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  • 生物实验中的创新教育
  • 作者: 来源: 时间:2009-6-19 15:14:58 阅读次 【
  •     生物学是新世纪的前沿科学,是以实验为基础的自然科学。实验不仅是锻炼学生实践能力的重要途径,更是激发学生探索兴趣,培养学生创新精神的切入点。
      一、增强实验的趣味性,激发学生的学习兴趣和创新动力
      “兴趣”是最好的老师,是学生萌生创新意识和展开创新思维最原始、最直接、最强劲的动力。在这种动力的驱使下,学生的自主性和积极性、学习与实践的热情才被充分地激发。例如,鼓励学生设计趣味性实验:利用植物的向性运动原理,使幼苗的主根呈多种几何图形;用光合作用原理在一片叶子上印出自己的头像。兴趣能让学生废寝忘食。浓厚的兴趣,诱发了探索的欲望和创新的动力。
      二、课内外结合,扩展创新空间
      高中生物新教材虽然增加了大量的实验,但同理论部分相比,所占总课时还是偏少。另外,分散的实验课时破坏了某些实验的连续性和完整性,也一定程度地削弱和限制了学生的创新思维的流畅性以及实践和创新的机会,所以开展课外活动,扩展实践和创新的空间势在必行。例如,结合高二新教材中“生长素的发现”这部分内容,带领学生不仅重复达尔文等科学家的经典实验,还在实验过程中引导和鼓励学生发现、解决新问题。如向光性与胚芽鞘的关系,胚芽鞘尖端以下部位明显伸长的划线实验,精确测量出胚芽鞘尖端的长度等,都是对课本知识的突破,培养了学生的创新精神和实践能力。但这不是课堂上所能完成的,而是通过课内外结合实现的。
      三、关注社会热点问题,关心自身健康发展,以需求促创新
      实践活动中教师应引导学生用所学知识去创造性地解决实际问题。例如,针对秋天的纷纷落叶,环卫工人的办法是清扫、堆集和燃烧,而燃烧之后带来的却是更严重的空气污染。那么,如何解决落叶问题?引发了学生各种各样的奇想。关心自身和他人健康,引导学生做教室细菌监测实验。学生自己设计方案、实验操作、观测记录、对比分析、得出结论、提出解决方案和建议,最后改善了环境,也培养了学生的实践能力和创新精神。
      四、创设创新的情境,培养学生的问题意识
      创新从问题开始。培养学生的创新精神,首先要培养学生的问题意识。教师不论课上、课下都要创设民主、和谐、平等和宽松的氛围与情境,自始至终鼓励学生不断地发现问题、思考问题和解决问题,使学生在宽松的情境中敢疑,并引导学生会疑、善疑和释疑。在质疑和释疑及设计实验的过程中发展学生的创新思维。例如,在研究玉米幼苗的向光性实验中,学生观察到幼苗向单侧光源弯曲的现象产生了如下疑点:究竟是因为幼苗内部的胚芽在向光弯曲,还是因为幼苗外部的胚芽鞘在向光弯曲?或者是因为幼苗内部的胚芽与外部的胚芽鞘同时向光弯曲呢?如何解决这些疑点,学生经过讨论,采取了在玉米幼苗早期环割掉外部的胚芽鞘,只留胚芽,放在单侧光下实验观察。结果发现:环割后一定时间内胚芽既无明显的生长又不向光弯曲。由此推论:幼苗的向光性与胚芽鞘有着直接关系。在实验中培养了学生的问题意识和思维的新颖性与独特性等创新思维的品质。
      五、生物实验的创新
      (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。选择生物实验材料的原则是:1.可控性。2.生物学稳定性。3.来源可*、经济易得。4.繁殖快、周期短。5.可操作性。依照这些原则,在实验中引导学生根据本地实际情况,探究、发现新的实验材料,培养学生的创新精神。例如,在“生长素的发现”探究实验中,达尔文等科学家选用的是金丝雀草、燕麦做实验材料。而在天津市这两种材料都很难找到,所以引导学生将方便易得的玉米、花生、大豆、小麦等种子萌发成幼苗,从多角度观察、对比、分析、验证……用“筛选法”选择出玉米幼苗做实验材料,不仅有地方特色,而且效果好,可操作性强,因此实验取得成功。又如,学生在探索实验中还发现用韭菜叶和水萝卜叶取代教材中的实验材料——菠菜,因为韭菜叶中含丰富的叶绿素a和叶绿素b,水萝卜叶中含丰富的叶黄素和胡萝卜素,因此在“叶绿体色素提取”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。
      (二)实验条件的创新
      实验条件的改变与实验材料的选择相关,也是影响实验现象是否明显、反应速度快慢的重要因素。
      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实验,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,使实验由定性变为了定量研究,这样大大加强了实验的科学性。更重要的是实验条件可改变,温度由37癈提升到50癈,加快了反应速度,缩短了反应时间,使教学更主动,教学过程更连贯。
      (三)实验方法的创新
      按照教材中所提供的材料、方法、操作过程做实验,多数是可以取得好效果的。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,可以尝试新的实验方法以消除原实验中的弊端。例如,高二实习实验:“动物激素喂养小蝌蚪”,验证动物激素对动物生命活动的调节作用。该实验有以下缺憾:1.城市学校实验材料采集难。2.蝌蚪变态缓慢,约需1个月。3.在喂养蝌蚪过程中必须常换池塘水(内含蝌蚪所需营养),若以自来水代替,并喂蛋黄等食物则常使水变臭,造成蝌蚪未及变态而身先死,使该实验失败。所以鼓励学生大胆尝试,变甲状腺激素为胰岛素,变蝌蚪为鱼,因而探究出新的实验方法:由向水中加入甲状腺激素喂养蝌蚪变为在鱼的鳃部注射适量的胰岛素。由于鱼的血糖浓度急剧降低影响了神经系统的功能,15分钟左右鱼即昏厥,显示了动物激素对动物生命活动的影响。那么是否是由于胰岛素致使血糠浓度降低而导致的昏厥呢?验证方法是:再由鳃部注射适量的葡萄糖溶液,鱼很快复苏。
      (四)培养创新的心理素质,设计新的完整实验
      在生物教学中,为学生提供民主、宽松的氛围,激发学生的思维,尤其是发散思维与逆向思维,并培养学生创新的心理素质。如不懈的进取精神,对现有知识的不满足,对已有结论的不轻信,富于好奇,善于幻想,勇于探索以及实事求是的态度,严谨细致的作风和坚韧不拔的意志等。如在“生长素的发现”探究实验中,针对科学家做的切胚芽鞘尖端的实验,学生重复时马上提出:何为胚芽鞘尖端?为了搞清这个问题,学生提出了很多方案,在教师的引导下分析比较,选择了最佳方案:在胚芽鞘外画竖线后继续培养。经过多组实验结果的观察,发现尖端的实线依然很清晰,表明尖端没有伸长;尖端以下部位变为虚线,表明其已明显生长,然后联系数学、物理等知识通过“光影放大法”将实线部分尖端的长度测量了出来,其长度为2 mm,精确度可达0.1 mm。这个实验的设计是对经典实验的补充与完善,是学生创新能力的体现。
      (五)变验证性实验为探究性实验     
    设计探究实验是发现与创新的手段。教材中实验形式虽有所改变,增加了一些实习、探究性实验,但毕竟验证性实验还占多数。如果教师本身缺乏创新精神,必然是先讲授知识,然后按要求通过实验来验证其正确性。这种做法将造成学生认识过程的思维定势,抑制了学生的创新思维。因此这样的验证实验必须加以改变。例如,高中生物教材中,先讲述叶绿体的形态及细胞质的流动,然后安排实验加以验证。不妨先由学生实验观察,去探究发现叶绿体的形态及细胞质的动态。这似乎是仅仅将讲课与实验的顺序颠倒,但实质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,其心理体验是前者无法相比的。
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