解决实验设计问题，培养学生的探究性实验设计能力

⌾王洁红

解决实验设计问题，培养学生的探究性实验设计能力

⌾王洁红

生物学是以实验为基础的一门自然科学，在新课程改革的今天，教育的目的不仅是传授学生知识，更主要的是培养学生的科学素养，特别是学生的独立实验设计和动手的能力，即不仅要学生知道是什么，而且要知道为什么，更重要的是知道怎么做；因此，实验教学的模式非常重要。这是一位老师上的一节实验课，课题是《检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质》，教学方法是实验法。实验准备是这样的，实验桌上有配置好的蛋清稀释液、浸泡过的花生种子、炸过的红富士苹果汁还有其他的如双面刀片、试管、大小烧杯等仪器及0.1g/ml的NaOH 0.05g/mlCuSO4溶液、0.01%g/ml CuSO4、苏丹Ⅲ染液；黑板上展示着实验原理、实验目的、材料用具、方法步骤。整个教学过程是这样的：一、师生一起学习实验原理、目的要求、方法步骤；二、比较斐林试剂、双缩脲试剂的使用原理和使用方法；三、教师演示实验步骤；四、 两人一小组学生自己动手实验；五、小组交流实验结果；六、整理下课。

在以上实验课的教学中笔者认为存在以下几个问题：一、教师在对实验教学目标的理解上不到位；新教材安排的这个实验是一个探究性实验，目的是让学生学会如何去选材、自己去尝试实验过程，看到各种实验现象，在各种尝试后得出检测还原糖、脂肪、蛋白质最好的实验材料、实验步骤、实验现象。二、教学方法上比较传统，还是使用的一般验证性的实验方法。笔者认为探究性试验的课堂教学应注意以下几个方面

一、培养学生积极参与的意识

在这个学生实验中，实验材料、试剂都是书本上指定的，课前由教师准备好的。实验时，学生完全按规定的步骤进行。在这过程中，学生完全成了机械操作者，甚至到结束都没留下完整的印象。这种教学没有给学生留下积极思维的空间和余地，也不允许他们有任何意义上的创新，抑制了学生的主动、独立思考的能力。而现代教育就是要引导学生积极参与。因此，教师可结合具体实验，教会学生一些基本的实验研究方法，然后让他们自己去弄清实验原理、主动查找资料，选择合适的实验材料和实验方法。例如还原糖的实验中教师准备苹果、犁、马铃薯等多种实验材料，让学生尝试各种材料，寻找最适合的实验材料，从而总结出用于检测还原糖的实验材料的特点：比如颜色浅、还原糖较多的红富士苹果是比较好的实验材料，并且自己动手榨成汁 。脂肪的鉴定中准备花生种子、花生种子匀浆、浸泡过的花生种子等，让学生自己体会哪一种材料、哪种方法合适，体会脂肪的鉴定不仅是一种方法。这样，就可使学生加深对实验全过程的认识，提高实验课的效率，也可培养他们的兴趣和能力。这样不仅可使学生获得某种程度上的成就感，也培养了学生探究性的实验设计能力，动手能力、合作能力。

二、让验证性实验上升为探索性实验

教育家布鲁纳指出，教学应该“教人发现真理”。传统的生物实验只是验证课本上的知识，学生在整个教学过程中处于从属的、被动的地位，他们关注的是实验结果，而对实验的理论背景和实验设计的方法不加思索。这种重结果轻过程，重接受轻参与的做法不利于能力的培养，因此，在实验过程中，鼓励学生大胆设想，改验证性实验为探索性实验，为学生创造条件，去探索、实施他们想要做的实验，成为教师思考的问题，笔者建议，要培养学生探究性的实验能力，观察、思维及创造能力就要把注意力从注重实验结果转移到实验方案设计思索思路及改进方法等方面上来。有时，有的学生可能会“异想天开”。此时，教师应倍加关注那些爱思考，有创意的学生，充分挖掘其“异想天开”中的合理因素，使他们敢想敢说。就象苏霍姆林斯基讲的要像对待荷叶上露珠一样去呵护学生幼小的创造的心灵。例如以上这个实验教师首先上一节预备课与学生共同学习实验原理、目的要求，比较斐林试剂、双缩脲试剂的使用原理和使用方法和注意事项；其次分配各个实验小组，设计实验方案；以下展示《检测还原糖、蛋白质、脂肪》的实验中一个实验小组在实验前的设计了实验步骤：

(1)还原糖的检测和观察

①、向试管内注入2mL待测苹果组织样液

②、向试管内注入1mL斐林试剂

③、将试管放入50—65℃左右的温水中加热2分钟

④、观察试管中出现的颜色变化

(2)蛋白质的检测和观察

①、向试管内注入待测豆浆2mL

②、向试管中注入双缩脲试剂A1mL,摇匀

③、向试管中注入双缩脲试剂B1mL,摇匀

④、观察组织样液的颜色变化

以上实验小组展示的实验 步骤中存在明显的不足之处：a 、材料是固定的，学生没有独立地去选择各种不同的实验材料 b、实验方法还是老套的，还是验证式的实验方法。

建议和改进以后的实验步骤：

(1)还原糖的检测和观察

①、分别准备苹果、梨、马铃薯匀浆

②、取三支试管编号1、2、3分别各取2mL以上匀浆

③、分别向三支试管内注入1mL斐林试剂

④、将试管全放入50——65℃温水中加热2分钟

⑤、观察比较三支试管中出现的颜色变化

(3)蛋白质的检测和观察

准备待测样液淀粉、稀释的鸡蛋清(颜色相近)

①、取两支试管编号1、2分别向试管内注入待测A、B2mL

②、分别两支向试管中注入双缩脲试剂A1mL,摇匀

③、再两支向试管中注入双缩脲试剂B1mL,摇匀

④、观察比较两支试管的颜色变化

结论：呈紫色的为蛋白质

改进后的实验注重了自我选择实验材料，多种操作进行对比，注重了思考和辨析，渗透了探究性实验的思路，也培养了学生思考分析问题的能力，探究性实验的设计能力以及小组合作精神。

三、留更多的时间让学生尝试实验过程，各种可能的实验现象，分析实验现象的各种原因，寻找最理想的实验步骤、现象和结论

通过这一探索过程，一方面满足了学生的好奇心和求知欲，另一方面也培养了学生的主体意识和科学思维的能力。 有时，学生实验不一定会取得令人满意的结果。此时，要鼓励学生通过讨论、分析实验中出现的现象，并通过思考找出解决问题的方法。例如以上实验中鼓励学生自己设计实验、尝试实验过程，分析总结出检测还原糖、脂肪、蛋白质的最好材料和最理想的实验材料。这样一来，虽然有时不能得出理想的实验结果，但对知识的引用能力和领悟能力却得到了发展，同时也培养了自己综合处理生物学信息的能力。

四、培养学生设计简单探索性实验方案的能力

在教学中，教师要精心设置情境，鼓励学生设计简单的实验方案，这有助于培养学生的探究能力和思维能力。在学生掌握了一定的生物学知识后，可让他们亲自设计实验。例如在了解酶的特性后，可设计探究试验温度影响酶的活性，PH影响酶的活性的试验、酶的专一性实验，《绿叶中色素的提取和分离》实验等，在实验条件许可的情况下，都可让他们去试一试。学生自己设计实验和按书用做的感觉和效果是有天壤之别的。

以下是笔者在实验教学中的尝试：

一个小组实验前的实验设计：标题是《探究温度对酶活性的影响》

(一)材料：

唾液、碘液、量筒、大烧杯、滴管、试管、试管夹、酒精灯、三脚架、石棉网、温度计、火柴、冰块。

(二)实验步骤

1、取三支试管编号ABC

2、取唾液3mL

3、分别向A、B、C三支试管中滴加1mL3%的可溶性淀粉溶液

4、分别向三支试管中滴加1mL唾液

5、取烧杯三个编号a、b、c

6、向A烧杯中加入冰块，向B烧杯中加入37℃的温水，向C烧杯中加入70℃热水，并将试管ABC分别放入abc烧杯中

7、分别向ABC三支试管中滴加碘液并观察

(三)实验结果及结论

该实验既然探究温度对酶活性的影响，那么在唾液与淀粉混合之前首先就要控制温度，所以实验后的实验设计改为：

标题是《探究温度对酶活性的影响》

(一)材料

唾液、碘液、量筒、大烧杯(3个)、滴管、试管(6支)、试管夹(6个)、酒精灯、三脚架、石棉网、温度计(2个)、火柴、冰块。

(二)实验步骤

1、取六支试管编号a、a′、b、b′、c、c′；3 只烧杯编号A、B、C

2、向A烧杯中加入冰块，向B烧杯中加入37℃的温水，向C烧杯中加入70℃热水，温度计控制温度，并将试管aa′bb′cc′分别放入ABC烧杯中

3、取唾液3mL ，分别向a、b、c三支试管中滴加1mL3%的可溶性淀粉溶液,向a′、b′、c′试管中加入1mL唾液

4、将6支试管分3组分别放在3只烧杯中继续保温

5、将3支试管的唾液分别倒入配套的3支试管中，继续保温

6、分别向 abc三支试管中滴加碘液并观察

(三)实验结果及结论

为什么要这么修改呢？既然探究温度对酶活性的影响，那么思路上应该先控制温度，取六支试管分两组的目的也是为了控制温度。既然是探究性实验就要首先具有探究性的想法和思路，观点就不能老套。

通过这些过程，既能培养他们独立且科学地思考问题的能力，又能培养他们观察、设计实验、思维、自学等能力，从而提高学生的科学素质。

探究性实验设计能够激发学生的好奇心，使学生获得亲身参与的体验，并提高学生的求知欲；能够提高学生观察事物，解决问题以及创新能力；能够通过创新活动培养学生良好的科学素质；培养学生社会责任感和使命感。在中学生物课堂教学中，我们要尽可能地创造机会让学生尝试探究性实验，培养良好的品质和素质。

江苏南通市通州区金沙中学 226000)