高中生物“预实验”的创新设计与实施效果

吴妙说

【摘要】高中生物学实验教学课堂效率提高的重要策略之一是注重并进行预实验。预实验可检验实验设计的科学性、严谨性和可行性，通过预实验选取最佳实验材料，并不断探索创新，改进一些实验的传统方法，优化实验结果提高实验教学效率，有效提升学生的探究与创新能力以及提高学生学习生物学的兴趣。

【关键词】生物学；实验探究；预实验；创新

高中生物学课程教学内容中包含较多的实验活动。生物学实验活动既可以激发学生学习生物学的兴趣，也可以让学生形成生物学的核心概念，获得基础知识和基本技能，帮助学生形成批判性思维、创造性思维等，提高观察、实验探究、实践和创新能力，使学生具备“科学探究”等生物学学科核心素养。因此，提高生物学实验课堂的教学效率是重中之重。注重并开展预实验是提高生物实验课堂教学效率的重要策略，预实验也是实验过程中不可缺少的重要环节。

预实验是指在学生大规模进行正式实验之前预先完成小范围的实验。它可以由教师、实验员或学生兴趣小组完成，为实验顺利进行而摸索出更优的条件，最终检验实验设计的科学性与可行性。

一、预实验的重要作用

通过预实验可以防止由于实验方案设计不够完善、实验材料选取不佳、某些环节准备不周全，而导致开展大规模正式实验时产生的物资、时间、人力、财力上的浪费等情况，以及减免对环境造成的污染和破坏。每次实验课之前，教师必须对每个实验项目都一一认真进行预实验，目的是通过预实验筛选出最佳的实验材料、用具和药品，检测试剂配制的适宜浓度和效果，摸索出最精准最优的实验条件，减免实验中可能的各种误差，对实验各个环节进行排查，以检验实验的设计是否科学、严谨、可行。教师还可以通过预实验过程熟悉实验项目基础操作过程，改进不利于实验的操作方法，进而形成标准化的操作流程，同时提高自身的实验操作技能。对预实验过程中出现的种种问题或可能出现的问题进行综合分析，找出可能的原因和解决的方法，并将这些发现设计成学生的学习问题，增加在实验过程中学生的思维力度，有效提升学生的探究与创新能力。

二、预实验的创新设计

1.在预实验中对比，选取最佳的实验材料

最佳的实验材料是生物学实验成功的前提条件，能帮助学生更顺利地完成实验操作过程且观察到更明显有效的实验结果。预实验中教师采用多种实验材料进行实验，包含教科书、教师教学用书实验项目中建议的常规选用实验材料以及教师根据当地的自然环境和周边资源尝试一些常见的可选用材料，经过多次预实验观察和对比，筛选出既符合实验目的要求又出现明显实验效果的、易于获得和成本较低的实验材料。

案例1：在进行“检测生物组织中的还原糖”预实验中，我们尝试了很多种植物材料，如苹果、香梨、皇冠梨、沙梨、白菜叶（或梗）、白萝卜等，多次榨汁、过滤、稀释后一一进行鉴定试验。试验后发现一些常用材料的不足之处：苹果、香梨、皇冠梨这三种材料比较容易氧化成黄褐色，影响实验结果；白菜叶（或梗）、白萝卜两种材料由于还原糖的含量不高，实验结果不够明显。对比后发现，沙梨汁经过稀释，几个小时内都不易被氧化，而且实验结果中沙梨汁组中出现的砖红色颜色最深，实验结果在几种材料中最明显。

案列2：“通过模拟实验探究膜的透性”演示实验的成功关键在于半透膜的选择。在预实验中分别尝试几种常见的半透膜材料，如猪肠衣、卵壳膜、猪膀胱膜、玻璃纸、鱼鳔等，观察对比渗透现象结果，最后选定的材料是现象明显、耗时最短、来源广泛的卵壳膜而非玻璃纸。制备卵壳膜的方法是将鸡蛋敲出一个小洞后去掉蛋清与蛋黄，用15%的盐酸溶液浸泡鸡蛋壳。這种方法很快就可以制成卵壳膜，比直接剥离外壳的方法更简单，得到的卵壳膜比较完整。

案列3：在进行“探究生长素类似物对扦插枝条生根的影响”探究活动的预实验中，分别选用了当地常见的、校园内取材比较方便的多种插条种类，如印度紫檀、散沫花、三角梅、翠芦莉（别名为兰花草或蓝花草）、富贵竹等。在预实验时用一系列适宜浓度的萘乙酸溶液和清水浸泡以上几种插条，观察发现，综合对比结果：富贵竹在一周左右生出较多不定根，但是富贵竹需要在花卉市场购买，实验成本较高；印度紫檀、三角梅是海南非常常见的行道树木和观赏花卉，取材容易，但是生根时间较长，大约两周左右，且生出的不定根较少；散沫花的幼枝约4-5天能生根，生出不定根较多，可是此树种并非海南各学校的常见树木，不易大量获取。在正式实验时以本校园内栽种花卉品种翠芦莉枝条作为该实验的材料，翠芦莉是海南常见的观赏花卉，取材方便；翠芦莉在3-5天就可以生出比较多不定根，实验效果显著，还缩短了学生利用课外时间持续观察实验结果的时长。

2.不断探索改进预实验的实验方法

做预实验时，实验方法一般按照教材上或者教师参考用书上的传统常规方法进行操作，有时实验结果不理想，甚至与预期结果相差甚远，必须再反复做预实验并分析原因，不断尝试做一些创新，改进实验方法。

案例1：验证性实验虽然能使学生快速有效地学习到所要掌握的基础知识，但学生的自主理解能力、创新能力以及学习的积极性均受到一定束缚，不能有效激发学生学习生物实验的兴趣。相比之下，进行探究实验，更能使学生掌握实验操作技能，培养学生的生物学科探究思维以及创新能力，调动学生对生物实验的激情。高中生物学必修一中的“检测生物组织中的还原糖、淀粉、脂肪和蛋白质”实验，是常规的验证性实验。经过多次预实验摸索，笔者认为在验证实验的基础上将此实验进一步探究，具体方案如下：配制出一定浓度的沙梨汁（还原糖）、马铃薯汁（淀粉）、蛋清稀释液（蛋白质）、花生匀浆（脂肪），分别放在4个烧杯里面并编号为1—4号待测样液，不注明各个烧杯中装的是什么物质成分，让学生设计实验探究方案，通过观察鉴定颜色反应差异区分出各种组织待测样液物质含量差异，鉴定1—4号待测样液分别对应的是主要含有哪种物质成分，实现验证性实验到探究性实验的转变，既可以达到实验目的，让学生掌握实验原理等知识，还可以提高学生实验操作能力和学习兴趣。

案例2：探究实验的设计方案必须要不断地修改和完善，通过预实验对实验方案进行检验，可以进一步优化实验程序，改进具体实验操作方法，使实验结果更明显直观化。在“探究pH对酶活性的影响”实验设计方案中，选用实验器材：（1）体积分数为3%的过氧化氢（H2O2）溶液；（2）pH =3、5、7、9、11 （或pH =1、4、7、10、13）的缓冲液；（3）新鲜的质量分数为3%的肝脏研磨液（鸡肝或猪肝）；（4）10ml玻璃瓶；（5）不带针头的塑料注射器；（6）带孔橡胶塞（孔径与注射器塑料头对应紧密）。方法步骤设计如表1：

通过实验方案的改进，实验结果的观测指标（注射器向上移动的距离）更直观明了，能让学生更深入地理解pH对酶活性的影响结果以及掌握曲线图的观察方法。

总之，教师的预实验活动是连接高中生物学实验课程教学和学生实验探究活动的桥梁，是实验教学中不可跨越和不容忽略的重要环节。做好预实验这一环节，是保证学生成功顺利完成实验和提高实验课堂教学效率的必要过程，也成为生物学教师提升个人实验操作能力的最佳手段。

【参考文献】

［1］操明权.预实验——新课程实验教学的成功保证[J].生物学教学，2005（9）.

［2］宋玉蓉.做好预实验，提高实验教学效果[J].生物学教学，2010（5）.

［3］卢晓华.教师进行预实验的探究过程对实现高效实验教学的作用[J].生物学通报，2012（9）.