何地方都能上网进行学习。网络教学资源建设初具规模，并能经常更新；运行机制良好。基础化学实验课程教学已建立了教学网络，教学内容均已上校园网。通过网络教学平台，教师可控制和调节实验部分的内容。

4 综合实验改革的设想

开设基础实验，目的是训练基本实验技能，要求的是遵守和服从，这的确是训练基本操作的经典好方法。以前所开设的基础化学实验，包括所谓的综合性实验，都是分别取自于基础化学一门课程中的知识点，只是将基础化学课程中的各种知识点和各种实验基本操作在综合实验中加以综合应用，几乎处于同一个层次。这对于兴趣多变的年轻学生来说可能就没有足够的吸引力。综合性、设计性实验是一种能够培养学生综合应用知识和创新能力的很好方法和途径。我们准备在学完了化学基础实验课程以后，将基础实验组合或扩充为一些层次稍高一点的、涉及多门化学课程知识点和实验操作内容的综合性、设计性实验，让学生有一定程度的自主设计和安排实验的余地，使其变成学生自己的实验，提高他们的兴趣。设计性实验不仅可以培养和检验学生应用理论知识、掌握实验原理、选择与操作实验仪器、确定实验条件和选择实验方法等方面的能力，也给学生一个较宽阔的思考空间和选择余地，使其可以发挥各自的思维与想象力，使学生的创新意识和能力受到启发与锻炼，而且可以培养学生科学思维和科学素养。我们在实验内容上将给学生一定程度的自由发挥，期望学生的实验态度从“要我做”转变为“我要做”，从“要我学”转变为“我要学”。培养学生综合解决问题的能力。

实验改革后的预期效果：学生可能比较有兴趣，但是开始时也会表现出不适应。首先是没有了实验教材这根“拐杖”；也没有“画瓢”时可参照的“葫芦”。学生做实验到了较深层次时，对怎样将实验内容做得更丰富可能会显得有点不知所措。但是，为了完成好一个综合实验，肯定需要比基础实验更多的思考和设计，可以将学生在实验学习过程中的缺陷暴露出来，让学生让学生及时发现自己实验能力方面的不足之处；也将学生在未来很有可能会遇到的困难，提前到做综合实验的阶段显现出来，让学生从现在开始不断地修正和拓展自己的实验动手能力，提高分析问题和解决问题的能力。综合实验的报告格式可从老的实验报告格式改革为研究报告的论文格式。学生也可获得论文写作的学习和训练。综合实验改革的成果可能将在学生的毕业论文中和研究生阶段体现出来。如果将来学生的综合性的实验能力增强了，我们改革的目的就到达了。

参考文献

[1]宋心琦.有关化学实验改革的想法与建议.化学教育,2001(3):36-37.

[2]刘光明.基础化学实验Ⅳ实验室实验教学改革.中国科学技术大学 实验教学研讨会,2002:31-41.