浅析高中生物学习中实验的拓展与创新

□曾浩天

生物学是一门以实验为基础的自然科学，而生物实验能够充分发挥学生的主观能动性。现行 “人教版”高中生物新教材必修部分的3本教材为学生提供了包括观察类、验证与探究类、调查类等19个实验，为学生搭建了活动平台。 “纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”在高中生物学习过程中，除了紧跟教师的步伐、认真听讲外，学生还应善于在实验中发现问题、提出问题，通过自主学习、合作探究来寻求解决问题的途径和方法。

一、对教材实验内容进行拓展与创新

高中生物学习重在举一反三、灵活运用。在探究实验中，许多学生仅凭好奇心随便摆弄，对实验内容不会有太多的关注。如何有效地用好教材实验，需要学生与教师密切配合，但更多的是要发挥学生的主观能动性和创造性。

例如， “人教版”高中生物必修一中的实验 “探究环境因素对光合作用强度的影响”提到影响光合作用强度的外界因素有光照强度、二氧化碳浓度、光的成分、温度等，教材提供了一个案例：探究光照强度对光合作用强度的影响。在案例分析的基础上，可从以下方面对实验进行思考并动手探究：①如何控制自变量 （光照强度）？教材案例中是通过调节台灯与装置之间的距离来控制的，那么能否通过改变台灯的功率来控制呢？②如何正确描述观察指标？案例中用单位时间内小叶圆片上浮的数量来表示，能否用上浮相同数量的小叶圆片所需的时间来表示呢？③如何控制温度这一无关变量？用台灯照射时，由于距离近会导致烧杯中的水温发生变化，从而影响实验结果。能否改用节能灯 （冷光源）或在台灯与装置之间加一玻璃装置的水柱来吸收灯光散发的热量？④如果要探究二氧化碳浓度的影响，该如何改进实验？有同学提出：向小烧杯中吹气。该方法虽然操作容易，但说服力不强。经过分析，发现可用以下方法来解决：向小烧杯中加入不同浓度的碳酸氢钠溶液，加入不同量的可乐或雪碧饮料，加入不同大小的干冰块。⑤如果要探究光的成分的影响，该如何改进实验？可将装置放入暗箱中，用相同功率不同颜色的灯泡或不同颜色的滤光片处理。⑥在农业大棚生产中，如何有效控制光照、二氧化碳浓度、温度等影响因素？ （从经济效益的角度考虑）通过以上内容的拓展与探究，学生对光合作用会有全面的了解和掌握，并在解题过程中做到应用自如。

二、对实验过程进行拓展与创新

学习不仅在于知其然，而且要知其所以然。在高中生物实验中，实验材料、实验步骤等都有严格的要求，在实验过程中可以就这些问题进行思考。

例如， “人教版”高中生物必修一 “生物组织中还原糖、蛋白质的鉴定”实验中对斐林试剂和双缩脲试剂的使用有如下要求：①用斐林试剂鉴定还原糖时，必须将斐林试剂的甲液和乙液混合均匀后使用，切勿分别加入生物组织样液中进行检测；②用双缩脲试剂鉴定蛋白质时，先向蛋白稀释液中加入A液（2mL），摇荡均匀，再加B液3～4滴。从上述实验操作要求看，使用斐林试剂时必须先将甲液和乙液混合后加入组织样液中，使用双缩脲试剂时必须先加A液 （NaOH溶液）后加B液 （CuSO4溶液），两种试剂不能替换使用。

因此，笔者提出以下问题：①能否把斐林试剂乙液的浓度稀释后作B液使用呢？②使用斐林试剂时先加甲液再加乙液，或者先加乙液再加甲液，或者先混合后再加入，实验结果会怎样呢？③使用双缩脲试剂时先加A液后再加B液，或者先加B液后再加A液，或者先将A液和B液按要求的量混合后再加入，实验结果会怎样呢？④将斐林试剂的甲液和乙液与双缩脲试剂的A液和B液互换后，实验结果会怎样呢？学生对这些问题产生浓厚兴趣，并通过反复实践后，发现两种试剂可以互换，添加顺序也可以改变。斐林试剂和双缩脲试剂的成分相同，不同的是CuSO4溶液的浓度：斐林试剂的乙液中CuSO4溶液的浓度是0.05g/mL，而双缩脲试剂B液中CuSO4溶液的浓度是0.01g/mL，将乙液 （0.05g/mL）稀释为 B液 （0.01g/mL）是可行的。通过这样的探究，学生学会了在实验过程中如何去发现问题、解决问题，如何在学习中进行合作与探究，同时也体验了实验成功的喜悦。

三、对实验过程中出现的问题进行分析与拓展

在实验过程中，有的学生可能对实验内容不甚了解就盲目动手操作，导致实验结果不明显或以失败告终，但很少有学生认真分析其中的原因。

例如， “人教版”高中生物必修一 “探究植物细胞的吸水与失水”实验中，所使用的材料是紫色洋葱外表皮，有2个因素会影响实验结果：①洋葱鳞片叶外层颜色浅，不便观察；②内层细嫩鳞片叶的叶肉细胞与表皮细胞紧密结合，难以剥离。学生对这些特点并不了解，导致实验效果不明显。

通过小组讨论、合作探究，最后得出以下解决方案：①洋葱紫色外表皮有紫色大液泡，便于观察。如果使用了无色素的洋葱内表皮，可在溶液中加入有色染料，增加细胞内外液的对比度，便于观察实验现象；②将鳞片叶逐片剥离，然后晾晒两三天，叶肉细胞散失水分后与表皮细胞逐渐分离，此时撕取表皮比较容易。

四、对实验原理进行拓展与创新

实验原理是制定实验方案的基本指导思想，同时也是达到预期实验结果的理论依据。笔者发现，高中生物实验原理主要是生物学和有关理化学科的基本方法和原则，也可以进行拓展与创新。

例如，在洋葱表皮细胞的质壁分离与复原实验中，其实验原理的依据是渗透作用。在此基础上，学生可以进行深入探究，如测定洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度，总结与高中生物学鉴定细胞活性的方法。植物细胞质壁分离法的原理是植物活细胞的原生质层具有选择透过性，死细胞则为全透性。原生质层的选择透过性是质壁分离的前提条件，能发生质壁分离的细胞就是活细胞，不能发生质壁分离的则是死细胞。因此，质壁分离法可用来鉴定细胞的死活。另外，染色排除法也是一种重要的鉴别方法，如使用台盼蓝染色可鉴定死细胞和活细胞，死细胞被染色成蓝色，而活细胞不着色。与台盼蓝类似的还有红墨水染色法、健那绿染色法。后两种方法使活细胞中的线粒体着色，原因是线粒体中细胞色素氧化酶使染料保持氧化状态 （即有色状态）呈蓝绿色，而在周围的细胞质中染料被还原成无色状态。

五、将实验探究与生产实践相结合

对客观世界的认识是一种学用结合的学习活动。因此，学生要多关注生活，从实践中学习知识，并应用于实践。

例如，学习细胞呼吸的内容时，可以通过参观谷酒酿造工艺流程，或者学做葡萄酒、葡萄醋及泡菜等途径来了解；学习植物激素调节时，可以参与学校的绿化活动，对绿篱、盆景等进行修理、美化处理；学习生物与环境时，可以在学校的草地、植物园中进行种群密度调查或土壤小动物丰富度调查。

总之，通过这样的探究活动，学生学习的兴趣浓了，学习积极性提高了，学习效果显著增强，学生在实际操作中既增长了知识，也培养了能力。