一次生物实验中的探究性学习

 

 

－确立学生主体地位的教学个案报告

陈捷明（广州大学附中 广东广州 510050）

 

一． 问题的提出
    新编的高中生物教材从培养学生的实践能力出发，增加了多个实验，如何利用生物实验，提高学生的科学素质，是一个亟待解决的问题。从科学发展的历史我们可以看出，整个科学发展的历史就是一部科学探究的历史。在我们课本中介绍的知识只是科学的一个组成部分，而不是科学的全部。真正推动科学前进的动力是科学精神和科学方法的运用。我们的教学由于缺乏对学生这两方面的教育，学生把科学知识的来源看得很神圣，不敢怀疑，只能苦读书本，不敢越雷池半步。因此，开展探究性的学习，对培养学生的科学素质，具有重要的意义。教师在学生的探究性学习中只是一个帮助者的角色，启发鼓励学生自己找到问题的答案。
    实验的探究性学习的过程大致如下：学生在实验中发现问题→分析原因作出假设→改进实验设计→再进行实验→观察结果，如果结果与预期相符，实验成功；如果结果与预期不符，则继续分析原因，继续探究，直至成功为止。下面是一个在生物实验课中学生进行探究性学习的个案。
二． 实验过程
    实验题目：探索影响淀粉酶活性的条件（选做）（高中生物必修本第49页），因为是选做实验，所以在高二选修生物的32位学生中进行。
1. 从实验中发现问题。
    教师在简要的要求学生看书复述实验原理后，学生开始实验。其中“温度对酶活性的影响”实验在所有8个组（四人一组）都出现了与预期实验结果不相符的情况。
    课本上规定的实验步骤是这样的：
1. 取三支洁净的试管，编上号，并且分别注入2ML可溶性淀粉溶液。
2. 将3支试管分别放入60℃左右的热水，沸水和冰块中，维持各自温度5分钟。
3. 在3支试管中各注入1ML新鲜的淀粉酶溶液，摇匀后，维持各自的温度5分钟。
4. 在3支试管中各滴入1滴碘液，然后摇匀。
5. 观察并在《实验报告册》内记录这3支试管中溶液颜色的变化情况。
    按照实验的原理，第一支试管内有淀粉，淀粉酶，温度在60℃，这是酶的最适温度，试管内的全部淀粉被淀粉酶分解为麦芽糖，加碘液后试管内溶液不会变蓝。
    第二支试管内有淀粉，淀粉酶，由于在沸水中，温度接近100℃，淀粉酶失去活性，淀粉没被分解，加碘液后试管内的溶液会变蓝。
    第3支试管内也有淀粉，淀粉酶，由于在冰水中，温度接近0℃，淀粉酶失去活性，淀粉也没被分解，加碘液后试管内溶液会变蓝。
    但是，全班8个组几乎同时报告：第2支试管的溶液不变蓝。于是问题出现了：为什么第2支试管溶液不变蓝？
2. 探究出现问题的原因。
    教师：是不是我们的实验步骤做得不正确？马上有学生回答：8个组不可能每个组都做得不正确，一定是还有其他原因。大家都表示赞同。
    又一位学生说：“可能实验用的酶在100℃时还有活性”。几乎所有的学生都认为这是不可能的。
    一位学生又站起来报告了他发现的新情况：只要向第2支试管内多滴几滴碘液，溶液就会变蓝。于是他认为：第2支试管内溶液不变蓝的原因是碘液下得不够的缘故。他的看法得到一部分学生的认同。
    这时，教师请大家向第1支试管内再滴几滴碘液，看结果怎样？大家一做，都说第1支试管内溶液仍然不变蓝。显然，第1支试管内由于淀粉完全被分解，再多滴碘液也不会变蓝。教师再问：“为什么第2支试管滴1-2滴碘液不变蓝，而多滴就变蓝呢？”大家都答不上来了。这时需要教师点拨了。教师请学生看一个实验现象。
    教师演示：取一支试管注入2ML可溶性淀粉，滴加1滴碘液，试管内溶液立即变蓝，随后把试管放入热水水浴加热，不到1分钟，试管内溶液蓝色消失，这时用温度计测得溶液温度为75℃，教师紧接着又把试管拿去用自来水冲洗，使试管壁冷却，结果试管内的蓝色又马上出现。学生看到这一现象，马上领悟过来：原来第2支试管不显蓝色并非酶还有活性，淀粉被分解，而是因为温度太高，淀粉与碘液显示的蓝色消退的缘故。教师这时又问：“为什么刚才有同学向第2支试管滴多些碘液，试管内溶液就变蓝？”马上就有学生说：“这是因为碘液滴多了，试管内溶液温度降低了的缘故。”大家都觉得这一解释合理。
    至此，学生已经明白，第2支试管实验失败的原因，主要是课本的实验设计有问题。这时，教师又不失时机地请学生讨论如何改进实验的设计，使实验达到预期的结果。
3. 讨论改进实验的方法。
    有学生认为，既然碘检验淀粉在高温下效果不好，那就改用斐林试剂吧，因为如果试管中只有淀粉，斐林试剂加入后就不会有砖红色沉淀产生。马上又有学生反驳，如果第2支试管用斐林试剂，那末第1和第3支试管也要用，以保证三支试管除温度外，在同等条件下实验作比较。而第3支试管显然就不适合用斐林试剂，因为用斐林试剂要加热，第3支试管原在冰水中，加热显然不合适。马上有学生又发言：做第4步骤加碘液时，只要等试管冷却下来后再加碘液就行了。这一想法简单合理，得到教师和全体学生的赞同。于是大家按照这一想法重新实验，结果第1支试管内溶液不变蓝，第2,3支试管内溶液都变蓝，实验达到了预期的结果。
三． 思考与启示
1.这种探究性的学习，必须注重“以学生为本”的教学理念，鼓励学生发现问题，分析问题，解决问题。不要由教师直接把答案告诉学生。只有这样，才能培养起学生对科学研究的兴趣。课后有位学生说：“这样的实验真有意思，想不到课本上规定的实验步骤也有错。”实验的失败，是由课本上的错误引起的，但由于学生的探究，不但找到失败的原因，还想出了简单可行的解决方法。学生不但感受到成功的喜悦，还培养了他们不迷信书本，勇于探索的科学态度。这对他们今后一生的工作将产生重大的影响。
2.教师的作用也是十分重要的。这一课例，如果没有教师的点拨引导，学生是很难当场找到实验失败的原因的。而教师要做到正确引导，必须自己事先把实验做一遍，发现问题并找到解决的方法，在课堂上，又不要直接把答案告诉学生，而是引导学生观察思考，发现和解决问题。如果在课堂上学生提出一些教师意想不到的问题，教师也不要轻易否定，而应该与学生一起讨论，或通过实验来检验该方法是否可行。这样，教师以身作则，才能使学生体会到什么是科学的精神。
3.选修课是两节课连堂，可以做较深入的探究。如果一般的实验课，由于课时较短，教师发现学生的操作错误后，往往没有时间让学生重做。要深入探究，必然会延长实验课时间，而这又会影响整个教学进度进度。这一矛盾的解决，还有赖于课程的改革来解决。

作者简介：
陈捷明，男，55岁，1982年毕业于广州师范学院，现任广州大学附中（原名广州师范学院附中）生物教研组组长，1997－2003年任广州市中学生物教研会会长，2002年起任广州市人民政府特约教育督导员，撰写的论文多次获省市级奖励。本文曾在2002年12月中国教育学会教育实验专业委员会广东研究中心，广州市教育实验研究会召开的“教学，师资，环境”研讨会上交流，并荣获一等奖。

 

情况属实。 广大附中 2003.6
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