桑代克三大学习定律在生物实验教学中的应用

［摘 要］文章以“探究温度对酶活性的影响”实验为例，阐述了桑代克的准备律、练习律、效果律在生物实验教学中的应用，旨在提升生物实验教学的效果，进而不断提升学生的生物学学科核心素养，并完成生物学课程的根本任务。

［关键词］桑代克学习定律；实验教学；酶活性；高中生物

［中图分类号］ " "G633.91 " " " " " " " "［文献标识码］ " "A " " " " " " " "［文章编号］ " "1674-6058（2024）29-0076-03

桑代克被誉为教育心理学之父。他基于大量实验，提出了试误学习理论，该理论认为学习的实质是形成联结，学习的过程是一种渐进的、反复试误的过程，学习的定律主要包括准备律、练习律、效果律三大定律[1]。本文依据桑代克的学习理论，以“探究温度对酶活性的影响”实验为例，对三大学习定律进行应用，旨在加深学生对生物学概念的理解，提升他们应用知识的能力，使他们能够运用科学的观点、知识、思路和方法，面对或解决现实生活中的某些问题，从而不断提高学生终身发展所需的生物学学科核心素养，完成生物学课程的根本任务[2]。

一、准备律在生物实验教学中的应用

桑代克通过研究提出了准备律。他认为，一个学习者只有在做好了学习准备，即动机准备时，学习才能发生；反之，若缺乏学习准备，学习则难以发生或效率低下。这种准备不仅包括对基础知识的掌握和基本技能的储备，更重要的是指学习者通过一些途径或方法激发出的学习需求，这种需求对学习的发生具有更为重要的作用。

（一）知识准备

针对知识准备，笔者设计了“温故知新”栏目。本节课的教学对象是首次真正独立设计探究性实验的学生，因此，明晰实验设计的原则、检验试剂的选择等基础知识，对于激发实验学习动机和提高实验的达成度至关重要。笔者首先采用了课前“温故知新”的方式，对课堂可能涉及的旧知进行了复习，为学生设计和开展探究性实验奠定知识基础。

（二）动机准备

本实验为探究性实验，课程标准针对探究性学习提出了如下要求：需要为探究性学习创设情境；鼓励学生自己观察、思考、提问，并在提出假设的基础上进行探究活动方案的设计与实施[2]。在“探究温度对酶活性的影响”实验教学中，创设洋葱“情脉”这一教学主线，分别在教学的三个阶段激发学生的学习兴趣，使其产生强烈的学习需求。这一做法与课程标准的要求不谋而合，充分体现了探究性学习的核心理念。

阶段1：挑战“不可能”——“切洋葱不流泪”活动

【活动安排】3位学生上台分别完成切洋葱任务，其他同学则观察他们的反应。结果显示，其中一位学生流泪，其他两位没有流泪。这与学生生活经验形成反差。不流泪的两位学生表示，他们使用的洋葱一个比较冰，一个比较烫，即这三个洋葱分别经历了常温保存、低温处理、高温处理。

【学生提问】为什么切低温或高温处理过的洋葱不会流泪？

设计意图：以真实的体验活动作为课程导入，可激发学生浓厚的兴趣，提高学生的参与度；通过实验结果与生活常识的反差，可点燃学生探究的欲望，让他们感受到生物学的魅力。

阶段2：“分析小达人”——探索切洋葱流泪的原因

【资料卡】当洋葱被切割时，细胞受到外力作用而破碎，液泡中的蒜氨酸酶（一种蛋白质）与烷基半胱氨酸硫氧化物接触，并将烷基半胱氨酸硫氧化物水解成硫代丙醛-S-氧化物等。其中，硫代丙醛-S-氧化物就是导致眼睛流泪的主要成分。这种化学物质接触到眼睛后，会刺激角膜上的游离神经末梢，引发泪腺流出泪水。

【学生分析】结合资料卡，得出切洋葱流泪现象与蒜氨酸酶有关，形成证据1；再结合“蛋白质”章节所学，形成证据2、3；基于证据1、2、3，自然而然可以得出相关主张。具体论证过程如图1所示。

设计意图：通过资料分析和已有知识的运用，学生可以主动形成自己的主张，完成探究性学习的前两步，即发现问题和作出假设。

阶段3：再度挑战赛——“切洋葱又流泪”活动

【活动安排】本节课结尾时，再次进行切洋葱实验。取出上课伊始就同步取出的另外两个分别经过冰水混合物和沸水处理过的洋葱，邀请之前切过这两种洋葱的学生再次进行切洋葱实验。同学们继续观察他们的反应，发现切冰水混合物处理过但恢复常温的洋葱的学生流泪了，而切沸水处理过但恢复常温的洋葱的学生仍旧没有流泪。

【学生提问】低温与高温对酶活性的影响有什么不同？（学生根据本节课所学知识进一步设计实验进行探究）

设计意图：通过同一个人完成低温、高温处理以及低温、高温处理过又恢复常温的实验对比，让学生对生活现象进行观察并提出问题。这种基于真实情境的教学更能激发学生的研究兴趣和提升他们的探究能力。

三个阶段通过“情脉”一以贯之，不仅指导学生解决生活中的实际问题，还通过设问不断激发学生的探究欲望。

二、练习律在生物实验教学中的应用

练习律强调，学习者的反应强度与练习的次数、强度及持续的时间成正比。学习者在练习后一定要有反馈，只有在反馈中纠正错误的联结，保持正确的联结，才能产生好的学习效果[3]。而在练习中教师应允许学生犯错误，并鼓励学生多尝试，从错误中学习。这样，学生获得的知识会更加透彻和牢固。高中生物实验教学的练习更多体现在材料的选择和实验的设计上。

（一）选材料，练习中明晰规则

实验材料的选择对于实验的开展尤为重要，选择正确的材料可以达到事半功倍的效果，探究性实验更是如此。在处理本课实验内容时，笔者在教材实验材料的基础上进行了补充，增加了一组洋葱研磨液供学生选择，采用资料支持、小组讨论等方式引导学生进行实验材料的选择，真正将实验材料选择的方方面面落实到探究实验中。尤其是学生在讨论洋葱研磨过滤液在实验中是作为底物还是催化剂时，讨论和选择的过程就是一次很好的巩固与练习。同时，学生首次意识到，实验材料的选择不但要考虑易得性、费用、实验效果等因素，还要考虑实验试剂的选择对实验预期结果的影响。通过探讨与小组合作，以及师生互动交流，该教学环节总体效果良好。

（二）初设计，练习中实践原则

学生在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，第一次接触变量、对照实验的设计原则。如何能引导学生在本节课中很好地应用这些原则呢？这是学生第一次独立完成探究性实验步骤设计，对于他们来说有一定的挑战和难度。因此，笔者采用了问题串的练习形式，让学生以小组为单位讨论与实验相关的问题。这些问题串作为完成初步实验设计的脚手架，取得了不错的效果。

问题串：（1）打算选择何种酶和底物来进行实验？为什么？（2）如何保证酶和底物从一开始就在实验所需的某一温度下开始反应？（3）因变量的观察指标有哪些？如何检测因变量的观察指标？（4）如何控制无关变量，排除其对实验的干扰？（5）本实验是否需要对照？如需要，怎样设计？

随后，根据讨论结果，学生小组合作完成实验步骤的初步设计，具体如下：

步骤1：取3支试管（也可以根据需要增加试管数），并进行编号。

步骤2：列表填写加入的底物、酶或处理条件等，并预测实验结果。

三、效果律在生物实验教学中的应用

桑代克认为，给予学生正向的或负向的反馈意见，可以有效增强或减弱学生已经形成的刺激反应联结，也就是会影响其学习效果。在课堂教学中要善于运用正向反馈或奖励等满足学生的反应，这样在其他条件相等的情况下，学生就会愈加牢固地与这种情境建立联系，从而有效地提升课堂教学效果。

（一）分组反馈，交流中促提升

在本实验教学中，将授课学生分成六组，根据实验前的讨论，小组自主选择实验材料进行实验设计。在课堂上，六组学生分别选择的实验材料与操作如下：

第1、3、4组：淀粉+淀粉酶+斐林试剂，先分别保温底物与酶，再混合反应。

第2组：淀粉+洋葱研磨液+碘液，先混合酶与底物，再分别在对应温度下保温。

第5组：淀粉+淀粉酶+斐林试剂，先混合酶与底物，再分别在对应温度下保温。

第6组：淀粉+淀粉酶+碘液，先分别在对应温度下保温底物与酶后，再混合并在对应温度下保温。

学生上台交流，主要围绕两个问题展开：（1）你们组的实验现象与预期符合吗？（2）如果不符合，可能需要在哪些设计环节进行改进？

在交流展示的环节中，第1组提及他们在实验中更改了实验设计，从原本的淀粉+淀粉酶+斐林试剂改为淀粉+淀粉酶+碘液。笔者抓住课堂生成，深究原因，发现该组学生在实验操作环节意识到使用斐林试剂需要水浴加热，可能会影响酶的活性，因此调整了实验设计。教师带领全班学生对该组的思考予以了肯定，同时出示斐林试剂用于鉴定温度对淀粉酶活性的影响的实验结果，解释了实验中的终止反应，让学生对于该实验的理解提升了一个层级。

第2组的实验结果达不到预期或不能令人信服。该组学生分析了可能的原因：洋葱研磨液本身可能含有淀粉；洋葱研磨液本身可能含有还原糖；酶与底物先混合，可能会因为酶的高效性而导致实验达不到预期。

其他组别也展示了对疑虑的思考和再探究精神。通过小组分工合作、交流展示的过程，学生的学习意识和自我满足感得到了提升。课后的随机调查验证了课堂的教学效果。

（二）实验再设计，修正中再发展

在学生的实验设计得到积极正面的反馈后，笔者进一步设计了“排排看”活动，对实验步骤进行排序，让学生加深并巩固讨论所得。同时，还利用分光光度计对正确的实验步骤进行实验结果的验证，从定性分析走向定量分析，让学生在量的变化中了解事物的本质。这样的教学设计将各组的设计体验与收获作为全班的教学资源，不仅可以促进学生已经形成的有效联结的进一步加强，并通过反复刺激帮助学生获得知识，而且可以激发学生的质疑精神，培养他们的自我修正能力，从而提升探究性实验的学习效果。

四、教学收获与反思

首先，桑代克三大学习定律的应用贴合学生实际，能够激发学生学习兴趣。特别是准备律的应用，通过情境设置、任务驱动等形式，激发学生探究学习的欲望与动力，对于课堂教学起到了事半功倍的作用。但在设置情境和任务时，要注意贴合学生实际并紧密联系教学内容，确保这些设置能够真正为学生的学习和教学内容服务，这是准备律在实施时的关键。

其次，桑代克三大学习定律的应用可实现由知识中心向素养中心的转变。学生在体验练习律和效果律的过程中难免会犯错，这些错误看似让学生走了弯路，实则充分暴露了他们的知识与思维缺陷，从而为他们提供了更多反思学习的机会。这种通过尝试获得的经验是真实且有效的，有助于提升实验教学的效果，进而助力学生核心素养的达成。

最后，桑代克三大学习定律的应用在教学时间方面有一定的挑战。在桑代克的理论中，练习律和效果律的应用应该是重复性的、多次的，可是在实际的教学过程中，通过设计陷阱、试错等方式形成的教学过程很难实现多次重复。但从吸引学生的注意力以及提升学生素养等角度来看，陷阱设置确实能够发挥一定作用，有助于学生在相互交流和探讨中逐步构建知识体系。为了解决教学时间的问题，可以尝试借助网络平台、模拟实验等手段进行重复训练，以达到教学目标。

［ " 参 " 考 " 文 " 献 " ］

[1] "陈彩霞，陈春华.桑代克试误学习理论导读[J].江苏教育，2020（78）：72-74.

[2] "刘恩山，曹保义.普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）解读[M].北京：高等教育出版社，2020.

[3] "尹嫄，张胜前，胡尧.桑代克三大学习定律在地理教学中的应用策略：以“地球的运动”一节为例[J].中学地理教学参考，2015（10）：20-21.

（责任编辑 罗 艳）