立足学科特点 设计生物实验教育学论文

林国栋1 潘灵犀2

摘要： 本文教育学论文结合生物课程中的实验教学，从生物学实验对象的自适应性、实验方法的科学与技术相结合特性、实验过程的技术指导问题解决的特性、实验结果的复杂性等生物学实验的自身特点，提出生物学实验教学设计的若干策略,为提高生物实验课堂效率和学生生物学素养提供了富有实效的方法。

关键词：生物实验教学 生物自适应 技术设计

一利用生物学实验对象的自适应性特点，设计实验教学

生物学实验对象具有自身独特的自适应特点，这是区别于其它科学实验的一个重要特点。也就是说，在实验过程中，实验对象会随实验的条件，如时间、地点、光照、温度、PH值等变化而发生适应性的变化。根据这一特点，设计生物实验教学不仅可以提高学生实验操作技能，也认识了生命现象的复杂性，提高了实践的应变能力。

“植物细胞的叶绿体观察”实验，主要目的是通过观察来认识生命特征，提高实验技能。其实验对象——藓类（或黑藻等），在强光和黑暗处理情况下，叶绿体在细胞内的分布发生变化，是培养学生进行实验探究，认识生命的自适应性特点的好素材。本实验属基本技术教学实验，从操作程序上来分析，并不十分复杂，时间上也不需要太久，因此创设问题情境（即分别强光下和黑暗处理装片，叶绿体的分布有什么变化），巧妙地为显微镜操作的程序性知识提供了不同的变式练习，既达到基本技术教学实验的目的，又有效促进学生的探究性学习，认识生物实验对象这一自适应性的特点。这种源于教材又高于教材的探究式教学设计思路是克服传统生物实验“照方抓药“式教学弊端的有效手段。

二利用生命科学与技术的关系，开展实验教学

生物学的研究过程，一方面，生物科学指导着生物技术设计，促进生物技术的提高；另一方面，生物技术的发展促进了科学的完善，体现了科学与技术的关系。“制作DNA双螺旋结构模型”实验，在高中生物教学中，可以通过探究使学生理解科学理论与技术设计的这种关系，同时也在实验教学过程中有效地参透了STS教育。

DNA结构属分子水平，无法在显微镜下观察到，那么沃森和克里克在科学并不发达的年代（20世纪40～50年代），又是如何根据DNA分子由4种脱氧核苷酸组成的已有认知，构建出DNA双螺旋结构模型的呢？实验前教师提供以下科学知识①富兰克林的DNA的X射线衍射照片和有关说明；②威尔金斯否定三链螺旋结构的实验数据；③克里克和约翰•格里菲斯的碱基配对的能量计算结果；④化学家多诺休的关于碱基形状和氢键亲和性的理论等等。指导学生进行大胆设想，构建出各种结构模型，又不断地运用有关理论和实验数据进行检验，在不断失败的基础上成功地构建出正确的模型。教师强调“体验前人利用模型科学探究”的过程，强调了模型方法的重要性，同时也助于学生理解了科学知识、科学方法对技术设计的指导作用关系。

三 利用生物学技术解决生物学问题，进行实验教学

解决生物学问题，是提高生物学素养的重要内容，也是落实课程标准的重要内涵。生物学问题的解决，可以有多种技术手段，有物理学方面的技术、化学方面的技术及生物学技术等。而运用生物学技术解决生物学问题，是学生在学习过程中理解生物学科特点和提高生物实验设计能力的一种重要教学策略。

“观察细胞的质壁分离与复原”实验的实验原理、方法、步骤在教材上详细呈现，学生对实验内容没什么新鲜感，实验操作也是“循规蹈矩”，限制了学生的主体性的发挥和创造能力的培养。因此可以通过创设问题“（显微镜下观察洋葱鳞片叶细胞）这些小小的细胞，我们能测定它的细胞液的浓度吗？”来引起学生思维，启动探究。测定浓度的方法，学生已经掌握了一些方法，但对于这么微小的细胞却显得困惑。这时，教师可以引导学生分析一下“细胞的质壁分离与复原”实验原理。学生便可根据已有认知，以及教材实验的方法步骤，创造性地设计出各种方案：有的认为先利用高浓度的外界溶液使细胞发生质壁分离， 然后加清水引流稀释，直到刚好发生复原来测定细胞液的浓度；有的认为应该先配置一定浓度梯度的外界溶液，然后依次观察不同梯度溶液下的细胞质壁分离情况来确定浓度；也有的指出应先配置一个较高浓度的溶液和较低浓度的溶液，观察细胞质壁分离情况，然后取中值的方法逐步测定细胞液浓度等等。

通过实验设计，学生没有按照教材中的实验步骤完成实验操作，真正体现了实验作为解决问题的载体。更重要的是通过实验，学生明确了可以运用生物学自身的技术，进行生物学实验设计，来解决生物学问题，有效地落实生物学实验的课程目标。

四分析生物学实验结果、监控变量，实施实验教学

生物学实验具有很大的开放性，影响实验结果的变量往往非常复杂，这就要求学生掌握对照实验的原理，认真分析实验结果，找出引起不同结果的实验变量，从而真正掌握实验的本质。“叶绿体中色素的提取和分离”实验属验证性实验，从学生完成实验情况看，结果并不理想：①色素带颜色不明显；②色素带不整齐，有重叠。而更严重的是，多数学生对实验结果的不理想缺乏正确的解释，无法明确实验操作过程的失误所在。因此可采取分析结果，监控变量的教学策略。

教师可事先展示两种截然不同的实验结果：①色素带颜色清晰、整齐、无重叠（理想）；② 色素带颜色不明显、不整齐、有重叠（不理想）。引起学生的知觉注意，并提问：为什么会出现不理想的实验结果，本实验的哪些操作步骤与之有关？此提问激起学生探索答案的欲望， 激发学生阅读和分析教材实验内容的兴趣，但由于实验操作过程并不简单，学生思维一时无法理清实验内容的内在逻辑性，因此难以确定问题的答案，但这也恰恰是引导学生探究的有利契机。

教师根据实验的目的、实验步骤，事先设计实验“自我监控表”（包括各实验步骤的操作目的、药品、现象原因、改进方法等方面），学生按照“自我监控表”对各项监控项目进行自我监控，并做好相应的实验记录。在实验过程中，学生不断反思，如这样的操作目的是什么？下面该如何？药品的剂量对吗？还有什么办法增强实验效果？等，思维始终处于较活跃状态。在自主分析导致实验结果的可能原因的基础上，对照实验小组内其他成员的实验结果，共同讨论，取人之长，补己之短，进一步明确问题症结的原因，然后小组间汇报分析结果，反馈小组监控学习成果，实现资源共享。

教育学论文结语：生物学实验在实验对象、实验方法、实验过程和实验结果上，都有许多学科自身独特的特点，立足生物学科这些自身特点，寻找生物学实验教学设计策略，不失为一种有效的方法。

参考文献：

[1] 余自强，高中生物课程应提高基本科学素养要求 ，生物学通报， 2003（1）37-38

[2] 教育部，新课标资源库生物卷，北京工业大学出版社，2004.2