从“实验败笔”中生成实验课程资源

吕甜甜

摘 要 以学生易出错的几个生物学实验为例，阐述教师如何将“实验败笔”转化为实验课程资源，以及如何正确认识实验教学中的“实验败笔”，以期为一线教师的生物学实验教学提供部分参考。

关键词 高中生物学实验 “实验败笔” 生成性课程资源

中图分类号 Ｇ633. 91 文献标志码 B

生物学是一门自然科学，也是一门实验科学。

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》在课程实施建议部分指出：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达成生物学学科核心素养的重要支撑，教师要加强和完善生物学实验教学。

在当前实验教学中，由于受实验设备的限制以及先前教育下学生掌握的实验相关前概念和操作技能的影响，常有遇到障碍而中断实验抑或勉强操作的情况出现。教师引导学生“走流程”，即简单地告诉学生“做什么”和“怎么做”，却忽视对实验结果的分析，更不重视挖掘学生“糟糕的实验败笔”或“奇谈怪论”背后蕴藏的宝贵课程资源。

“试误法”是一种科学研究的方法和解决问题的策略， “一团糟”的实验结果更是学生个性思维和创新性思维得以发展的“沃土”，在对“糟糕的实验败笔”的讨论中，学生学会重新审视、评估自身观点的正确性，在冲突和对立中建构知识体系并发展科学思维。下面将以生物学《必修1·分子与细胞》实验教学中的几个“实验败笔”为例，浅谈如何将其转化为实验课程资源及如何正确认识学生实验中的“实验败笔”。

1 从“实验败笔”到实验课程资源

1.1 实验一：探究酵母菌的呼吸方式

“探究酵母菌的呼吸方式”是生物学教材《必修1·分子与细胞》中的重要实验，酵母菌是一种兼性厌氧菌，既可以在有氧条件下生存，也能在无氧条件下生存。酵母菌无氧呼吸能分解糖类物质产生酒精，而利用酸性重铬酸钾由橙到灰绿的颜色变化可以检测、判断酒精有无。但在实际操作中，部分学生向无氧呼吸和有氧呼吸组分别滴加酸性重铬酸钾溶液，均会观察到颜色变化。酵母菌有氧呼吸明明不会产生酒精，为什么也会出现颜色变化？难道有氧组酵母菌不仅进行了有氧呼吸也进行了无氧呼吸？当实验“出错”时，学生的学习兴趣和探究热情极大地得到激发，教師可引导学生以此为创新性实验课题进行深入探究。

学生经过深入探究分析“糟糕的实验败笔”，发现葡萄糖也能与酸性重铬酸钾发生颜色变化，葡萄糖分子含醛基，能被酸性重铬酸钾氧化成酸，生成绿色的硫酸铬。为解决该问题，提高课堂实验的成功率，学生集思广益，提出“将酵母菌的培养时间适当延长，以消耗尽溶液中的葡萄糖”的想法，这正是生物学2019年版新教材已修改完善之处。但考虑到课堂实验时间有限，短时间内葡萄糖难以消耗完，且葡萄糖是否已经完全消耗也难以判断，因此学生转而思考是否还有其他检测酒精的方法。通过讨论，学生提出解决问题的新方案：由于酒精易挥发，因此可以先加热酵母菌培养液，将蒸出的气体导入酸性重铬酸钾溶液，再观察颜色变化，结果发现无氧组有灰绿色颜色反应，有氧组则没有。此外，有学生联系生活实际，联想交警可以用便捷式呼吸酒精测试仪检测驾驶人员是否饮酒，因此实验室也可将加热酵母菌培养液蒸出的气体通向酒精测试仪进行检测，不仅方便快捷也简单易操作。

皮亚杰认为，让学生犯些错误是应该的，学习本身就是一种通过反复思考找到错误的缘由，并逐渐消除错误的过程。学生不仅是问题的制造者更是问题的解决者。实验教学中，学生无意间制造的“实验糟糕的败笔”体现了其认知冲突，这为进一步深入探究提供契机，学生在探究中一步步解决“制造的问题”，构建知识体系，发展科学思维，并提高问题解决的能力。

1.2 实验二：检测生物组织中的糖类

“检测生物组织中的糖类”也是高中生物学《必修1·分子与细胞》中的实验，关于三大类有机物（糖类、脂肪和蛋白质）的鉴定，在各校普遍开展。实验原理简述为：可溶性还原糖中的醛基可以和斐林试剂中的铜离子反应，生成氧化亚铜砖红色沉淀。虽然该实验的原理和操作步骤比较简单，但在实际生物学实验课堂上，并非所有学生均能成功观察到砖红色沉淀，部分学生惊奇地发现试管底部出现了意料之外的黑色沉淀。这是什么原因造成的？该如何避免这种现象的出现？

经过查阅资料和重复实验发现，斐林试剂由质量浓度为0.1 g/mL的氢氧化钠和质量浓度0.05 g/mL的硫酸铜等量混合配制而成，但很多学生在混合不同溶液时，缺少振荡摇匀的操作或摇匀幅度过小，导致氢氧化铜在试管底部沉淀，因此试管底部的氢氧化铜沉淀经加热后生成黑色的氧化铜，以此造成了实验的“一团糟”。在生物学或化学实验中，不可避免地有许多需要配制试剂的实验，不同试剂均要振荡摇匀以充分混合。教师可以选择在实验前设置易错提醒，或在学生观察到异常实验现象后再引导其分析并解决问题，以提高实验成功率，促进学生思维能力和问题解决能力的发展。

错误的知识、认知方式和不当的实验结果均是在课堂中生成的重要课程资源，学生如果在实验过程中毫无错误、分毫不差，又怎能有“意外”和“惊喜”？教师又怎能驱动学生的自主探究学习？该实验虽然简单，但当出现和预期不符的现象时容易被轻视和忽略。若教师在实验教学中，将其作为一个单独的探究课题提出，引导学生探究错误缘由并逐步消除错误认知，解决问题，则能在实验中渗透即便一个小小的错误都会造成“实验败笔”后果的思想，并引导学生在实验设计和实践操作中秉持严谨、缜密的态度。

1.3 实验三：观察植物根尖细胞的有丝分裂

“观察植物根尖细胞的有丝分裂”是人教版高中生物学《必修1·分子与细胞》中的实验，该实验应用的材料一般为染色体数量较少的洋葱或大蒜的根尖细胞，对植物根尖进行解离、漂洗、染色和压片等操作后，置于光学显微镜下观察染色体的分裂状况。由于本实验成功率较低，耗费时间较长，实验过程较繁琐，故常仅以教师教授的形式开展。而开设此学生实验的学校也多以引导学生体验实验流程为主，未能深入分析“实验败笔”的原因。

学生学习必然会犯错误，既然犯错是一种普遍且无法回避的事，那么教师引导学生从错误中汲取有益认识，鼓励其分析引起实验错误的可能原因并加以改进就具有重要意义。该实验失败的原因主要是解离不彻底，绝大多数学生在视野中观察发现根尖细胞大多相互重叠，因此如何将根尖组织细胞分散成单层细胞成为亟需解决的问题。

学生经过探讨提出以下猜想：该实验操作时间处于学期末，近12月底，环境温度较低可能会影响根尖分生区细胞有丝分裂的进程，环境温度较低也可能会影响组织细胞的解离和染色过程。基于此可提出創新性的探究课题，如探究环境温度对细胞解离或染色体着色的影响等。经过探究实验进一步对实验过程进行改进和完善，如当温度低于10℃时可以适当延长解离和染色时间，抑或在温水浴条件下进行解离。

2 正确认识实验教学中的“实验败笔”

实验教学中，学生实验结果未出现预期的实验现象并不是一件令人遗憾的事，教师对待学生“实验败笔”的态度将直接影响学生的实验热情和自我效能感。

2.1 “实验败笔”是一种能动建构的基础

学生在实验中出现错误，这为教师引导学生产生认知冲突提供了心理基础， “实验糟糕的败笔”能引发学生对原有概念和认知的极大不满足感，为后续继续深入探究提供心理准备和契机。通过“试误”，学生能顺化自己的认知结构，并将新的认知同化到修正后的认知结构中。

2.2 “实验败笔”是一种动态生成的资源

实验课堂是动态生成的过程，教师应在师生互动对话中对课程进行即时性的“创生”，这就要求教师不能对教学案进行“全面”预设，也不可能在教学中做到和预先设想的丝毫不差，否则“教学案”就成为了“话剧本”。当学生具有认知偏差，才有思维碰撞，才有认知结构的完善。

2.3 “实验败笔”是一种实验评价的依据

学生虽然在实验中制造了许多“败笔”，但新课程指出教学评价追求多元化和发展性，若学生能清楚认识“败笔”产生的原因并进行纠正，这便值得肯定和赞扬。即使在试图纠正“败笔”的过程中又出现新的“败笔”，也未必代表退步。如学生在探究温度对组织细胞解离程度的影响实验中，可能会出现控制变量出错的情况，但纠错的勇气和态度值得肯定。实验成功的学生往往有着相似之处，而创造“实验败笔”的学生却各不相同。通过研究错误，解决错误，也不失为一种“实验出彩”之处。

参考文献：

［1］ 中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订） ［S］. 北京：人民教育出版社，2020.

［2］ 施良方.学习论［M］.北京：人民教育出版社，2001：185-186.