精心设计生物实验 培养自主思维能力

刘福林

摘要：在初中生物实验教学中，教师通过巧妙设计活动，吸引学生积极地投入到探索活动中来；设计问题环节，引导学生掌握科学探究的基本方法；运用简易的实验材料，改进设计实验方案；巧妙创设探究情境，让学生的探究活动既有趣又真正有所收获。引导学生解决实验问题，培养学生的动手能力，使课堂充满生机与活力。

关键词：设计活动；科学探究；实验方案；自主思维

生物学实验课是最受学生欢迎的课程。但在实际教学中，我们许多教师只是照本宣科，按照书本上的实验步骤，要求学生一步步地模仿操作，或者由于实验条件的限制，就放弃操作过程，把结论直接告诉学生。这样的课堂抑制了学生的思维，不利于学生动手能力的培养和科学素养的发展。生物学是实践性很强的一门学科，在教学过程中，教师可以不拘泥于课本，根据教学内容的需要，优化实验教学过程，充分地把学生融入实验的情境中去，引导学生积极观察实验现象，努力解决实验问题，既有效利用了实验的教育价值，又调动了学生学习的积极性，提高学习兴趣。

一、巧妙设计活动，激发学生实验的积极性

良好的教学环境能激发学生积极的情感，促进学生智力活动的进行和个性的发展。在学生实验中，教师可以通过设计一些新颖独特的活动，提出有思考性的问题，调动学生思维，吸引学生积极地投入到探索活动中来，从而提高教学效率。

例如，在探究“适于蚯蚓生存的环境”实验中，有些学生讨厌蚯蚓，或者对蚯蚓存在恐惧心理，不愿意做实验。于是笔者设计了一个探究活动：“给蚯蚓建造一个温馨的家”。同学们非常兴奋，他们四人一组，通过在校园里观察蚯蚓的生活环境，讨论和设计“蚯蚓之家”应该具备哪些基本条件，利用可乐瓶、食品瓶、花盆等设计实验方案，然后采集蚯蚓、土壤、树叶等，建造一个蚯蚓的“家”。为了保持土壤透水、透气，有的同学还在瓶子底部挖了一些小孔。有些同学对蚯蚓呵护备至，甚至把蚯蚓当作宠物来饲养了。两个星期后同学们汇报和展示自己的实验成果，大家共同评选出最佳“蚯蚓之家”。通过这次活动，同学们不仅掌握了适于蚯蚓生存的生态环境，而且观察了蚯蚓的形态结构特征。实验结束后，同学们主动把蚯蚓放回大自然，体现了关爱大自然，珍爱生命的美好情感。

可见，教师通过活动引入课题，使同学们在游戏中轻松地进行探究性学习，摆脱以往生硬灌输的教学模式，化难为易，在快乐和欢笑声中完成学习任务。

二、设计问题环节，引导学生掌握科学探究的基本过程

实验研究的程序和方法体现了科学探究的基本过程：提出问题→作出假设→进行实验→得出结论→表达和交流等。绝大多数的中学生物实验都体现了这个科学探究的基本过程。教师应结合每个具体实验，帮助学生由了解到理解，最后初步掌握科学探究的基本过程，把这种发现问题，解决问题的基本程序内化为学生的思维习惯。学习科学探究的过程是枯燥的，在教学过程中，教师可以通过巧妙设计实验问题，引导学生在解决问题的深厚兴趣中掌握科学探究的基本方法。

以“光合作用产生氧”的实验为例，笔者创设这样一个问题情境：

将一盆生长旺盛的绿色植物和一只小白鼠同放在一个密闭的玻璃罩内，在阳光的照射下，植物和小白鼠都能正常地生活着；在黑暗的条件下，小白鼠很快死亡。这是什么原因呢？

同学们根据以上的问题，作出如下假设：

绿色植物在阳光下进行光合作用，能产生氧气，供给小白鼠呼吸，小白鼠才得以正常生活，在黑暗的条件下，植物不能进行光合作用，玻璃罩中缺少氧气，小白鼠很快窒息死亡。

怎样用实验来证明光合作用产生氧气？教师可以先向学生介绍实验原理，材料，装置等，同学们设计实验方案。大部分同学以金鱼藻为实验材料，用排水法收集金鱼藻在阳光下产生的气体，当快要熄灭的竹签遇到这种气体时，迅速地燃烧起来。同学们分析这种现象，因为氧气具有能使快要熄灭的物质迅速燃烧的特性，从而得出结论：绿色植物在阳光下产生氧气，验证了最初的假设。

在生物学教学过程中，有些实验问题本身就体现了一个非常好的实验设计构思。一个完整的生物学实验问题，就是一个实验设计的雏形。因此，引导学生对这类生物学实验问题进行练习，通过对实验问题的解答，同样可以使学生掌握科学探究的基本过程。例如：

1.如图1，从一株木本植物上选取一个枝条，用解剖刀在枝条中部剥除约1厘米宽的一圈树皮，露出木质部，然后用少量凡士林涂抹在环切部位。约两个月后，发生了如下图所示的变化，在切口的上方形成枝瘤，解释枝瘤形成的原因。

2.如图2，在同一株植物上，选取有大小相同果实的带叶枝条，在两果实中间剥除约1厘米宽的一圈树皮，露出木质部，然后用少量凡士林涂抹在环切部位。数日后，位于切口上、下方的果实将会有什么不同？解释原因。

3.如图3，在同一株植物上，再选一枝条，在两叶之间，用解剖刀在中部剥除约1厘米宽的一圈树皮和木质部，只剩下髓，然后用少量凡士林涂抹在环切部位。两日以后枝条上的叶片有何变化，解释发生变化的原因。

从这个生物实验问题可以看出，该题目本身就是一个较为周密的实验设计方案，其实验结果是验证植物茎中的韧皮部和木质部的功能。它是通过逐一排除环割韧皮部和木质部所产生的不同现象来分析二者的功能，即应用减去原理来设计的实验。学生在浓厚的学习兴趣中，掌握了科学探究的基本方法。

三、运用简易的实验材料，巧妙设计实验方案

在初中学生物教学中，对学生进行实验设计能力的训练可以围绕实验材料的选择、实验手段的改进等多种途径和方法进行。由于实验条件的限制，有些实验难以完成。但是，运用简单易得的实验材料，巧妙设计实验方案，同样能够取得较好的实验效果。

例如，学习细胞的吸水和失水原理时，很多学生不理解半透膜的选择透过性原理。半透膜是指某些物质可以自由通过，而另一些物质则不能通过的多孔性薄膜。课本上介绍的实验步骤较繁琐，学生不容易操作。鸡蛋的卵壳膜就是具有选择透过性的薄膜。利用同学们司空见惯的蛋壳做半透膜实验，材料易得，感性直观，每个学生都可以独立完成。笔者的实验过程如下：

实验材料的准备：取两个大小相近的鸡蛋，用剪刀剪去尖端的蛋壳，使之成为一个直径约为0.8cm边缘整齐的圆孔。摇动鸡蛋，将蛋黄、蛋清从小孔倒出，并用水把蛋壳冲干净。将钝端的蛋壳轻轻敲裂，再将钝端敲裂的蛋壳轻轻剥离，露出约1cm高完好的卵膜。

实验操作：将处理好的两个蛋壳分别放入两个装着等量清水的烧杯中，尖端圆孔向上。向其中一个蛋壳的圆孔内加入饱和蔗糖溶液，直到蛋壳大部分沉入水中，水面接近圆孔；向另一个蛋壳的圆孔内加入清水，也使其大部分沉入水中，水面接近圆孔，两个蛋壳都保持悬浮状态（实验装置如图4所示）。约30分钟左右就可以观察到：加入蔗糖溶液的蛋壳由于烧杯中水分的渗入而逐渐下沉，直至沉没于烧杯的清水中，而加入清水的蛋壳仍保持初始的位置。

通过上述操作得到的实验现象非常明显，有的同学还设计了其他方案。同学们通过动手操作，不仅深刻理解了半透膜的作用，而且观察了鸟卵（以鸡蛋代表鸟卵）的结构，收到较好的教学效果。

四、巧妙创设探究情境，充分培养学生自主思维能力

实验探究特别重视开发学生的智力，发展学生的创造能力和思维能力。要让学生的探究活动既有趣又真正有所收获，教师必须认真思索如何创设探究情境。根据不同的教学内容，巧妙创设课堂探究情境，激活学生的兴奋细胞，使学生在整个探究过程中处于积极状态，从而达到愉快学习的效果。

例如，在教学“探究蚯蚓对外界刺激的反应”这一环节中，笔者把学生分成四人一组，每组分发一条蚯蚓，鼓励同学们说：“请大家自己设计一些小实验，探究蚯蚓对外界刺激的反应，看谁最聪明，能够得出别人不知道的结论。”同学们一听，立刻来了兴致，他们把蚯蚓放在解剖盘中，按照自己的方式研究起来。当时有一位同学对着蚯蚓拍手，叫喊，蚯蚓没有任何反应。可是，当他用铅笔敲击解剖盘的边缘时，蚯蚓开始翻滚身体，表现出焦躁不安的情景。于是这个同学发言说：“蚯蚓没有听觉，但喜欢安静的环境。”另一个同学用铅笔、不同颜色的纸在蚯蚓的前面来回远近、左右向不同的方向晃动，发现蚯蚓没有任何反应；然后，他把蚯蚓放在一个黑暗的纸盒中，用聚光的小手电筒照射，发现蚯蚓作出明显的躲避光线反射，从而得出结论：蚯蚓没有视觉，但体表有感光细胞，可以感受光线的强弱。有的同学分别把蚯蚓放在硬纸板上和玻璃板上，比较它们在哪个平面上爬得更快。还有的学生更是别出心裁，用文具盒、硬纸板搭了一个45度的斜坡，把蚯蚓放在斜坡上，观察蚯蚓向哪个方向爬等等。

通过这次探究活动，同学们拓展了科学探究的方法，增强了创新意识，培养了科学态度和探索精神。

总之，在初中生物教学中，教师要精心设计生物实验，激发学生的学习兴趣，促使课堂出现师生互动、平等参与的生动局面，让学生勤于动手、主动参与、乐于探究、积极思维，真正成为课堂的主人，课堂也真正充满生机和活力。

参考文献：

[1]蒋沂蒙.谈如何进行生物学实验课的教学设计[J].生物学教学.2013（01）：36～37

[2]李相玲.初中生物实验教学中的三个“兼顾”[J].中学生物教学.2012年（10）：4～5

（作者单位：广东省珠海市斗门区第二中学519100）