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摘 要 在高中生物实验中,利用“头脑风暴法”挖掘素材,创设“自主探索,小组合作学习”模式,培养学生的创新思维。
关键词 生物学实验头脑风暴法合作学习 创新思维
中图分类号 G633.91
文献标识码 B
1 引言
高中《生物》教材中对实验的要求是:在态度上,要求学生养成实事求是的科学态度,初步具有勇于探索,不断创新的科学精神和合作精神;在实验能力上,要求学生能够正确使用显微镜等常用工具和仪器,掌握采集和处理实验材料等操作技能;学会科学观察的方法,能够记录,整理观察结果并得出结论;初步学会生物实验方法,能够提出问题,作出假设,设计实施,分析和解释实验中产生的现象和数据并得出合理的结论。
新课改更强调对学生的素质教育,在发挥学生的主体作用的前提下,强调学生的能力和创新意识的培养。素质教育的关键是能力的培养,而能力是在实践中形成和发展的。认真落实实验的教学,是培养学生能力,树立科学素养的一个重要措施。生物学实验不应该只是一个验证生物学结论的过程,而更应该是一个探索、尝试、体验的过程。现行的高中《生物》教材中,实验都以验证、观察实验为主,忽视了对学生创新思维的培养。
笔者认为把验证性实验变为探索实验,让学生利用“头脑风暴法”去思考、改变、分析实验,能充分发挥学生的自主探索和合作学习的能力,更能体现素质教育的目的,能让学生从做中学,从做中思,从思中发展,取得教学相长、师生平等互动的教学效果。“头脑风暴法”能真正激发学生的兴趣和强烈的问题意识,做到化难为易,使课堂充满了生命活力和智慧挑战。
2 方法
“头脑风暴法”是美国创造工程学家奥斯本提出来的一种培养创造力的方法。此法需要进行分组(约5~10人),进行集体讨论,相互启发,相互激励,相互弥补知识缺陷,引起创造性设想的连锁反应,借助竞争气氛充分调动每个人的智能潜力。这种方法要求参加者畅所欲言,自由想象,不要过早进行评价,使新的设想有充分发展的机会。
学生在实验课前以学习小组(约5人)为单位,自行确定讨论时间,利用“头脑风暴法”进行讨论,综合各人的意见,设计好实验方案,然后分工合作,交流分析实验结果,最后提交含创意内容的实验报告。由于学生的知识面较窄,教师要注意引导学生从实验材料和用具的改进、实验方法的拓展、实验操作步骤的设计、实验结果分析等内容进行分析讨论。有需要时,教师要结合各种材料和信息为学生提供学习的情景,可以通过提供相关的图文信息资料、数据,或呈现生物的标本、模型、生活环境,或从学生的生活经验、经历中提出探索性的问题,或从社会关注的与生物学有关的热点问题切入等。
3 做法
利用“头脑风暴法”进行小组讨论,提出问题,落实实验方案,分析实验结论。在此过程中,让学生亲自体验研究的过程,培养科学素养。此“自主探索,小组合作学习”的具体模式为:提出问题一小组讨论一合作探索一汇总一教师评价反馈。
把教材中验证性实验变为探索性实验,让学生分组讨论,得出实验方案,通过小组的通力合作,在实践中进行探索。小组成员交流分析实验结论,再以实验报告的形式汇总,经教师审阅后,向学生反馈实验中有创意的,并切实可行的部分,并把优秀作品进行张贴展览。探究性实验的方案不是惟一的,给学生充足的思维空间,及时地给予学生肯定及表扬,能增强学生创新的自信心及科学探索的积极性。
案例:“观察植物细胞的质壁分离与复原”。
实验可调整安排在“植物对水分的吸收和利用”一节的教学内容前,教师可作简单的引导,如:若对植物施肥过量,会出现“烧苗”现象,即改变细胞外液浓度时,细胞内部水分会随之发生改变。然后给出下列提示:①材料的选择;②外界溶液的浓度,能否用其他浓度替代;③操作步骤的改善;④可作哪些方面拓展。教师要求学生预习后,针对上述提示自行分组讨论。“头脑风暴法”要求在轻松和谐的气氛中进行讨论,允许畅所欲言,小组长注意调整讨论气氛,鼓励发言,并负责把各人的建议做好记录,然后经讨论选出合理的建议,如:材料、用具、操作步骤及可能的拓展,再作分工安排。例如:某小组使用“头脑风暴法”讨论出下列几点改进:①材料:紫色洋葱表皮,无色洋葱表皮,根尖细胞,其他有颜色的叶子的表皮(如:紫色鸭跖草);采用不同浓度蔗糖溶液,如:10%、30%、50%、60%等;或其他溶液,如:雪碧、可乐、椰子汁、牛奶等;②方法:除教材介绍的外界溶液引流的方法外,尝试把盖玻片掀开,直接滴加外液;③实验拓展:测量细胞液浓度;证明是活的细胞;细胞壁与原生质层收缩速度比较;不同浓度的透明溶液的鉴定。
分工操作的方案:①探究不同的植物细胞失水和吸水现象;②探究紫色洋葱表皮细胞的细胞液浓度测定;③探究不同溶液(如:雪碧、可乐、椰子汁、甘油、酒精等)处理植物细胞后发生的变化,④探究不同浓度的透明溶液浓度大小的测定;⑤探究细胞壁与原生质的收缩速度及能力差别。
根据上述5组的分工,让小组各成员在实验中进行操作,记录实验结果。课后小组自定时间讨论,然后以小组为单位,上交一份实验报告。教师审阅后,及时把实验报告中出现的创意反馈给学生,及时肯定和表扬这些同学,并把实验结果联系到课堂的教学中,把优秀的实验报告张贴展览以示鼓励。
此模式成功的关键在于小组各成员的友好合作,小组长的组织领导作用功不可没。在策划和实施的过程中,教师要注意以下问题:①小组讨论后要及时把实验所需材料、用具上报给教师,让教师做好实验前的准备工作;②实验期间要提醒学生注意安全问题,要遵守课堂纪律;③实验课期间,教师要多巡视,以备辅助解决实验中出现的各种问题;④督促实验小组尽快讨论分析实验结果,上交实验报告。当学生熟悉具体的操作过程后,学生对探索性实验的开展自然会形成一种习惯,解决各种问题的能力也会得到提高。以下是学生开展探究性实验中有创意的点滴小结。
【实验一】“生物组织中可溶性还原糖,脂肪,蛋白质的鉴定”:①探究植物种子中的化学成分;②探究番石榴更适合糖尿病患者食用;③探究几种植物种子含脂肪量的比较;④探究双缩脲试剂能否代替斐林试剂;⑤探究配制双缩脲试剂或斐林试剂时,改变加入NaOH和CuSO4的顺序。
【实验二】“使用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动”:①探究几种植物(如水绵、黑藻、葫芦藓等)细胞的叶绿体和细胞质的流动情况;②探究光照对细胞质流动速度的影响;③探究温度对细胞质流动速度的影响;④探究切伤后植物组织细胞中细胞质流动速度的影响;⑤探究同一植物不同部位,细胞内叶绿体分布及细胞质流动速度。
【实验三】“观察植物细胞的有丝分裂”:①探究不同的培养方法(如:细沙、粗沙、泥土、湿纸巾、水浸等)培养蒜(洋葱或葱均可)的根生长情况;②探究不同的处理(如:置于冰箱普通冷藏室内数小时;用奈乙酸浸泡过;用生长素浸泡过等)对蒜长根的影响;③探究剪取根尖的时间和部位不同,所观察的细胞分裂情况;④探究容易把根尖细胞分散的方法;⑤探究用亚甲基蓝溶液培养的根尖,直接用于观察有丝分裂。
【实验四】“比较过氧化氢酶和Fe3 的催化效率”:①探究放置时间不同(长、短)的肝脏研磨液与Fe3 的催化效率;②探究块状肝、肝脏研磨液与Fe3~的催化效率;③拓展实验:探究外界环境条件(不同温度、不同pH值)对酶活性的影响,做法:把H2O2直接滴在经处理过(不同温度或不同pH值)的马铃薯片上,观察马铃薯片上产生的气泡速度及数量。
【实验五】“叶绿体色素的提取和分离”:①探究不同植物叶片中色素的含量;②探究色素提取的其他方法:可采用有机溶剂四氯化碳、酒精等;③探究提取色素时加入SiO2或CaCO2较多或没有时,所得提取液的颜色及色素分离的效果;④探究色素分离的其他方法,如:在圆形的滤纸中央,先滴几滴滤液,然后往中心滴一滴层析液;用粉笔代替长滤纸条,距一端约1 cm处画上一圈滤液,再放入层析液中;⑤探究层析液的替代品,如酒精、93号汽油等。
实验能全面提高学生的科学素养,如思维的严密性、创新性;能考查学生基础知识和实验技能的掌握情况,如实验原理的理解、实验材料用具的使用;能提高学生的文字表达能力,如条理性、准确性等。可以预见,随着我国生物教学改革和高考改革的深入,实验的地位越来越重要。
在利用“头脑风暴法”进行变式实验时,教师应要求学生注意以下几点:①准确地理解实验目的;②细心地弄清设计要求;③精心地策划实验方法。
此模式在实践应用的过程中,仍存在着一些问题,主要有:①占用的时间较长,学生未能及时上交精炼的实验报告;②个别责任心不强的学生,在实验中糊混过去,未能认真协作;③限于学生知识面较窄,较难在原实验基础上有广阔的拓展空间。
关键词 生物学实验头脑风暴法合作学习 创新思维
中图分类号 G633.91
文献标识码 B
1 引言
高中《生物》教材中对实验的要求是:在态度上,要求学生养成实事求是的科学态度,初步具有勇于探索,不断创新的科学精神和合作精神;在实验能力上,要求学生能够正确使用显微镜等常用工具和仪器,掌握采集和处理实验材料等操作技能;学会科学观察的方法,能够记录,整理观察结果并得出结论;初步学会生物实验方法,能够提出问题,作出假设,设计实施,分析和解释实验中产生的现象和数据并得出合理的结论。
新课改更强调对学生的素质教育,在发挥学生的主体作用的前提下,强调学生的能力和创新意识的培养。素质教育的关键是能力的培养,而能力是在实践中形成和发展的。认真落实实验的教学,是培养学生能力,树立科学素养的一个重要措施。生物学实验不应该只是一个验证生物学结论的过程,而更应该是一个探索、尝试、体验的过程。现行的高中《生物》教材中,实验都以验证、观察实验为主,忽视了对学生创新思维的培养。
笔者认为把验证性实验变为探索实验,让学生利用“头脑风暴法”去思考、改变、分析实验,能充分发挥学生的自主探索和合作学习的能力,更能体现素质教育的目的,能让学生从做中学,从做中思,从思中发展,取得教学相长、师生平等互动的教学效果。“头脑风暴法”能真正激发学生的兴趣和强烈的问题意识,做到化难为易,使课堂充满了生命活力和智慧挑战。
2 方法
“头脑风暴法”是美国创造工程学家奥斯本提出来的一种培养创造力的方法。此法需要进行分组(约5~10人),进行集体讨论,相互启发,相互激励,相互弥补知识缺陷,引起创造性设想的连锁反应,借助竞争气氛充分调动每个人的智能潜力。这种方法要求参加者畅所欲言,自由想象,不要过早进行评价,使新的设想有充分发展的机会。
学生在实验课前以学习小组(约5人)为单位,自行确定讨论时间,利用“头脑风暴法”进行讨论,综合各人的意见,设计好实验方案,然后分工合作,交流分析实验结果,最后提交含创意内容的实验报告。由于学生的知识面较窄,教师要注意引导学生从实验材料和用具的改进、实验方法的拓展、实验操作步骤的设计、实验结果分析等内容进行分析讨论。有需要时,教师要结合各种材料和信息为学生提供学习的情景,可以通过提供相关的图文信息资料、数据,或呈现生物的标本、模型、生活环境,或从学生的生活经验、经历中提出探索性的问题,或从社会关注的与生物学有关的热点问题切入等。
3 做法
利用“头脑风暴法”进行小组讨论,提出问题,落实实验方案,分析实验结论。在此过程中,让学生亲自体验研究的过程,培养科学素养。此“自主探索,小组合作学习”的具体模式为:提出问题一小组讨论一合作探索一汇总一教师评价反馈。
把教材中验证性实验变为探索性实验,让学生分组讨论,得出实验方案,通过小组的通力合作,在实践中进行探索。小组成员交流分析实验结论,再以实验报告的形式汇总,经教师审阅后,向学生反馈实验中有创意的,并切实可行的部分,并把优秀作品进行张贴展览。探究性实验的方案不是惟一的,给学生充足的思维空间,及时地给予学生肯定及表扬,能增强学生创新的自信心及科学探索的积极性。
案例:“观察植物细胞的质壁分离与复原”。
实验可调整安排在“植物对水分的吸收和利用”一节的教学内容前,教师可作简单的引导,如:若对植物施肥过量,会出现“烧苗”现象,即改变细胞外液浓度时,细胞内部水分会随之发生改变。然后给出下列提示:①材料的选择;②外界溶液的浓度,能否用其他浓度替代;③操作步骤的改善;④可作哪些方面拓展。教师要求学生预习后,针对上述提示自行分组讨论。“头脑风暴法”要求在轻松和谐的气氛中进行讨论,允许畅所欲言,小组长注意调整讨论气氛,鼓励发言,并负责把各人的建议做好记录,然后经讨论选出合理的建议,如:材料、用具、操作步骤及可能的拓展,再作分工安排。例如:某小组使用“头脑风暴法”讨论出下列几点改进:①材料:紫色洋葱表皮,无色洋葱表皮,根尖细胞,其他有颜色的叶子的表皮(如:紫色鸭跖草);采用不同浓度蔗糖溶液,如:10%、30%、50%、60%等;或其他溶液,如:雪碧、可乐、椰子汁、牛奶等;②方法:除教材介绍的外界溶液引流的方法外,尝试把盖玻片掀开,直接滴加外液;③实验拓展:测量细胞液浓度;证明是活的细胞;细胞壁与原生质层收缩速度比较;不同浓度的透明溶液的鉴定。
分工操作的方案:①探究不同的植物细胞失水和吸水现象;②探究紫色洋葱表皮细胞的细胞液浓度测定;③探究不同溶液(如:雪碧、可乐、椰子汁、甘油、酒精等)处理植物细胞后发生的变化,④探究不同浓度的透明溶液浓度大小的测定;⑤探究细胞壁与原生质的收缩速度及能力差别。
根据上述5组的分工,让小组各成员在实验中进行操作,记录实验结果。课后小组自定时间讨论,然后以小组为单位,上交一份实验报告。教师审阅后,及时把实验报告中出现的创意反馈给学生,及时肯定和表扬这些同学,并把实验结果联系到课堂的教学中,把优秀的实验报告张贴展览以示鼓励。
此模式成功的关键在于小组各成员的友好合作,小组长的组织领导作用功不可没。在策划和实施的过程中,教师要注意以下问题:①小组讨论后要及时把实验所需材料、用具上报给教师,让教师做好实验前的准备工作;②实验期间要提醒学生注意安全问题,要遵守课堂纪律;③实验课期间,教师要多巡视,以备辅助解决实验中出现的各种问题;④督促实验小组尽快讨论分析实验结果,上交实验报告。当学生熟悉具体的操作过程后,学生对探索性实验的开展自然会形成一种习惯,解决各种问题的能力也会得到提高。以下是学生开展探究性实验中有创意的点滴小结。
【实验一】“生物组织中可溶性还原糖,脂肪,蛋白质的鉴定”:①探究植物种子中的化学成分;②探究番石榴更适合糖尿病患者食用;③探究几种植物种子含脂肪量的比较;④探究双缩脲试剂能否代替斐林试剂;⑤探究配制双缩脲试剂或斐林试剂时,改变加入NaOH和CuSO4的顺序。
【实验二】“使用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动”:①探究几种植物(如水绵、黑藻、葫芦藓等)细胞的叶绿体和细胞质的流动情况;②探究光照对细胞质流动速度的影响;③探究温度对细胞质流动速度的影响;④探究切伤后植物组织细胞中细胞质流动速度的影响;⑤探究同一植物不同部位,细胞内叶绿体分布及细胞质流动速度。
【实验三】“观察植物细胞的有丝分裂”:①探究不同的培养方法(如:细沙、粗沙、泥土、湿纸巾、水浸等)培养蒜(洋葱或葱均可)的根生长情况;②探究不同的处理(如:置于冰箱普通冷藏室内数小时;用奈乙酸浸泡过;用生长素浸泡过等)对蒜长根的影响;③探究剪取根尖的时间和部位不同,所观察的细胞分裂情况;④探究容易把根尖细胞分散的方法;⑤探究用亚甲基蓝溶液培养的根尖,直接用于观察有丝分裂。
【实验四】“比较过氧化氢酶和Fe3 的催化效率”:①探究放置时间不同(长、短)的肝脏研磨液与Fe3 的催化效率;②探究块状肝、肝脏研磨液与Fe3~的催化效率;③拓展实验:探究外界环境条件(不同温度、不同pH值)对酶活性的影响,做法:把H2O2直接滴在经处理过(不同温度或不同pH值)的马铃薯片上,观察马铃薯片上产生的气泡速度及数量。
【实验五】“叶绿体色素的提取和分离”:①探究不同植物叶片中色素的含量;②探究色素提取的其他方法:可采用有机溶剂四氯化碳、酒精等;③探究提取色素时加入SiO2或CaCO2较多或没有时,所得提取液的颜色及色素分离的效果;④探究色素分离的其他方法,如:在圆形的滤纸中央,先滴几滴滤液,然后往中心滴一滴层析液;用粉笔代替长滤纸条,距一端约1 cm处画上一圈滤液,再放入层析液中;⑤探究层析液的替代品,如酒精、93号汽油等。
实验能全面提高学生的科学素养,如思维的严密性、创新性;能考查学生基础知识和实验技能的掌握情况,如实验原理的理解、实验材料用具的使用;能提高学生的文字表达能力,如条理性、准确性等。可以预见,随着我国生物教学改革和高考改革的深入,实验的地位越来越重要。
在利用“头脑风暴法”进行变式实验时,教师应要求学生注意以下几点:①准确地理解实验目的;②细心地弄清设计要求;③精心地策划实验方法。
此模式在实践应用的过程中,仍存在着一些问题,主要有:①占用的时间较长,学生未能及时上交精炼的实验报告;②个别责任心不强的学生,在实验中糊混过去,未能认真协作;③限于学生知识面较窄,较难在原实验基础上有广阔的拓展空间。