韓丹 劉青

實驗教學(xué)貫穿整個生物教學(xué)過程，實驗是進(jìn)行科學(xué)探究活動的重要途徑之一，以科學(xué)探究為目的的實驗被稱為探究性實驗。實施探究性實驗教學(xué)有助于實現(xiàn)課程改革目標(biāo)，是當(dāng)前教學(xué)的重要方式和任務(wù)之一。課改以前，生物教學(xué)注重生物理論知識的傳授，實驗主要起到驗證強化生物學(xué)知識的作用。課改之后，實驗教學(xué)逐漸成為生物教學(xué)的重心，期望學(xué)生通過實驗探究活動來發(fā)現(xiàn)科學(xué)知識。新一輪生物課程改革強調(diào)：面向全體學(xué)生，提高生物科學(xué)素養(yǎng)，倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)。探究性學(xué)習(xí)是學(xué)生在一種好奇心驅(qū)使下，以問題為導(dǎo)向，通過類似于科學(xué)家探究性活動的方式獲取科學(xué)知識，并在此過程中學(xué)會科學(xué)的方法和技能、科學(xué)的思維方式，形成科學(xué)觀點、樹立科學(xué)精神的一種十分豐富的學(xué)習(xí)活動。它的基本研究方法是實驗操作。新課程標(biāo)準(zhǔn)特別強調(diào)，教師要通過探究式實驗教學(xué)讓學(xué)生親自嘗試和體驗。探究性實驗教學(xué)是探究性學(xué)習(xí)的一種手段，是學(xué)生運用所學(xué)習(xí)的知識解決一些未知領(lǐng)域的生物學(xué)問題。它的實施，便于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，更能增強學(xué)生的整體素質(zhì)。因此，新課程改革要求學(xué)校實施探究性教學(xué)。新課標(biāo)實施以來，對學(xué)生能力的要求越來越高，對能力考查的一個主要手段，就是通過探究性實驗的設(shè)計來體現(xiàn)。2017年高考理綜全國一卷第29題確定新病毒的類型（DNA病毒或RNA病毒）就是一個典型例子。

目前絕大多數(shù)普通高中的實驗室條件、實驗經(jīng)費等方面投入嚴(yán)重不足，幾乎無專職的實驗教師，這在一定程度上也影響了教師和學(xué)生對生物實驗的開設(shè)和學(xué)習(xí)的積極性。絕大多數(shù)學(xué)生對生物實驗具有濃厚的興趣，大部分學(xué)生樂于親自動手開展實驗，利用業(yè)余時間開展課外探究活動，但大部分學(xué)校對生物實驗教學(xué)的指導(dǎo)仍不夠重視，部分教師仍僅將生物實驗教學(xué)作為理論教學(xué)的輔助形式，實驗開出率和實驗課時嚴(yán)重不足，開設(shè)的實驗多為驗證性的經(jīng)典實驗，探究性實驗開設(shè)極少，實驗仍主要是通過講授、演示和模擬等方式來完成。這都極大地限制了學(xué)生通過動手操作來獲取知識并提高其實驗探究的能力。還有相當(dāng)多的學(xué)生對探究性實驗及驗證性試驗區(qū)分不清，對探究性實驗設(shè)計的一般步驟還不了解，有相當(dāng)一部分學(xué)生對一些課中涉及到的基本實驗方法、設(shè)計實驗所遵循的的基本原則都很模糊，背實驗的情況仍然存在。一些教師對新課標(biāo)所要求的要提高生物學(xué)素養(yǎng)、領(lǐng)悟科學(xué)研究方法的指導(dǎo)不到位，存在只顧眼前，不管長遠(yuǎn)發(fā)展的功利主義思想，對于學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)只停留在口頭上，很少落實在平常的教學(xué)實踐中，這與新課改的目標(biāo)是格格不入的。如果不提高認(rèn)識，不落實在教學(xué)實踐中，在未來的高考中學(xué)生必將被淘汰，這種教法隨著社會發(fā)展必將落伍。

學(xué)生要進(jìn)行探究性實驗設(shè)計，必須對教材中的實驗方法和實驗遵循的原則熟練掌握，充分理解并且有深厚的實驗動手能力。

生物學(xué)常用的實驗方法有：（1）顯微觀察法：如“觀察細(xì)胞有絲分裂”、“觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)流動”、“用顯微鏡觀察多種多樣的細(xì)胞”等。（2）觀色法：如“生物組織中還原糖、脂肪和蛋白質(zhì)的鑒定”、“細(xì)胞中DNA和RNA的分布”等。（3）同位素標(biāo)記法（同位素示蹤法）：如“噬菌體侵染細(xì)菌”的實驗、“美國科學(xué)家魯賓和卡門證明光合作用的氧氣全部來自水”的實驗等。（4）補充法：如“用飼喂法研究甲狀腺激素”、“用注射法研究動物胰島素和生長素”、“用移植法研究性激素的作用”等。（5）摘除法：如“用閹割法、摘除法研究性激素、甲狀腺激素或生長激素的作用”。（6）雜交法：如“植物雜交實驗”、“測交實驗”等。（7）理論分析法：如“植物向性運動的研究”。（8）模擬實驗法：如“滲透作用的實驗裝置”、“分離定律的模擬實驗”等。（9）假說演繹法：如“孟德爾遺傳定律的提出”、“摩爾根果蠅雜交實驗證明基因在染色體上”等。（10）類比推理法：薩頓提出基因在染色體上的假設(shè)。（11）實驗條件的控制方法：如增加溶液中的氧可通過泵入空氣或放入綠色植物、曝光或遮光等。

實驗設(shè)計的基本原則主要有：（1）對照原則：在實驗設(shè)計中，為排除無關(guān)條件的干擾，常需要設(shè)置對照實驗。通過干預(yù)或控制研究對象，消除或減少實驗誤差。鑒別實驗中處理因素與非處理因素的差異，除所控制因素外，其他條件與被對照實驗完全相同。常見對照方法主要有：自身對照、條件對照、空白對照、相互對照等。（2）單一變量原則：控制其他因素不變，只改變其中一個因素，觀察其對實驗結(jié)果的影響。（3）等量性原則：對于無關(guān)變量要注意：①所用生物材料要相同，②所用實驗試劑要相同，③所用處理方法要相同等。（4）平行重復(fù)原則：對所做的實驗在同樣條件下進(jìn)行足夠次數(shù)的重復(fù)，不能只進(jìn)行1—2次便輕易得出結(jié)論，任何一項生物實驗，都必須能夠重復(fù)，都必須經(jīng)得起重復(fù)。（5）科學(xué)性原則：設(shè)計實驗時，必須要有充分的科學(xué)依據(jù)，也就是要以前人的實驗為基礎(chǔ)，而不是憑空設(shè)想，主觀臆造。（6）簡便經(jīng)濟原則等。

很多學(xué)生對驗證性實驗和探究性實驗的根本區(qū)別還弄不清楚。探究性實驗是指實驗者在不知道實驗結(jié)果的前提下，通過自己進(jìn)行實驗探索、分析、研究得出結(jié)論，從而形成概念的一種認(rèn)識活動；驗證性實驗指實驗者針對已知的實驗結(jié)果而進(jìn)行的以驗證實驗結(jié)果、鞏固和加強有關(guān)知識內(nèi)容、培養(yǎng)實驗操作能力為目的的重復(fù)性實驗。就實驗?zāi)康亩?，探究性實驗是探索研究對象的未知屬性、特征以及與其他因素的關(guān)系；驗證性實驗是驗證已知對象的已知屬性、特征以及與其他因素的關(guān)系。探究性實驗要根據(jù)現(xiàn)有的科學(xué)理論、事實，對所要研究的對象設(shè)想出一種或幾種可能的答案、解釋；驗證性試驗結(jié)論是已知的，故不存在假設(shè)問題。

如果說驗證實驗是對已有的實驗進(jìn)行重復(fù)，或?qū)σ阎慕Y(jié)論進(jìn)行驗證，那么探究性實驗就是一個全新的、結(jié)果未知的實驗，需要確定實驗?zāi)康摹⒆龀鰧嶒灱僭O(shè)、確定實驗原理、設(shè)計實驗步驟、預(yù)測實驗結(jié)果、具體進(jìn)行實驗操作、觀察記錄實驗結(jié)果、對試驗結(jié)果進(jìn)行分析得出實驗結(jié)論。例如“探究唾液淀粉酶催化的適宜溫度”的實驗，題目就反映了實驗的目的，原理是溫度影響酶的活性。在設(shè)計實驗步驟時，要確定溫度是自變量，根據(jù)自變量設(shè)置若干實驗組或?qū)φ战M。實驗時間、加酶的量等是無關(guān)變量，無關(guān)變量必須相同，即遵循等量性原則。因變量即淀粉分解的多少是通過加碘液后藍(lán)色深淺來反映的，在這里涉及生物學(xué)常用實驗中的觀色法、實驗條件的控制法（如水浴溫控等方法）。最后通過比較藍(lán)色最淺的對應(yīng)溫度即是酶催化的比較適宜的溫度。該實驗的順利實施，離不開對基本實驗方法、實驗基本原則、基本生物學(xué)原理的牢固掌握。同時我們也可以提出一些讓學(xué)生進(jìn)一步思考的問題，例如我們得到的是不是酶催化的最適溫度？如果不是，怎樣才能得到更接近真實值的結(jié)論呢？不斷拓展學(xué)生的思維空間，使學(xué)生設(shè)計實驗的能力、思維的縝密程度都不斷提高。

隨著社會的發(fā)展，對創(chuàng)新能力的要求越來越高，對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，是教育的主要目標(biāo)和方向。高中一線教師首先要有這樣的意識，要從基本的實驗方法、實驗原則抓起，特別是科學(xué)發(fā)展過程中的一些經(jīng)典實驗，引領(lǐng)學(xué)生從中領(lǐng)悟前人科學(xué)研究的方法。推動教師探究性實驗教學(xué)，提高學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的興趣，使學(xué)生在進(jìn)行探究性實驗的過程中有章可循，在高考中對探究類題型的解決胸有成竹，在將來的科研工作中一定會碩果累累，從而推動社會的快速發(fā)展，我們的國家必將成為引領(lǐng)世界發(fā)展的創(chuàng)新型國家。