生物科学是自然科学中的一门基础学科,是一门以实验为基础的自然科学,实验教学是中学生物教学的不可或缺的重要组成部分。在生物教材中,初中实验共有62个,高中实验共有41个(不包括演示实验)。《全日制义务教育生物课程标准(实验稿)》(以下简称为《生物课程标准》)指出:“通过教学,要使学生初步具有生物学实验操作的基本技能、一定的科学探究和实践能力,养成科学思维的习惯。”“我们应该进一步提高学生的生物科学素养,尤其是发展学生的科学探究能力,促进学生形成正确的世界观、人生观。”《2012高考考试大纲》(以下简称为《考试大纲》)也明确要求:能独立完成“生物知识内容表”所列的生物实验,包括理解实验目的、原理、方法和操作步骤,掌握相关的操作技能,并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运用;具备验证简单生物学事实的能力,并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理;具有对一些生物学问题进行初步探究的能力,包括运用观察、实验与调查、假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法;能对一些简单的实验方案做出恰当的评价和修订。由此可见,实验教学在中学生物教学中占有十分重要的地位。
一、生物实验教学现状
尽管《生物课程标准》《考试大纲》和教材都对实验教学提出了明确的、符合时代发展需要的要求,但是由于各种因素的制约,不同地区、不同学校的生物实验教学参差不齐,所达成的教学目标也各有高低。纵观现阶段中学生物实验教学,大致呈现出以下五种类型:
1.照本宣科型
这种教学模式的鲜明特点就是“老师读实验,学生背实验,考试默实验”。在这种教学条件下,学生们连载玻片、显微镜的模样都没有见过,完全只能让自己的实验思维停滞在对实验虚无缥缈的想象之中。显然,这并不是生物实验教学,既不能对学生传授任何知识,也不能培养任何能力。
2.避繁就简型
由于学校实验条件的制约,或教师自身的主观原因,对于《生物课程标准》规定的实验,教师只指导学生做一做操作最简单、最容易取材的那几个,其余实验也是停留在“老师读实验,学生背实验”的水平。
3.避轻就重型
一般说来,这类教师对于中考和高考还是有一定研究的,他们知道哪些实验是中考或高考的热点考点,哪些实验在中考或高考中出现的频率很低或几乎不出现。于是,对于中考或高考的热点考点实验就作为重点教学,让同学们走进实验室动手操作,然后再精讲精练;而对于非中考或高考的热点实验,老师则只是顺便带过。
4.稳打稳扎型
以这种教学模式进行生物实验教学的教师领悟新课改的精神较深,对《生物课程标准》也有一定研究,在教学中能较好地贯彻执行《生物课程标准》的要求,对教材确定的每一个实验都身体力行,指导学生动手操作,并配合相应练习加以巩固。
5.开拓创新型
这类教师经验娴熟,对《生物课程标准》和《考试大纲》理解透彻,能准确把握中考和高考的脉搏,准确把握教材,并善于在教材原有实验的基础上,引导学生拓展实验时空,更新实验原理,创新实验方法,巧用实验器材,激发实验兴趣,培养学生的实验动手操作能力、分析思维能力和创新意识,在创新中寻求愉悦,在愉悦中跨越提升。
在以上生物实验教学情形中,我们应该坚决摒弃“照本宣科”和“避繁就简”。在特殊的教学条件下,我们可以谨慎选择“避轻就重”这种情形;“稳打稳扎”的方法值得肯定,但有其不足;“开拓创新”无疑是我们应该追求的高级境界。
二、将实验打造成生物教学的兴奋点
当前中学生物实验教学参差不齐,教学质量受到严重制约,当然有诸多因素的影响和限制。在此,我们姑且不去讨论经费投入和领导理念等方面的因素,着重从生物教师的教学策略层面进行探讨。中学生物教师自己应该重视生物实验教学,打好实验牌,将实验打造成生物教学的兴奋点。为此,我们可以从以下三个方面入手:
1.明确生物实验教育教学目标
没有目标,就如大海中迷失了方向的航船。要上好生物实验课,并不是只要将学生带进生物实验室,依据教材描述的实验方法依葫芦画瓢,重复一次操作步骤这么容易。课前,教师应该深刻领会编者对该实验在中学生物教材中的编写意图和《生物课程标准》中对该实验教学的基本要求,吃透教材中实验依据的原理和操作方法,了解实验的重点、难点、易错点和可创新点之所在。其次,教师应该了解学生的学情,了解学生已有的实验动手能力基础、知识理解能力基础、分析能力基础、创新能力基础以及对相关理论知识的掌握水平,因材施教,有的放矢。
2.创新实验教学方法,激发学生学习兴趣
伟大的科学家爱因斯坦说过:“兴趣是最好的老师。”这就是说,一个人一旦对某事物有了浓厚的兴趣,就会主动去求知、去探索、去实践,并在求知、探索、实践中产生愉快的情绪和体验。如果我们能让学生对生物实验产生浓厚兴趣,我们的生物教学也就不再被动,教学质量必将显著提高。而要培养学生的实验兴趣,关键在于改进传统教学模式,多维度创新生物实验教学方法。
(1)可改验证性实验为探究性实验。在中学生物实验教材中,验证性实验较多。但是应当看到,验证性实验是用来验证已被证明过的、已有明确结论实验,学生已对这类实验的结果和结论心知肚明。倘若我们将某些验证性实验改为探究性实验,就能激发学生探求的欲望。例如,在人教版高中生物必修1《分子与细胞》中,将实验《检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质》改成为探究性实验 “鉴别还原糖、蛋白质和脂肪的存在”,即取三支相同的洁净试管,都注入等量清水,再分别对应加入等适量的蛋清、葡萄糖和芝麻油,另外备有斐林试剂、双缩脲试剂和苏丹Ⅲ等必要试剂和器材。在讲授完毕实验原理后,让学生脱离教材,独立思考或分组探究设计实验的方法步骤,再完成实验。在实验中,可能既有成功,也有失败,但是我们应允许失败。在实验结束后,我们可以相互交流实验成果,既可以师生评价,也可以生生互评;既鼓励成功者,也为失败者找出失败的原因。这种改进,既激发了学生探究的欲望,也激发了其思维的火花;既培养了学生的团队合作意识,也使学生得到了关注和应有的评价。
(2)多起点提问,引导学生深入分析实验设计和实验现象。中学生物实验,并不一定是利用实验结果来证明课堂知识,也不仅仅是为了让学生学会对某种仪器、试剂、药品的使用方法,更重要的是要让学生了解和掌握生命科学的严肃性、科学性及其基本研究方法、培养研究生物学问题的兴趣和能力。所以,在学生实验中,不能单纯用课本中的实验步骤生搬硬套,教师应该要指导学生去分析实验中每一个步骤的作用、每一个处理环节的目的,以及各实验步骤之间的相互联系,从中生成解决问题、研究事物的科学方法,并形成严密的思维探究模型。所以,在实验中,应根据学生基础和涉及实验原理难易程度的不同,精心设计一些新颖独特、多起点、多层次的问题刺激学生积极思考,努力解决实验问题。要让学生既知道怎么做,也要知道这是为什么。例如,在人教版高中生物必修1《分子与细胞》的“体验制备细胞膜的方法”实验中,我们可以多起点设问:①为了得到较纯净的细胞膜,我们最好选择动物细胞还是植物细胞作为实验材料?为什么?②如果选择动物细胞的话,现有两类细胞,即鸡的红细胞和猪的红细胞,我们最好选择哪一类?为什么?③细胞很微小,我们能否用针扎法或锤击法来破坏细胞,进而提炼出细胞膜?为什么?如果不能的话,你能另辟蹊径,想出更好的办法吗?在本实验结束之后,我们还可以设问:为了给因在炎热天气工作而脱水的患者体内补水,医生能否向其静脉中点滴蒸馏水?为什么?
(3)自制教具,创新生物实验教学。新课程理念认为,我们不能只是教教材,而应该用教材教。也就是说,教师的教学不能拘泥于教材。《生物课程标准》已为我们的教学指明了方向,教材仅仅是达成教学目标的一个工具或途径而已。他山之石可以攻玉,我们完全可以自己学习借鉴其他教材或资源素材,对教材的知识体系进行重新设计,其中自制教具创新实验教学就是很好的途径。例如,在讲授人教版八年级上册的生物学《水中生活的动物》一节时,教材中有一个这样的问题:“鱼在游泳时,靠什么部位产生前进的动力?”学生们基本上都能答出“靠尾的摆动”。倘若更深一步思考:鱼尾是左右摇摆的,为什么能将鱼的身体推向前方呢?这是一个很有思考和探究价值的问题。带着这个问题,我们可以大胆创新:选用矿泉水瓶、橡皮筋(或弹片)、橡皮塞、订书钉等,将矿泉水瓶加工成鱼的身体和尾,以订书钉为枢纽铆合两部分(必须保证鱼尾左右摇摆灵活自如),通过旋紧的橡皮筋(或弹片)提供尾部左右摇摆的动力。这样,我们将旋紧了橡皮筋(或弹片)的鱼模型放入水中,就可以看到鱼体快速向前游动了。这是一个教师自制教具的实验,取材容易,成本低廉,不仅有力地解答学生心中的困惑,也大大增强了学习生物学科的兴趣,培养了动手实验能力,激发了对生物科学创新探究的欲望。
(4)实验材料和实验方法多样化,创新生物实验教学。在中学生物教材中,通常每一个实验只列出了一种(或一类)实验材料。其实,这并不是说只能采用这种(或这类)实验材料来作为本实验的材料,其他很多生物材料也都是很好的实验材料,甚至还可能带来令人惊叹或出人意料的实验效果。例如,在人教版高中生物必修1《分子与细胞》的“绿叶中色素的提取和分离”实验中,教材中采用的实验材料是新鲜的菠菜叶,这当然是一种很好的实验材料。但是,我们也可尝试以红桎木叶片为实验材料进行实验,结果在滤纸条上还会多出现一条美丽的紫红色色素带。如果我们改教材上的实验方法为棉吸法进行色素层析,我们还将会发现一个美妙绝伦的实验结果——五彩同心圆环。
⒊精心设计学案,以学定教
精心设计学案,引导学生掌握和巩固实验基础知识,培养分析思维和探究创新能力。学案并不是单一的课后练习题。制定学案导学,首先要求老师了解《生物课程标准》对实验的教学目的要求,熟练掌握教材实验的原理和操作方法,并能准确把握实验的难理解点、难操作点、易忽略点,充分了解学生的学情基础;其次,老师要向学生明确指出对该实验的学习目标与要求,并就学习方法进行指导;再次,老师应该精心设计试题,包括对实验原理和实验操作方法的理解,不仅要让学生知道是什么,关键要让学生知道为什么,还可怎么样;第四,应在学生掌握本实验的基础上,设计与生活实际贴近的问题供学生分析和探究,使生物科学生活化,使生活生物科学化。例如,我们在设计人教版高中生物必修1《分子与细胞》“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验的学案时,可以设计这样的能力拓展题:
⑴邻居张大爷最近身体不适,他本人怀疑自己得了糖尿病。请你结合所学知识设计一个实验,以确定其是否患有糖尿病。
⑵某经销商在一小区以比较低廉的价格销售某种品牌的脱脂奶粉,很多人怀疑其脱脂奶粉可能是假冒产品,并未脱脂。请你设计一个实验,检测其奶粉是否脱脂。
问渠哪得清如许?为有源头活水来。实验,是自然科学的发展之源,更是培养学生生物科学素养与能力的必然途径。作为新时代的生物教师,我们决不能以完成教学任务为目标,必须充满时代的责任感和紧迫感,以对民族发展和国家未来负责的态度,更新教育理念,改进教学方法,将实验打造成生物教学的兴奋点,为中学生物的教育教学开创一片新天地。
(作者单位:湖南省长沙教育学院)