例谈高中生物实验教学中的理性思维培养

王宣华

摘 要：“理性思维”是高中生必备的生物学科四个核心素养之一，是高中生物教学必须深入渗透和着重培养的重要内容。生物学是以实验为基础的学科，存在着大量的实验教学内容，这是进行理性思维培养的理想素材，故本文以一些实验的课堂教学为例对如何进行“理性思维”这个核心素养的培养做了简单的探讨。

关键词：高中生物 理性思维 学科素养 实验教学

在高中阶段进行理性思维的培养离不开实验教学，理性思维也是生物实验教学的根本。在高中生物实验教学的过程中，老师要帮助学生养成理性思维，鼓励并引导学生在实验中大胆发现，对事物的内涵、外延进行简单的推理与判断，培养出更加具有理性思维与创新能力的学生。基于此，可从以下三个方面来进行实验教学以期实现理性思维的培养。

一、基于“问题串”式的实验分析教学，以实现理性思维的培养

高中生物学科理性思维培养的最佳载体是生物学实验，而实现理性思维培养的方法与途径则是基于实验而设计出具有极强逻辑性的“问题串”，通过问题串的分析与解答使学生掌握必备的生物学知识，同时自然生成生物学实验的理性思维模式。针对具体的实验还可设置更多的启发性极强的问题串，如在《观察DNA和RNA在细胞中的分布》 实验中，我们可以这样设计问题串：

1、实验原理分析的问题串：DNA和RNA分子本身有颜色吗？如果没有颜色怎么办？要染色则用什么染色剂来染色？甲基绿-吡罗红混合染液的作用机理是什么？能否单独使用其中的一种染色剂？能否选择叶肉细胞或带有色素的细胞来作为本实验的材料？细胞膜具有选择透过性，染色物质能否进入细胞？要使染色物质进入细胞怎么办？盐酸在本实验中的作用是什么？

利用问题串的分析与讨论，很容易让学生得到这样的知识内容：DNA和RNA分子本身没有颜色，要想观察到他们在细胞中的分布情况，则需要染色才行，要选用甲基绿-吡罗红混合染液，不能用单一染色剂染色，如用甲基绿染色则把DNA和RNA都染成绿色就无法看到分布情况，故必须要通过两种染色物质对DNA和RNA的亲和力不同而产生的竞争才着上不同的颜色，由于该实验是通过染色来观察的，因此，不能选择本身有色素或有叶绿体的叶肉细胞来做实验，不然本身的色素会干扰实验的结果。

2、实验材料用具及步骤中的问题串：本实验选择的材料是什么？甲基绿-吡罗红混合染液是如何配制与使用的具体的实验步骤应怎样设计？取口腔上皮细胞制片步骤的注意事项是什么？水解步骤的注意事项是什么？对涂片为什么要用缓水流冲洗？染好色的图片观察是怎样使用显微镜？

利用问题串的分析与讨论：本实验选择的是人的口腔上皮细胞和无色的洋葱鳞片叶内表皮细胞作为实验材料，甲基绿-吡罗红混合染液是现配现用，但A液与B液按照1：4的比例混合使用。本实验需要经取口腔上皮细胞制片、水解、冲洗涂片、染色、观察等五步，在制片步骤中要对涂片进行烘干，其目的是固定细胞；水解步骤中要注意时间与温度的控制，不然水解过度则会导致细胞的整体性破坏，对实验结果造成干扰；残留在涂片上的盐酸会解离过度必须进行冲洗，但不能用急水流冲洗，不然导致细胞被冲走而无法进行实验；染好的涂片就要进行观察，通常是先低倍镜后高倍镜观察。

二、运用“类比——推理”法进行实验结果分析，以实现理性思维培养

在高中一些实验结果分析中，采用类比——推理法根据两个或两类实验有相同的实验现象，从而类比推理出它们有相同性质的实验结论。

如在探究顶芽对侧芽生长的影响的实验中，利用类比推理我们发现此处的顶芽与生长素效果一样，这样我们很容易得出顶芽产生生長素抑制侧芽的生长的结论。其在课堂教学时就可以呈现如上图的理性思维导图，达到训练学生理性思维的目的。因此，类比——推理法是高中生物学科中特别提出的一种科学研究方法，在很多实验的分析中都要用到，他更是一种重要的思维方法，是中学生物学科核心素养中理性思维的重要内容之一，故在实验教学中一定要多渗透和多训练。

三、对教材经典实验进行逆向、补充、探究性提问设计，以实现理性思维培养

在我们的高中生物教材中可以通过逆向、补充、探究性提问设计来引导学生去完善实验内容，使其实验更加的严密可靠，很自然的生成理性思维模式。例如在讲授细胞膜中的脂质分子是怎样排列时，我们可以这样进行逆向提问设计：

1、我们如何设计实验来证明细胞膜中的脂质分子排列成为连续的两层？

引导学生回答出这样思路：将细胞膜中的脂质分子在空气——水界面铺展成单层分子，然后测量其面积并与细胞表面积比较。若是细胞表面积的二倍，则可能细胞膜中的脂质分子排列成连续两层，否则不是。

2、要实现这个目的必须要获得细胞膜，则选择什么样的细胞才好？

可引导学生进行这样的思考：本实验是探究细胞膜中脂质的排布情况，则我们提取的细胞膜纯度必须要高，也就是说不能有细胞器膜和核膜等其他膜结构。另一方面，要思考怎么样才能更好让细胞内容物释放，留下空壳的细胞膜，通过这一系列的引导思考，很容易让学生得出要选择没有细胞壁、细胞器和细胞核的细胞作为实验材料最好，即哺乳动物成熟的红细胞。

3、如何让哺乳动物成熟的红细胞破裂？如何分离并提取出细胞膜中的脂质分子？

仍可引导学生这样思考：当没有细胞壁束缚的细胞，在低渗溶液中很容易吸水涨破，故可直接将红细胞放入清水即可使其破裂；要将细胞膜和内容物等分离怎么办？可直接想到差速离心法来处理；但是细胞膜中除了有脂质还有蛋白质和糖类怎么将脂质提取出来呢？实际上教材中就明确提出是用丙酮来提取的脂质；为什么要选用丙酮作为脂质溶剂？因丙酮易溶于水，不会漂浮在水面，也就不会影响单层分子层的面积，使其实验结果更准确。

再比如，在温特实验中，我们可以提出胚芽鞘生长是否与琼脂块有关？如何设计实验以排除琼脂块对实验的干扰？这必然引发学生思考对照组实验的设计等等。

参考文献：

[1] 周晓强，基于生物学核心素养的课堂教学体验，《中学生物学》2016年第11期。

[2] 俞红成，高中生物学科核心素养的教学培养策略[J].中学生物学，2016.08

[3] 谭永平，从发展核心素养的视角探讨高中生物必修内容的变革[J].《课程.教材.教法》2016.07