高中生物实验中研究性学习的实践与收获

刘朦玮+李怀生

【摘 要】 高中生物实验研究性学习和学生实验设计能力培养两者之间表现为正相关，且具有长期的、稳定的、普遍的效果。在生物学科教学中，充分利用和挖掘新教材中的研究性、探索性因素，多渠道开展研究性学习，是培养学生创新意识和创新能力的有效途径。

【关 键 词】 高中生物实验；研究性学习；实验设计能力

如何在以教师为主的实验教学方式中创设让学生进行研究性学习的情境呢？下面是我与学生共同探讨出在实验研究性学习中的一些实践与收获，与大家共勉。

一、明确实验原理的研究性实验

教师提出需学生研究的问题→学生设计实验→实验验证→得出结论→填写报告。

以“细胞的渗透作用”实验为例，渗透系统建立的条件为需要半透膜且半透膜两侧具有浓度差，从而发生渗透作用。通过对实验原理的分析，我们从渗透系统建立的条件上思考创设了一些研究性学习的情景。比如：对外界溶液的改变，要求学生利用此实验原理，对现有的20%、30%、50%3种不同浓度的溶液进行排序。此题作为本实验的研究题目在实验课上布置下去，要求学生在完成大纲规定的实验基础上进行研究，自行设计有关的方法、步骤然后把方法、结论及其说明填写在报告上。以此实验探究后，提高了探究的兴趣。学生探究欲望越来越强。从学生使用的方法来看，可以说是多种多样，有每种溶液各制一张装片比较细胞的质壁分离的数量与程度的，有通过引流方法观察细胞有无质壁分离或质壁分离复原现象的……这些都拓宽了学生的视野。甚至有位学生得知溶液的化学成分是食盐溶液后，他把每种溶液都尝了一下，来验证其实验的结果。我们从中可以看出学生主动研究的精神。课堂小结时请学生分析自己实验成功与失败的原因。我们认为这些失败的教训也是他们的收获之一。通过这些带有研究性质的学习过程，加深了学生对此实验原理的理解。

二、明确实验过程和步骤的研究性实验

教师对实验步骤提出建议→学生选择比较实验→分析对比结果→得出结论→填写报告。如在探究过氧化氢酶的活性实验中，常用计量氧气释放量的方法，但当氧气产生量较多时就很困难。我们利用氧气的性质启发学生，用打孔器将过滤纸制成小圆片，浸泡在含酶的过氧化氢缓冲液中，实验开始时，小圆片沉降在溶液底部，但后来会浮出液面，这样记录小圆片上浮时间，用时间的倒数来表示过氧化氢酶的催化活性。这样可以展开多项实验研究，如研究底物质量分数对于酶催化活性的影响，实验在不同质量分数的过氧化氢溶液中重复进行。

通过实验过程引出并讨论以下问题：①为什么小圆滤纸片在实验进行一定时间后就开始上浮？②为什么在此实验中过氧化氢溶液要用缓冲液？③若要研究温度对过氧化氢酶催化活性的影响，应怎样调整这个实验的设计？④若要研究pH对过氧化氢酶催化活性的影响，应怎样调整这个实验的设计？这些问题都涉及到上述实验设计的原则：①是由于过氧化氢分解产生了氧气气泡改变了溶液的密度，使滤纸片可以上浮，将氧气的释放量的多少转化为滤纸片上浮的时间，运用了实验条件的转化原则；②是用缓冲液维持了反应溶液中酸碱度的稳定，运用了实验条件的恒定原则；③和④则强调了不同研究目标时的对照组设置的原则。通过对这种过程的总结，使学生从中提取实验设计的一般性规律，使过程性知识理论化。

在实验过程中学生的兴趣很高，积极性与主动性得到充分体现，相互之间主动交流实验的结果与体会。同时教师根据学生的实验对比结果，对实验的方法进行了一定的改进。如“叶绿素的提取与分离实验中”，画滤液细线的方法可直接采用载玻片的一侧蘸取匀浆，压在滤纸条上或者直接将滤纸条画线处折叠蘸取匀浆等。此法可以节省实验时间，且滤液细线细而齐整，画线次数超过7次后对实验影响就不明显了。部分学生的研究结论被教师介绍给大多数学生，学生的研究直接参与进教学的研究，这对参与实验的学生是一种激励，反过来可以成为他们进一步学习的动力。

三、明确学生实验操作中易错的研究性实验

教师针对教材中某些“不许”“不能”“注意”等内容提出质疑→要求学生解释为什么→学生实验→得出结论。

如在“叶绿体中色素的提取与分离”实验中不能让层析液浸没滤液细线，否则色素会溶解在层析液中，影响实验结果；“植物细胞的有丝分裂”实验中根尖解离后必须经过漂洗，否则盐酸同染色剂反应，会影响根尖细胞内染色体的染色效果；“探究温度对酶活性的影响”实验中，为什么不能先加酶与底物混合，应先分别对底物和酶保温等。为什么要这样做呢？以往教学过程中往往是教师把答案告诉学生，要求学生记住，实验中不能如此操作。但在开展研究性学习的实践与研究后，教师不再给出答案，而是建议学生不妨在实验时试一下，通过亲自进行“错误”操作，学生知道了此操作所造成的后果，其印象比教师口头的讲述要深得多，也更有说服力，其心理体验是前者无法相比的。也有一些“错误”操作的结果对实验并无多大影响，如“温度对酶活性的影响”实验中使用先混合和保温后再混合实验效果是相同的，那么教师就应引导学生分析其原因，为什么教材中采用前者，由此让学生体会科学研究的严谨性。

这样一种设计能养成学生批判性的获取教科书知识的习惯，培养学生发现问题，并积极探索解决问题的精神，更能培养学生的逻辑思维能力。学生能更深入地认识科学的本质特点，加深对生物学知识的理解，超越现有知识，也有助于培养学生的科学态度和创新精神。

四、以教材实验出发设计研究性实验

教材中的知识点→教师、学生提出质疑→学生课外实验→得出结论。

高中生物教材中的学生实验以及演示实验，既有验证型的又有探索型的，既有观察型的又有操作型的。而这些实验，都为前人的科学研究過程中的一部分，学生对此进行重复操作，不仅有助于对有关知识的理解和掌握，同时也培养了学生的观察、实验操作和思维能力，从实践中体会科学实验的严谨性。因此，我们希望在教材中有更多的实验，但课堂教学受教学时间的限制，无法过多地开展研究性的实验，这就要延续到课外开展。

我们的做法是结合教材中的知识点提出问题，引导学生开展课外的研究实验，鼓励学生自己对知识点提出质疑，如“用缺素培养法探究矿质元素的作用”为什么一定要用完全培养液作对照；“植物生命活动的调节”中，植物去除顶端优势后，植物的侧芽如何生长。选修一中《果酒果醋的制作》中为什么要用长而弯曲的玻璃管，在泡菜的制作中为什么有的泡菜酸而脆，有的泡菜只酸或者只是咸等等。教师鼓励学生多观察、多参与、多动手，在认识的基础上探索规律，通过理论联系实际，才能使学生迸发出创造的火花。

总之，高中生物实验研究性学习是一种重要的科学活动，可以把观察、实验控制、收集事实、分析和统计结果等科学方法融于一体。在实验中应引导学生逐步掌握科学研究方法。通过生物实验还可以培养学生实事求是、严谨求实的科学精神以及一丝不苟的科学态度和团结协作的科学作风，这些是研究性学习的必要条件，也是学生在未来社会全面发展所必需的基本素质。

【参考文献】

[1] 陈美玲. 生物实验探究与创新实践[J]. 中学生物教学，2001（3）.

[2] 王雪松. 生物研究性学习的思考与实践[J]. 齐齐哈尔师范高等专科学校学报，2010（6）.

[3] 蒋志萍等. 中学生研究性学习知道[M]. 西安：西安地图出版社，2003.endprint