浅谈高中生物实验的改进和创新

强烈的创新意识仅仅是创新素质的起点，创新思维才是创新素质的“内核”。创新思维往住从疑问和惊奇开始。教育家陶行知先生说过：“发明千千万，起点在一问。”生物学是以实验为基础的自然科学。生物学实验教学不仅是验证理论知识的手段，还是激发学生探索兴趣，培养学生的观察操作能力，启迪创新意识，提高创新能力的重要途径。我国古代学者也曾说过：“疑者，觉悟之机也，大疑则大悟，小疑则小悟。”学贵有疑。通过设疑，可以激发思维的火花，教师的教学重点和难点在于挖掘生物学知识中的思维价值，把思维过程揭示出来。同时根据教学重点和难点，设计思维活动，选择能开发启迪思维能力的内容并设计成疑难问题。在生物学实验过程中，从实验材料的选择到实验方案的设计，从实验结果的分析到实验报告的完成，每一步都蕴含着创新的火花。现就一年来我们课题组成员研究的高中生物实验的创新的一些感悟并结合高中生物实验教学中的一些实例，谈谈对高中生物实验的一些改进和创新。

一、实验材料的创新

生物实验材料的适当选择是实验成败的关键之一，高中生物必修实验中，实验材料主要涉及洋葱（根尖、根、鳞叶表皮）和新鲜的菠菜叶子等。为什么要选用洋葱和菠菜呢?选择实验材料的标准：一是取材方便；二是操作简便；三是效果明显。其中主要是效果明显，务必保证实验效果。生物实验材料的适当选择是实验成败的关键,同时选择生物实验材料的原则是：①可控性；②稳定性；③可行性；④来源可靠、经济易得；⑤繁殖快、周期短。（称为五项原则），然而面对教材中大量增加的实验内容，学校实验室的材料用具、资金支持等就面临着诸多困难。在保证实验效果的前提下，教学过程中引导学生根据本地实际情况进行探究，充分利用现有资源，研究和改进实验，发现方便易得、价格低廉、可循环利用的材料用具进行替代实验，可以培养学生的创新能力。

例如，在“观察根尖分生组织的有丝分裂”实验中，教材设计用洋葱做实验材料，但在实际操作中，感觉到洋葱并不是很理想的实验材料，其主要不足之处有：洋葱和培养容器的需要量较大；买来的洋葱需要进行人工处理，而且难以生根，生根量也少；需要多次换水，耗时耗力。在实验教学过程中，可以引导学生将常见的大豆、绿豆、玉米、小麦等种子浸泡生根，进行观察比较，筛选出豆类种子做实验材料，克服了上述不足。后来又有学生直接使用菜市场上卖的初步萌发的黄豆芽做实验材料，生根快而且齐，方法简单，材料易得，不受季节影响。经过这样的探究过程后，学生的创新意识和创新能力得到了肯定。另外在学习到“生长素的发现过程”时，当学生们发现达尔文、温特等科学家选用的金丝雀虉草、燕麦等实验材料在本地都很难找到时，也就能主动提出，使用方便获得的玉米、大豆等种子进行实验，以获得较好的实验效果。再例如，紫色洋葱表皮细胞的特点是液泡呈紫色，原生质层和细胞壁区分明显，在显微镜下观察质壁分离现象非常清晰、易见。而白色洋葱表皮细胞，也能发生质壁分离现象，但没有这些特点，所以做“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验，选用的洋葱表皮要紫色的，不要白色的。同时能不能用食盐溶液代替蔗糖溶液，使洋葱表皮细胞发生质壁分离现象?蔗糖溶液浓度由30％增大至40％，洋葱表皮细胞会不会加快发生质壁分离现象?像这样对实验方法提出问题并进行讨论，可以深化学生的实验知识，从而培养学生创新能力。假如有学生提出新的实验操作方法（包括改变试剂浓度和换用另种试剂），并且这种方法是科学合理、切实可行的，那就是创新能力的表现，就该大力提倡和表扬。又例如:在色素的提取和分离实验中,教材中的实验材料是菠菜,但是有的学生提出用韭菜叶和水萝卜叶替代行不行,带着问题让学生不仅“质疑”，而且要主动“释疑”，那就要通过各种途径获取相关知识，然后发现韭菜叶中含有丰富的叶绿素a和叶绿素b，水萝卜叶中富含叶黄素和胡萝卜素。在此基础上，由学生自己设计试验并验证试验。最后在“叶绿素提取”实验中层析后出现四条明显的色素带，利用新材料取得了新效果，同时也培养了学生的科学探索和创新精神。

在探究和改进实验材料的过程中，不仅能够发现实验效果好、操作性强的实验材料，以获取同样的实验效果，更能够培养学生的质疑精神、创新精神和主动学习精神。只要掌握了选用实验材料的三条标准和五项原则，因地制宜、因时制宜选择实验材料，不受书本所述的实验材料的限制去寻找探索新的实验材料，那就是进行知识的迁移和创新能力的培养。

二、实验条件的创新
实验条件的改变与实验材料的选择有关，也是影响实验现象是否明显、反应速度快慢的因素。教材中的实验大多是经典实验，按照教材中所提供的材料、方法、操作过程做实验，多数是可以得到良好效果的，但有些实验由于材料采集难度大或反应速度慢，持续时间过长等原因，可以鼓励学生尝试新的实验方法以消除原实验中的弊端。例如：在高二“酶的专一性”实验中，由于用市场上购买的纯淀粉酶代替了学生提供的唾液做试验，不仅改变了过去学生提供唾液的不雅观、不卫生状况，而且由于淀粉酶可配制成一定浓度的溶液，使实验由定性变为定量研究，这样大大加强了试验的科学性。更重要的是实验温度的改变，实验要求50度，如果低于或高于50度会如何，低于多少或高于多少才会抑制或破坏酶的活性。在教师指导下，由学生设计试验，选择对比试验，分析对比结果，得出结论，填写报告。虽然，试验中某些步骤不断重复，甚至有些枯燥，并且最后得出的结果也不尽精确，但学生从中体会到实验设计的严密性以及科学研究需要耐心。

三、合理更换实验器具

实验器具直接影响实验效果，因此，制作或选用实验器具，一定要满足实验要求。例如，选用毛细吸管时，要考虑毛细吸管的粗细、长短要恰当，这样才容易把滤液细线画细画齐。如果用毛细吸管不好画，可改用硬笔尖、竹签、牙签或盖玻片等来画，不管用什么来画，只要滤液细线画得越细越齐，实验效果越好。又如，选用研钵要钵底和磨锤较粗的才能使菠菜叶片研磨迅速、充分，加入适量二氧化硅研磨就是这个道理。再例如，制作洋葱根尖装片，在压片时，可以用铅笔带橡皮的一头敲压根尖，使细胞分散开，不一定非要用书上讲的用手指压片的方法。上实验课时，对于实验步骤的具体操作方法，可适当考虑加以改进，就是换另一种条件操作，更有利于实验效果，因为教科书上讲的操作方法并不是惟一的。
四、变换实验形式

化被动学习为主动学习，变验证性实验为探究性实验。设计探究性实验是发现与创新的一种手段。我国的生物课程标准“倡导探究性学习”，因此，为了提高学生的实践能力和创新能力，高中生物教材设置了“探究性学习”、“调查”、“技能训练”等栏目，这些对于激发学生学习兴趣、培养动手能力、提高科学素养、发掘创新潜能无疑是非常有好处的。但是教材中的实验形式虽有所改变，验证性实验毕竟还是占多数，一般是先讲授知识，然后按学习要求通过实验来进行验证。这种做法会造成学生认识过程的思维定势，阻断学生的创新思维，因此这样的验证性实验也可以根据实际教学情况，适当地进行改变，设计成为探究性实验。例如，高中生物必修一（人教版）教材第二章第三节中，先讲述DNA和RNA在细胞内的分布，然后安排实验加以观察验证。这里不妨改由学生先进行实验观察，探究DNA和RNA在细胞内的分布，然后再加以理论上的总结。看起来，这仅仅是将讲授知识与实验观察的顺序颠倒了，但实质上是将验证性实验变为了探究性实验，学生亲自参与了知识的建构过程，是一种积极的心理体验和学习主动性的发挥。

当然，将验证性实验改为探究性实验需要考虑几个实际条件：首先，教学时间要相对充裕；其次，教材内容难易适中，学生对该实验要有一定的理论知识准备和实验技能准备；再次，教师自身需要有较强的实验设计能力，能够充分预估学生的设计方案，并能对学生的设计方案进行比较准确的分析与评价。根据自己所设计的创新实验，进行实验验证。在实验过程中，可能出现这样那样的问题，甚至会与预期的结果出现大的偏差，这时，教师要认真对待学生实验中出现的问题，及时鼓励学生不要因一、两次的错误而气馁，更不要因一、两次的失败而放弃。杜绝从语言或行动上挫伤学生的积极性，不能使学生“乘兴而来，败兴而归”。帮助学生发现问题所在并预以纠正，完成实验，让其逐渐养成坚忍不拔之精神，要能经受挫折，承受失败。
创新是教育的核心，教育培养的人才不仅要有全面的知识结构，更要有创新的活力，以适应知识经济的发展，承担知识创新的重任。我们要以积极向上、求真务实的态度在实践中善于学习，勤于探索，敢于创新，让学生也能切身感知到不能迷信书本，不能死学知识，应该勇于探索创新，勇于改革进取，成为具有创新能力的高素质人才，以适应迅速发展、竞争激烈、多元变化的现代社会。