实验中研究性学习的实践与研究 《中学生物教学》 2002年06期 张

总之，研究性实验进入学生生活，打破了学生认识过程中的思维定势，发展了学生的创新思维，可以激发学生的学习兴趣和参与意识，培养他们学习的主动性，形成客观而实事求是的科学态度和不懈的进取精神、严谨细致的作风和坚忍不拔的意志等。
参考文献
1蒋先梅.探究性与验证性实验的主要区别．生物学教学，2001（10）：19。
2田光文.以探究性实验代替验证性实验的探究，中学生物教学，2001（2）：35～36。
3陈美玲，生物实验探究与创新实践。中学生物教学，2001（3
模式：教师提出需学生研究的问题→学生设计实验→实验验证→得出结论→填写报告。以“细胞的质壁分离及质壁分离复原”实验为例，本实验的原理是：一个成熟的植物细胞，放在一定浓度的溶液中，就可构成一个渗透系统，从而可以发生渗透作用。渗透系统建立的条件为：需要半透膜，且半透膜两侧具有浓度差（水势差）。学生通过大纲规定的实验得出结论：水分子总是从水势高处向水势低处移动。通过对实验原理的分析，我们从渗透系统建立的条件上思考，创设了一些研究性学习的情景。
教育部中学校长培训中心主任陈玉琨言道：“把创造还给学生，让学生在创造性的学习中提高创新意识，培养创新精神。这是学校教育应对时代挑战的唯一选择，研究性学习正是基于这样的理念而提出来的。”
生物学是一门实验性学科，实验能使学生直接接触生物，并能仔细地研究生命现象，调动学生学习的积极性，培养学生对实验原理的理解能力、积极思维能力、对实验结果做出理论上的分析和解释的能力；培养学生实事求是的科学态度。因此，生物实验是培养学生创新精神的最好机会。而研究性学习则是指学生在教师指导下，以类似科学研究的方式获取知识，培养能力的一种学习方式。那么，如何从以教师为主的实验教学方式中创设让学生进行研究性学习的情境呢？在近几年的高中生物实验教学中，我们进行了有关的实践与研究，设计了一些研究性实验，设计原则是以学生为主体，让学生在遵循基本的实验操作程序的基础上，在理解实验原理的前提下，进行研究性学习，以寻求最佳的实验方法，或通过研究性实验，来证明某些观点或探求某些结论。
现行生物教材中的学生实验以及演示实验，既有验证型的，又有探索型的；既有观察型的，又有操作型的。而这些实验，都为前人的科学研究过程中的一部分，学生对此进行重复操作，不仅有助于对有关知识的理解和掌握，同时也培养了学生的观察、实验操作和思维能力，从实践中体会科学实验的严谨性。因此，我们希望在教材中有更多的实验，但课堂教学受教学时间的限制，无法过多地开展研究性的实验，这就要延续到课外开展。
模式：教师对实验步骤提出建议→学生选择比较实验→分析对比结果→得出结论→填写报告。
以“叶绿体中色素的提取和分离”实验为例。本实验的步骤是：去除叶柄、粗叶脉的新鲜菠菜叶5g，剪碎放入研钵，加少量碳酸钙、石英砂，15ml无水酒精，研磨成匀浆后过滤，得叶绿体色素提取液。用毛细管吸取少量滤液，在干燥的滤纸条上划一细线，烘干后再次划线，重复多次，然后放入层析液中进行层析。
（2）对内部溶液的改变：在高二的实验教学过程中，我们主要采用了（1）所示的情境，但也可设计针对植物细胞内部溶液的两种实验情境，因实验所需的时间较长以及器材较多，此情境一般适合课外活动或高三选修生物的学生。
A要求学生测定某植物细胞的细胞液浓度。这一实验情景作为问题提出后，学生设计的方法必然涉及利用已知浓度的外界溶液，通过观察植物细胞的质壁分离的程度来估测细胞液的浓度。在实践过程中，学生提出了两种外界溶液的配制方法，即配制具有一定浓度梯度的溶液或先配制一个较高浓度的溶液和较低浓度的溶液，观察细胞质壁分离的情况，然后取中值的方法逐步测定细胞液浓度。虽然，实验中某些步骤不断重复，可以说有点“枯燥”，并且最后得到的结果又是一个近似值，但学生从中体会到实验设计的严密性以及科学研究需要的耐心。
B.要求比较两种植物细胞的细胞液的浓度。如取新鲜的洋葱、大蒜的表皮细胞作为实验对象，比较两者对同一浓度的溶液发生质壁分离的情况，从而判断两者细胞液浓度的高低。这一问题的情境同大纲规定的有很大的相似性，只是增加了一个对比，目的是提高学生的兴趣。
2 从实验过程（步骤）出发设计研究性实验
（1）对外界溶液的改变：要求学生利用此实验原理，对现有的A、B、C3种不同浓度的溶液进行排序。此题作为本实验的研究题目在实验课上布置下去，要求学生在完成大纲规定的实验基础上进行研究，自行设计有关的方法、步骤，然后把方法、结论及其说明填写在报告上。
通过对实验班的数据统计表明，100％的学生在20min以内完成了教学大纲规定的实验；91.3％的学生完成了此实验研究，正确率在65.3％左右。从学生对此设计的喜欢程度看，可达95％以上。从学生使用的方法来看，可以说是多种多样：有每种溶液各制一张装片，比较细胞的质壁分离的数量与程度的；有通过引流方法，观察细胞有无质壁分离或质壁分离复原现象的；也有的学生使用了物理上的方法，如把溶液滴在载玻片上，观察其表面张力或观察溶液在试管内液面的凹陷；甚至有位学生问道：溶液的化学成分是什么？当得知是食盐溶液后，他把每种溶液都尝了一下，来验证其实验的结果；有的学生还提到可以通过测定溶液的导电率来判断其浓度等。我们从中可以看出学生主动研究的精神。课堂小结时请学生分析自己实验成功与失败的原因，很多学生谈到了实验过程中比较心急，引流之后没有等待足够的时间，便早早的下结论，导致实验结论的错误。我们认为这些失败的教训也是他们的收获之一。通过这些带有研究性质的学习过程，加深了学生对此实验原理的理解。
3 从允许学生故意出错的角度设计研究性实验
模式：教师针对教材中某些“不许”“不能”“注意”等内容提出质疑→ 要求学生解释为什么→学生实验→得出结论。
如在“叶绿体中色素的提取与分离”实验中不能让层析液浸没滤液细线，否则色素会溶解在层析液中，影响实验结果；“植物细胞的有丝分裂”实验中根尖解离后必须经过漂洗，否则盐酸同染色剂反应，会影响根尖细胞内染色体的染色效果；“生物组织中蛋白质的鉴定”实验中蓖麻籽的薄片需用95％酒精洗去油脂，以免影响对蛋白质晶体的观察；“水质污染对生物的影响”实验中合成洗涤剂对生物的影响应使用普通的洗衣粉等。为什么要这样做呢？以往教学过程中，往往是教师把答案告诉学生，要求学生记住，实验中不能如此操作。但在开展研究性学习的实践与研究后，教师不再给出答案，而是建议学生不妨在实验时试一下，通过亲自进行“错误”操作，学生知道了此操作所造成的后果，其印象比教师口头的讲述要深得多，也更有说服力，其心理体验是前者无法相比的。也有一些“错误”操作的结果对实验并无多大影响，如“水质污染对生物的影响”实验中使用普通的洗衣粉与使用加酶的洗衣粉的实验效果是相同的，那么教师就应引导学生分析其原因，为什么教材中采用前者，由此让学生体会科学研究的严谨性。
我们在教学过程中，鼓励学生在实验过程中使用不同方法，通过对比实验来研究哪种方法能达到最佳的实验效果。如建议学生对所取的菠菜与酒精的量的比例作一研究（可以采用10g菠菜叶与5ml无水酒精组合、10g菠菜叶与10ml无水酒精组合、5g菠菜叶与5ml无水酒精组合、5g菠菜叶与10ml无水酒精组合等）；也可对滤纸条的划线次数（可以是3次、5次、7次、10次等）、划线方法（可以是用毛细管、载玻片、铅笔、滤纸条折线等器材或方法）、取用碳酸钙的量（少量或较多）、是否需要过滤等实验步骤提出建议。学生在实验过程中，自己选择对比实验组，通过自己的实验，得出结论。
在实验过程中，学生的兴趣很高，积极性与主动性得到充分体现，相互之间主动交流实验的结果与体会。同时，教师根据学生的实验对比结果，对实验的方法进行了一定的改进，如采用10g菠菜叶与10ml无水酒精组合，层析后色素带分层比较清晰；划滤液细线的方法可直接采用载玻片的一侧蘸取匀浆，压在滤纸条上，并称其为“敲图章”。此法可以节省实验时间，且滤液细线细而齐整；划线次数超过7次后对实验影响就不明显了。部分学生的研究结论被教师介绍给大多数学生，学生的研究直接参与进教学的研究，这对这些参与实验的学生是一种激励，反过来可以成为他们进一步学习的动力。如“水质污染对生物的影响”中观察水蚤心脏跳动，制片时既不能压死水蚤，又要限制水蚤活动，同时也不能影响引流操作。实验一般采用棉纤维，但棉纤维大多则较易影响观察，同时引流时，清水不易被置换，而影响实验结果。有的学生反映引流后水蚤死亡所需的时间较长，往往是由于此原因造成的。有两位学生创造性的想到使用纱布的细线，他们抽出二根纱布线，并排放置，滴加少量含水蚤的水滴，盖上盖玻片，成功地解决了以上问题。当此方法被介绍给其他学生后，这两位学生对生物实验的兴趣、认真程度比以往有了明显的提高。
通过这一设计，能养成学生批判性的获取教科书知识的习惯，培养学生发现问题，并积极探索解决问题的精神，更能培养学生的逻辑思维能力。学生能更深入的认识科学的本质特点，加深对生物学知识的理解，超越现有知识，也有助于培养学生的科学态度和创新精神。
4 结合教材设计研究性的实验
模式：教材中的知识点→教师、学生提出质疑→学生课外实验→得出结论。
我们的做法是结合教材中的知识点提出问题，也鼓励学生自己对知识点提出质疑，引导学生开展课外的研究实验，如“水污染”一节中提到热污染对生物的危害；“植物生命活动的调节”中，植物去除顶端优势后，植物的侧芽如何生长？CO2、光照等因素对光合作用的影响如何？如何用水培法培养植物，同时观察植物的缺素症状？孟德尔是如何进行杂交试验的？等等。教师鼓励学生多观察、多参与、多动手，在认识的基础上探索规律，通过理论联系实际，才能使学生迸发出创造的火花。