交融学科激发智慧进阶实验
实验教学是生物学课程的特点,也是生物学教学的基本形式之一。实验教学是促进学生积极融合学科知识、主动开发学科智慧、勇于探究学科创新的学习媒介,是促成学生达成生命观念、科学探究、科学思维、社会责任等生物学学科核心素养的重要支撑。为此,广大高中生物教师正在努力探究以发展综合能力、创新智慧、核心素养为宗旨的实验教学。
1综合实验材料,启迪创新思维,提升实验功效
科学选择实验材料是实验取得理想效果的首要前提。教师将学科内、学科间、生活中的材料进行综合思考,启迪创新思维,进而探索出新的实验材料,是获得耳目一新实验的重要手段,也是激发智慧、发展素养的有效途徑。
例如,在“植物细胞的质壁分离与复原”实验中,用洋葱鳞片叶紫色外表皮作材料,既会因原生质层非常薄且无色而不利于概念的生成,又会因液泡呈紫色而无法感知原生质层类似半透膜的生物学事实。这促使教师向学生提出更换原生质层厚而有色、液泡大而无色的实验材料的要求。为此,学生以综合分析初高中生物实验使用的和日常生活中观察过的活体植物材料为基础,先后提交选用带叶肉细胞的菠菜叶下表皮、葫芦藓小叶、黑藻小叶、苦草叶薄片等为材料的预设方案,并在课外活动中分组进行预实验,发现叶绿体随细胞质环流的黑藻及苦草叶薄片是理想的实验材料。这两种实验材料的状点主要有:①能够清晰观察到外面紧贴着细胞壁、里边围绕着无色大液泡、中间含有叶绿体的动态圆环,直观感受原生质层的存在;②沿壁内侧、绕液泡外侧不断环流着的叶绿体,强烈吸引着观察者的注意力,在兴趣盎然的氛围中感知原生质层由细胞膜、细胞质、液泡膜组成;③在使用带红墨水的蔗糖溶液时,显微镜下能清晰观察到细胞壁与细胞膜的间隙、原生质层、液泡依次为红色、绿色、无色,自然而然地生成细胞壁的全透性、原生质层的选择透过性概念。创新材料的过程既非常好地提升实验功效,又潜移默化地启发创新思维、发展综合素养。
2交融实验用具,促发创新体悟,增进实验成效
融合选用理化生实验和生活中的器材、综合制作实验用具,既是实施低成本、低消耗、低污染实验的重要支撑,又是简约实验操作、获取理想效果的重要保证,还是激发学生体悟、动手、合作等多方面潜在能力的有效途径。
例如,需要耗时较长的“探究酵母菌呼吸方式”实验在正常教学秩序下的中学课堂无法进行,因此通常只能以课外实验的形式实施。可是,实施课外实验,遇到的首要困难是如何为酵母菌有氧呼吸持续充气。若直接使用市场上购买的气泵进行充气,则由于速度太快,会导致空气流经NaOH溶液时,其内的CO2不能完全被NaOH吸收,严重影响实验结果的科学性;若使用洗耳球进行充气,既存在需人员长时间持续充气的弊端,又存在交替进行吹气和吸气容易引发倒吸液体的不足。因此,发动学生制作适量流速的自动充气用具,成为实施课外实验的创新重点。在学生和多学科老师的协同努力下,成功制得可以控制理想气流速率的微型自动充气泵。其制作的工艺流程为:选用迷你型微型充气泵(如37C泵)一焊接上带引线的电池扣一电池扣上焊接微型开关一并将开关粘贴固定在气泵侧壁构成组件一给组件装上能暴露电池扣、开关、出气管的合适外罩→把9V干电池插入电池扣→在出气管连接可以任意调控气体流量的空气调节阀。学生应用自制气泵,不仅能顺利获得预期实验结果,而且能强烈提升多学科综合思维核心素养体悟潜能、合作探究素养。
3融合实验试剂,激发创新灵感,提高实验效率
实验试剂是实验的调节剂,不仅影响实验的结果,而且还影响实验的进程。因此,融合理科实验和生活经验,激发使用合适试剂的灵感,是生成创新智慧和探索创新实验的又一途径。
例如,在利用H2O2、FeCl3和鲜肝研磨液探究“酶只改变反应速率而不改变反应平衡”的实验中,如果机械地使用常规试剂,则一课时内无法完成预期的实验目标。为此,教师在启发学生多次探讨基础上,接力众多学生的灵感,创新使用饱和FeCl3溶液,使H2O2在FeCl3下的彻底分解由原来的十几小时缩短为几分钟,从而实现当堂获得最终产氧数据、当堂分析得出结论的理想效果,有效发展学生善于思索、勇于创新的智慧和素养。
再如,为了使学生能够真正体会“动物标志重捕法”实验,教师预设使用可爱动人、数量众多、运动力强的小金鱼作为实验材料。可学生实施标记时,却发生找不到合适标记物和标记部位的困难。在多方查阅生物、化学资料的基础上,学生多次尝试将生物与化学知识相融合,找到了标记试剂甲紫和小金鱼尾鳍的合适标记部位,从而在课堂上成功实施模拟实验,有效激发多学科综合探究素养。
4耦合实验装置,激励创新灵动,臻美实验成果
实验装置是实验能否实施、能否成功、能否利于发展学生智慧和素养的主器件。因此,借助理化生实验和生活经验的有机耦合,对装置进行合理的创新设计,是激励创新灵动和完善实验探究最突出的方法。
例如,探究酶在细胞代谢中作