提升生物学实验教学品质的融合策略

李能国

(江苏省常州市教科院附属中学 213001)

实验教学是生物学教学的基本形式之一，《普通高中生物学课程标准(实验)》中共有68个实验和活动建议，包括形态观察、物质鉴定、探究实验、调查、制作等方面，内容和形式多样。

生物学实验教学的品质指向核心素养。当前生物学实验教学存在几种误区，严重影响实验教学的品质：一是课堂热热闹闹，形式多于内容，缺少探究的内涵；二是操作有条不紊，过多依赖于教材，缺少思维的深度；三是尽量少做实验，认为做实验不如做实验题，缺少正确的价值取向。提升生物学实验教学的品质，需要在教学环境、教学方法、教学目标等领域进行改变。改变可以是创新，却不是对过去的简单否定，而是深度的融合。

1 教室与生物学实验室的融合

传统的学校建筑可分为教学楼、实验楼、图书馆、办公楼等，这样的布局是以管理为中心，而不是以学习者为中心的。一般情况下，绝大多数生物学课在教室上，少量实验课到实验室进行。教室与实验室是两个完全不同的教学环境，在教室和实验室里的教学目标、课堂管理、学习方法完全不同，因此，一方面学生喜欢实验课，在实验课上比较兴奋，同时也放松了对自己的要求，另一方面教师害怕实验课，实验课准备工作量大，课堂难以管理。破解上述问题需要创新教学环境，将传统的教室与生物学实验室融合，形成生物学科教室，从而具有丰富的功能。

生物学科教室内配备有黑板、多媒体设备，桌椅摆放的形式可以灵活多变，满足常规的教学活动的需求。当所有的生物学教学活动都在学科教室进行时，改变过去为了实验才去实验室的弊端，分组实验、演示实验可以与知识学习同步，既符合学生的认知规律，又恢复了生物学课堂的理科特性。生物学科教室的墙壁上可以张贴与生物学相关的照片、图片、实验报告等，窗台上培养实验或观赏用的动植物，让学生走进生物学科教室，就进入有生物学特色的学习情境，从而提高学习效率。学科教室配备与生命科学相关的书籍、杂志，让师生在需要的第一时间能够伸手可及，同时配有多台电脑，供个人或小组收集生物学信息、处理实验数据、形成电子实验报告等[1]。

2 技能训练与科学探究的融合

生物学课程标准对能力目标的描述分为三个方面：①能够正确使用一般的实验器具，掌握采集和处理实验材料、进行生物学实验的操作、生物绘图等技能；②能够利用多种媒体收集生物学信息，学会鉴别、选择、运用和分享信息；③发展科学探究能力。目前生物学实验教学主要停留在操作技能层面，如制作临时装片、DNA粗提取、血球计数板的使用等。许多教师组织实施的实验教学，过于依赖于教材，当实验原理、器材和操作步骤都已知时，探究实验只是简单的模仿，而丧失了其应有的教育功能。

提升生物学实验教学的品质，需要将技能训练与科学探究融合。操作技能中隐含着科学的思想和方法，规范的操作是探究实验成功的保障，一方面教师要正确示范，另一方面学生要有充足的时间进行练习。科学探究的本质是提出问题和解决问题，通过创设真实、新颖的情境，引导学生不断发现新的问题，灵活自主地设计实验的方案，正确运用生物学的思想、方法和探究工具，在科学探究过程中形成学科关键能力。例如，“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验中，利用血细胞计数板进行酵母菌的计数是一个特殊的生物学实验技能，需要理论分析，更需要动手操作，但由于实验要测量7d的数据才能绘制种群数量的增长曲线，实验的周期比较长，许多学校只进行技能训练，没有让学生体验科学探究的全过程，换一个角度思考，怎样才能在一节课中完成科学探究的全过程？教师可以提前一周配制好酵母菌培养液，在适宜的环境中培养，每天定时取出一定量的培养液放入冰箱中冷藏，让酵母菌处理休眠状态，这样在一节实验课上，就可以测量到7天的数据，并建立数学模型了。

3 定性实验与定量实验的融合

定性实验是确定研究对象是否具有某种性质或某种关系，定量实验是寻找数量之间的关系，用观察、实验、调查、测量、统计等来研究和分析现象。在《普通高中生物课程标准(实验)》和《义务教育生物学课程标准(2011版)》的教学建议中，对定量实验要求的描述是：“在重视定性实验的同时，也应重视定量实验，让学生在量的变化中了解事物的本质。教师应给学生提供机会学习生物学研究中的测量方法，实事求是地记录、整理和分析实验数据，定量表述实验结果等”。开展定量实验是培养学生理性思维、科学精神的重要途径之一，提升生物学实验教学品质，需要将定性实验与定量实验相融合。

学生能力的养成是一个循序渐进的过程。例如，在初中阶段，“探究光合作用的条件、原料和产物”实验，运用简单而科学的方法，验证植物光合作用需要光和二氧化碳，产生淀粉和氧气，这是定性分析；而在高中阶段的“探究影响光合作用速率的环境因素”实验，是一个定量实验，从定性实验到定量实验，在实验原理和方法上大同小异，但需要确定一个可测量、有信度的指标，同时关注实验材料的选择、自变量和无关变量的控制等。一方面教师要认真完成课程标准规定的定量实验；另一方面，可以将课程标准中的定性实验转变成定量实验，如“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的定性实验，简单的操作对高中学生毫无挑战性，从实验现象直接得出“酶具有高效性”的结论，证据尚不够充分，可以发挥学生的想象力和创造力，将其转变成定量实验，让学生在活动中充分感悟定量实验的魅力。

4 独立思考与小组合作的融合

很多学生对实验教学的目标认识比较模糊，走进实验室时什么准备也没有，注意力集中到实验材料上，急于观察、摆弄材料，甚至动手操作，而忽略了教师的讲解和要求，常常是不知道为什么这样做、要观察什么、做完后还要干什么。有些教师过分强调学生的自主性，没有为学生的实验活动提供必要的支持，完全放手让学生独自完成，表面是对学生权利的尊重，实质是对教学过程的放任自流。有些教师将小组合作学习泛滥化，一节课中无数次要求同桌两人或者前后桌4人之间进行合作，常常出现无话可说的尴尬场面，或者少数人包办了探究的全过程，合作学习形同虚设。为避免上述问题的出现，需要将独立思考与小组合作进行融合。

新课程倡导自主学习与合作学习，自主是个人的能动性和独立性的体现，合作是对个人有限性的弥补及基于人在社会中生存的需要，教师应努力创设情境、积极引导、及时指导，使探究活动有思维的深度，有对话交流，从而实现互动生成、真实有效。例如，“探究影响酶活性的条件”实验中，教师可以提出系列问题让学生独立思考：①探究温度对淀粉酶活性影响的实验中，观测的指标是什么？斐林试剂和碘液是否都可以用来检测反应程度？②探究pH对过氧化氢酶活性影响的实验中，调节过氧化氢溶液的pH与调节肝脏研磨液的pH值的意义相同吗？只调节过氧化氢溶液或肝脏研磨液的pH，实验结果相同吗？③如何确定淀粉酶的最适温度或过氧化氢酶的最适pH？

这三个问题对学生都具有一定的难度，通过阅读教材不能直接找到答案，需要进行独立思考，从而深刻地理解实验的原理和方法，感悟科学精神。在分析这三个问题的基础上，激发了学生探究的兴趣，根据不同的实验内容，灵活运用多种分组形式，小组的成员数量、位置、任务也不断调整，通畅学生之间信息交流的途径，解决同一小组长期合作造成的角色定位、没有新鲜感等问题。

5 动手操作与纸笔测试的融合

教师在实验课上，需要指导学生的实验过程、处理动态生成的资源，常常是心有余而力不足，忽略了对实验教学效果的评价。现阶段纸笔测试是最常用的对学生实验能力的评价模式，理性思维和科学探究能力是纸笔测试的重点，纸笔测试一般出现在各级考试中，具有滞后性，又无法评价操作技能，从而有人认为实验操作对提高纸笔测试成绩没有帮助，“做实验不如做实验题”的错误观点，将实验操作与纸笔实验对立。

提升生物学实验教学的品质，需要将动手操作与纸笔测试进行融合，指向学生发展核心素养的实验教学不排斥应试，只有在真实的情境下，才能真实地表现学生内隐的能力，只有通过评价，才能进一步完善教与学的品质。以实验为情境的纸笔测试，可以是随堂或者课后的几道试题。例如，探究“酶的特性”系列实验结束后，布置的作业如下：在探究酶的专一性实验中，提供的材料有质量分数2%的淀粉酶溶液、质量分数20%的肝脏研磨液、质量分数3%的可溶性淀粉溶液、体积分数3%的过氧化氢溶液、碘液、斐林试剂等。请回答下列问题： ①如果选择可溶性淀粉作为反应物，实验的自变量是什么？因变量是什么？②当反应物为可溶性淀粉时，检测因变量应选择斐林试剂而不是碘液，原因是什么？③有人提出反应物可以同时选择可溶性淀粉和过氧化氢，你认为这种方法可行吗？说明你的理由。

题干来自真实的实验情境，通过及时的纸笔测试，说明实验操作获得感性认识是有用的，纸笔测试中开放的问题，能够促进学生的反思、感悟、内化和迁移，从而发展核心素养。