呂甜甜

摘 要 以學(xué)生易出錯(cuò)的幾個(gè)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)為例，闡述教師如何將“實(shí)驗(yàn)敗筆”轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)課程資源，以及如何正確認(rèn)識實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的“實(shí)驗(yàn)敗筆”，以期為一線教師的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供部分參考。

關(guān)鍵詞 高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn) “實(shí)驗(yàn)敗筆” 生成性課程資源

中圖分類號 Ｇ633. 91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

生物學(xué)是一門自然科學(xué)，也是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。 《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》在課程實(shí)施建議部分指出：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物學(xué)課程的特點(diǎn)，也是生物學(xué)教學(xué)的基本形式之一，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是促進(jìn)學(xué)生達(dá)成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要支撐，教師要加強(qiáng)和完善生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于受實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制以及先前教育下學(xué)生掌握的實(shí)驗(yàn)相關(guān)前概念和操作技能的影響，常有遇到障礙而中斷實(shí)驗(yàn)抑或勉強(qiáng)操作的情況出現(xiàn)。教師引導(dǎo)學(xué)生“走流程”，即簡單地告訴學(xué)生“做什么”和“怎么做”，卻忽視對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，更不重視挖掘?qū)W生“糟糕的實(shí)驗(yàn)敗筆”或“奇談怪論”背后蘊(yùn)藏的寶貴課程資源。 “試誤法”是一種科學(xué)研究的方法和解決問題的策略， “一團(tuán)糟”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更是學(xué)生個(gè)性思維和創(chuàng)新性思維得以發(fā)展的“沃土”，在對“糟糕的實(shí)驗(yàn)敗筆”的討論中，學(xué)生學(xué)會重新審視、評估自身觀點(diǎn)的正確性，在沖突和對立中建構(gòu)知識體系并發(fā)展科學(xué)思維。下面將以生物學(xué)《必修1·分子與細(xì)胞》實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的幾個(gè)“實(shí)驗(yàn)敗筆”為例，淺談如何將其轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)課程資源及如何正確認(rèn)識學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的“實(shí)驗(yàn)敗筆”。

1 從“實(shí)驗(yàn)敗筆”到實(shí)驗(yàn)課程資源

1.1 實(shí)驗(yàn)一：探究酵母菌的呼吸方式

“探究酵母菌的呼吸方式”是生物學(xué)教材《必修1·分子與細(xì)胞》中的重要實(shí)驗(yàn)，酵母菌是一種兼性厭氧菌，既可以在有氧條件下生存，也能在無氧條件下生存。酵母菌無氧呼吸能分解糖類物質(zhì)產(chǎn)生酒精，而利用酸性重鉻酸鉀由橙到灰綠的顏色變化可以檢測、判斷酒精有無。但在實(shí)際操作中，部分學(xué)生向無氧呼吸和有氧呼吸組分別滴加酸性重鉻酸鉀溶液，均會觀察到顏色變化。酵母菌有氧呼吸明明不會產(chǎn)生酒精，為什么也會出現(xiàn)顏色變化？難道有氧組酵母菌不僅進(jìn)行了有氧呼吸也進(jìn)行了無氧呼吸？當(dāng)實(shí)驗(yàn)“出錯(cuò)”時(shí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究熱情極大地得到激發(fā)，教師可引導(dǎo)學(xué)生以此為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課題進(jìn)行深入探究。

學(xué)生經(jīng)過深入探究分析“糟糕的實(shí)驗(yàn)敗筆”，發(fā)現(xiàn)葡萄糖也能與酸性重鉻酸鉀發(fā)生顏色變化，葡萄糖分子含醛基，能被酸性重鉻酸鉀氧化成酸，生成綠色的硫酸鉻。為解決該問題，提高課堂實(shí)驗(yàn)的成功率，學(xué)生集思廣益，提出“將酵母菌的培養(yǎng)時(shí)間適當(dāng)延長，以消耗盡溶液中的葡萄糖”的想法，這正是生物學(xué)2019年版新教材已修改完善之處。但考慮到課堂實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限，短時(shí)間內(nèi)葡萄糖難以消耗完，且葡萄糖是否已經(jīng)完全消耗也難以判斷，因此學(xué)生轉(zhuǎn)而思考是否還有其他檢測酒精的方法。通過討論，學(xué)生提出解決問題的新方案：由于酒精易揮發(fā)，因此可以先加熱酵母菌培養(yǎng)液，將蒸出的氣體導(dǎo)入酸性重鉻酸鉀溶液，再觀察顏色變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無氧組有灰綠色顏色反應(yīng)，有氧組則沒有。此外，有學(xué)生聯(lián)系生活實(shí)際，聯(lián)想交警可以用便捷式呼吸酒精測試儀檢測駕駛?cè)藛T是否飲酒，因此實(shí)驗(yàn)室也可將加熱酵母菌培養(yǎng)液蒸出的氣體通向酒精測試儀進(jìn)行檢測，不僅方便快捷也簡單易操作。

皮亞杰認(rèn)為，讓學(xué)生犯些錯(cuò)誤是應(yīng)該的，學(xué)習(xí)本身就是一種通過反復(fù)思考找到錯(cuò)誤的緣由，并逐漸消除錯(cuò)誤的過程。學(xué)生不僅是問題的制造者更是問題的解決者。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生無意間制造的“實(shí)驗(yàn)糟糕的敗筆”體現(xiàn)了其認(rèn)知沖突，這為進(jìn)一步深入探究提供契機(jī)，學(xué)生在探究中一步步解決“制造的問題”，構(gòu)建知識體系，發(fā)展科學(xué)思維，并提高問題解決的能力。

1.2 實(shí)驗(yàn)二：檢測生物組織中的糖類

“檢測生物組織中的糖類”也是高中生物學(xué)《必修1·分子與細(xì)胞》中的實(shí)驗(yàn)，關(guān)于三大類有機(jī)物（糖類、脂肪和蛋白質(zhì)）的鑒定，在各校普遍開展。實(shí)驗(yàn)原理簡述為：可溶性還原糖中的醛基可以和斐林試劑中的銅離子反應(yīng)，生成氧化亞銅磚紅色沉淀。雖然該實(shí)驗(yàn)的原理和操作步驟比較簡單，但在實(shí)際生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂上，并非所有學(xué)生均能成功觀察到磚紅色沉淀，部分學(xué)生驚奇地發(fā)現(xiàn)試管底部出現(xiàn)了意料之外的黑色沉淀。這是什么原因造成的？該如何避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)？

經(jīng)過查閱資料和重復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，斐林試劑由質(zhì)量濃度為0.1 g/mL的氫氧化鈉和質(zhì)量濃度0.05 g/mL的硫酸銅等量混合配制而成，但很多學(xué)生在混合不同溶液時(shí)，缺少振蕩搖勻的操作或搖勻幅度過小，導(dǎo)致氫氧化銅在試管底部沉淀，因此試管底部的氫氧化銅沉淀經(jīng)加熱后生成黑色的氧化銅，以此造成了實(shí)驗(yàn)的“一團(tuán)糟”。在生物學(xué)或化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，不可避免地有許多需要配制試劑的實(shí)驗(yàn)，不同試劑均要振蕩搖勻以充分混合。教師可以選擇在實(shí)驗(yàn)前設(shè)置易錯(cuò)提醒，或在學(xué)生觀察到異常實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后再引導(dǎo)其分析并解決問題，以提高實(shí)驗(yàn)成功率，促進(jìn)學(xué)生思維能力和問題解決能力的發(fā)展。

錯(cuò)誤的知識、認(rèn)知方式和不當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)結(jié)果均是在課堂中生成的重要課程資源，學(xué)生如果在實(shí)驗(yàn)過程中毫無錯(cuò)誤、分毫不差，又怎能有“意外”和“驚喜”？教師又怎能驅(qū)動學(xué)生的自主探究學(xué)習(xí)？該實(shí)驗(yàn)雖然簡單，但當(dāng)出現(xiàn)和預(yù)期不符的現(xiàn)象時(shí)容易被輕視和忽略。若教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將其作為一個(gè)單獨(dú)的探究課題提出，引導(dǎo)學(xué)生探究錯(cuò)誤緣由并逐步消除錯(cuò)誤認(rèn)知，解決問題，則能在實(shí)驗(yàn)中滲透即便一個(gè)小小的錯(cuò)誤都會造成“實(shí)驗(yàn)敗筆”后果的思想，并引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)踐操作中秉持嚴(yán)謹(jǐn)、縝密的態(tài)度。

1.3 實(shí)驗(yàn)三：觀察植物根尖細(xì)胞的有絲分裂

“觀察植物根尖細(xì)胞的有絲分裂”是人教版高中生物學(xué)《必修1·分子與細(xì)胞》中的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的材料一般為染色體數(shù)量較少的洋蔥或大蒜的根尖細(xì)胞，對植物根尖進(jìn)行解離、漂洗、染色和壓片等操作后，置于光學(xué)顯微鏡下觀察染色體的分裂狀況。由于本實(shí)驗(yàn)成功率較低，耗費(fèi)時(shí)間較長，實(shí)驗(yàn)過程較繁瑣，故常僅以教師教授的形式開展。而開設(shè)此學(xué)生實(shí)驗(yàn)的學(xué)校也多以引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)流程為主，未能深入分析“實(shí)驗(yàn)敗筆”的原因。

學(xué)生學(xué)習(xí)必然會犯錯(cuò)誤，既然犯錯(cuò)是一種普遍且無法回避的事，那么教師引導(dǎo)學(xué)生從錯(cuò)誤中汲取有益認(rèn)識，鼓勵(lì)其分析引起實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤的可能原因并加以改進(jìn)就具有重要意義。該實(shí)驗(yàn)失敗的原因主要是解離不徹底，絕大多數(shù)學(xué)生在視野中觀察發(fā)現(xiàn)根尖細(xì)胞大多相互重疊，因此如何將根尖組織細(xì)胞分散成單層細(xì)胞成為亟需解決的問題。

學(xué)生經(jīng)過探討提出以下猜想：該實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間處于學(xué)期末，近12月底，環(huán)境溫度較低可能會影響根尖分生區(qū)細(xì)胞有絲分裂的進(jìn)程，環(huán)境溫度較低也可能會影響組織細(xì)胞的解離和染色過程?；诖丝商岢鰟?chuàng)新性的探究課題，如探究環(huán)境溫度對細(xì)胞解離或染色體著色的影響等。經(jīng)過探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行改進(jìn)和完善，如當(dāng)溫度低于10℃時(shí)可以適當(dāng)延長解離和染色時(shí)間，抑或在溫水浴條件下進(jìn)行解離。

2 正確認(rèn)識實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的“實(shí)驗(yàn)敗筆”

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果未出現(xiàn)預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并不是一件令人遺憾的事，教師對待學(xué)生“實(shí)驗(yàn)敗筆”的態(tài)度將直接影響學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情和自我效能感。

2.1 “實(shí)驗(yàn)敗筆”是一種能動建構(gòu)的基礎(chǔ)

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)錯(cuò)誤，這為教師引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突提供了心理基礎(chǔ)， “實(shí)驗(yàn)糟糕的敗筆”能引發(fā)學(xué)生對原有概念和認(rèn)知的極大不滿足感，為后續(xù)繼續(xù)深入探究提供心理準(zhǔn)備和契機(jī)。通過“試誤”，學(xué)生能順化自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，并將新的認(rèn)知同化到修正后的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中。

2.2 “實(shí)驗(yàn)敗筆”是一種動態(tài)生成的資源

實(shí)驗(yàn)課堂是動態(tài)生成的過程，教師應(yīng)在師生互動對話中對課程進(jìn)行即時(shí)性的“創(chuàng)生”，這就要求教師不能對教學(xué)案進(jìn)行“全面”預(yù)設(shè)，也不可能在教學(xué)中做到和預(yù)先設(shè)想的絲毫不差，否則“教學(xué)案”就成為了“話劇本”。當(dāng)學(xué)生具有認(rèn)知偏差，才有思維碰撞，才有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的完善。

2.3 “實(shí)驗(yàn)敗筆”是一種實(shí)驗(yàn)評價(jià)的依據(jù)

學(xué)生雖然在實(shí)驗(yàn)中制造了許多“敗筆”，但新課程指出教學(xué)評價(jià)追求多元化和發(fā)展性，若學(xué)生能清楚認(rèn)識“敗筆”產(chǎn)生的原因并進(jìn)行糾正，這便值得肯定和贊揚(yáng)。即使在試圖糾正“敗筆”的過程中又出現(xiàn)新的“敗筆”，也未必代表退步。如學(xué)生在探究溫度對組織細(xì)胞解離程度的影響實(shí)驗(yàn)中，可能會出現(xiàn)控制變量出錯(cuò)的情況，但糾錯(cuò)的勇氣和態(tài)度值得肯定。實(shí)驗(yàn)成功的學(xué)生往往有著相似之處，而創(chuàng)造“實(shí)驗(yàn)敗筆”的學(xué)生卻各不相同。通過研究錯(cuò)誤，解決錯(cuò)誤，也不失為一種“實(shí)驗(yàn)出彩”之處。

參考文獻(xiàn)：

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