构建实验思维模型，锻炼科学思维

蒋英俊

摘 要：构建模型是将抽象的认识对象进行简单化、具体化、形象化的一种方法。在课堂教学中构建模型，是对新教学模式的探索，也是对核心素养浓度落实。笔者设计和实施了《酶》这一节课，在课堂上通过学生自主参与实验设计、操作、思考、完善、再次实验设计这几个环节，使学生建立起生物实验设计的基本模型，锻炼了科学思维。

关键词：模型 实验设计 科学思维

模型是将抽象的认识对象进行简单化、具体化、形象化的一种方法。除了物理模型外，还可以构建出抽象的其他模型，如实验思维模型。若构建出科学严谨的生物实验思维模型，学生在学习实验或者解答实验题的时候就可参考模型来进行理解和设计，在模型的基础上进行补充和完善。使得学生在生物学习中培养严谨的科学精神，同时锻炼科学思维，提升学生的科学素养。[1]

在生物课堂教学中建模，不仅是对新教学模式的探索，更是在核心素养的指导下引导学生进行科学探究，通过讨论、实验设计、方案实施以及对结果的交流讨论与分析，引导学生主动参与到课堂和学习中来。学生亲历这些过程，就可以发现原先设计的问题和缺陷，在后期及时进行补充和完善，最终形成科学的生物实验思维模型。笔者设计并在课堂上实践了浙科版生物学必修一《酶》这一节内容，对构建生物实验思维模型进行了尝试。[2]

《酶》这一节重点在于酶的催化作用和催化特性，而这两点都需要通过实验来证明。选择这一节内容可以很好地将生物实验的各种因素融入到课堂中，可以让学生在课堂中进行实验设计、实验操作和补充完善。本堂课共组织了两个实验，实验一是通过对比H2O2溶液中不加酶和加H2O2酶（猪肝研磨液中）的释放氧气效果，证明酶具有催化作用。实验二是通过对比H2O2溶液中加入无机催化剂FeCl3和H2O2酶（猪肝研磨液中）两组实验的释放氧气效果，来证明酶的催化具有高效性。[3]

实验一：证明酶具有催化作用

实验材料：大烧杯、试管、滴管、蒸馏水、37℃温水、卫生香等

实验试剂：H2O2溶液、猪肝匀浆或马铃薯匀浆

参考装置：

学生设计：两组实验，一组加入H2O2溶液但不加入猪肝研磨液，另一组加入H2O2溶液和猪肝研磨液，用点燃的卫生香伸入试管口来检验产生氧气的多少。

然后让学生上讲台进行实验操作。实验结果非常明显，加入H2O2溶液和猪肝研磨液的试管内短时间内产生大量的气泡，伸入试管口的卫生香马上剧烈燃烧并产生火焰，实验中甚至听到一声轻微的爆炸声；另一组的试管内没有什么变化。

实验结束，教师稍作点评，马上提出以下几个问题：①若实验现象不明显，如何区分这两支试管中所加试剂的情况？②两支试管内加入试剂不同，为什么要这样设计？③两支试管出现的实验结果分别是什么？④加入两支试管的H2O2溶液体积应该如何控制？⑤其中一支试管加入猪肝研磨液后試管内溶液的总体积发生变化，应该怎么排除这个影响？⑥为什么要将两支试管放在同一个大烧杯里进行实验？通过学生之间讨论解决这些问题。

讨论解决这些问题后，学生已构建出生物实验思维的初步模型。即实验步骤分为三大步：第一步，分组编号，根据自变量进行分组，并编号以便于区分；第二步，设置变量，控制自变量为唯一变量，其余无关变量控制相同，以便于分析实验结果；第三步：观察并记录实验结果，通过分析实验中设置的自变量，实验结果即因变量的变化，从中寻找两者间的关系，分析得出实验结论，得出结论。

然后进行实验二。

实验二：探究酶的催化效率是高还是低

实验材料：大烧杯、试管、滴管、蒸馏水、37℃温水、卫生香等

实验试剂：H2O2溶液、FeCl3溶液，猪肝匀浆或马铃薯匀浆

学生设计：实验分两组进行，A组加入一定量的H2O2溶液，B组加入等量的H2O2溶液，然后同时往A、B试管中分别加入等量的猪肝研磨液和FeCl3溶液，观察气泡的产生速率，并将点燃的卫生香伸入试管，观察现象。

学生仍然进行了实验操作，发现加猪肝研磨液的试管产生气泡速度明显快于加FeCl3溶液的试管，伸入点燃的卫生香后，加猪肝研磨液的这组快速复燃，而加FeCl3溶液的这组只是明显的增亮了一下。通过对比就能得出酶的催化具有高效性。

通过对前一次实验的设计和完善过程，在这一次的实验设计中，学生明显利用了之前构建起来的模型来书写实验设计，在实验设计中明确了试管编号，控制单一自变量即加入催化剂的种类，控制无关变量相同即加入试剂的体积相同等。说明学生的实验思维模型初步建立起来之后能加以运用。

这一节课后，笔者发现，通过实验设计、实验操作、问题思考、完善实验设计、再次实验设计这几个环节非常好地调动了学生的兴趣和积极性，而且建立起了生物实验思维的基本模型。同时锻炼了科学思维，可在后续的生物实验学习和设计更科学、严谨。

生物学教材中还有很多实验，这次课后，学生建立起实验思维的基本模型，当然后期还需要进一步的补充和完善，如植物、动物、微生物培养过程中的细节；又比如选择实验材料时的注意点；一组实验需要多次实验并求平均值；针对动植物实验的培养时间要求；实验数据记录表的设计等等。

参照这次课堂的效果，笔者进行了深入的思考，在教学中可参考此课堂模式，教师设计课堂教学，让学生在自主参与中就建立和完善生物学中的模型。真正做到培养学生生物学核心素养，并能在以后的学习、生活、工作等各方面运用科学的素养，让科学思维得以运用和发展。

参考文献

[1]赵萍萍，刘恩山.生物学建模教学研究进展及启示[J].生物学通报，2015，50（1）：19-23.

[2]秦瑞忠.浅谈生物建模在高中《生物》教学中的运用[J].教法研究，2012，06：170-171.

[3]庞春歌.在高中生物教学中培养学生科学思维的探索[J].理科园地教学创新，2018，06：145-146.