中学生物实验的问题及改进原则探析
谢婕[1]， 吴松斌， 陈佳敏
摘要：为落实新课程改革提出的“以培养学生的实践能力为重点，全面提高学生的实践素质”教学理念，本文结合教学实际，以中学生物实验研究与教学中存在的困境为切入点，分析问题原因，寻找相应的改进对策，并提出实验改进应遵循的原则：实验材料的易得、环保、趣味性原则;实验药品的高效、节约、安全性原则;实验器具的简化、显效、替代性原则;实验方法的科学、拓展、创新性原则.为中学生物实验教学效果的提高，提供参考.
关键词：中学生物实验;改进对策;改进原则
中图分类号：G424 文献标识码：A 文章编号：
实验教学是中学生物教学的重要组成部分，也是实施素质教育的重要途径，它不仅能激发学生学习知识的兴趣，巩固理论知识，而且具有培养学生观察能力、动手操作能力、科学探究能力和创新能力等教育功能[1].中学生物课程标准指出，中学生物学课程的开展是为了提高每一位学生的生物科学素养，而观察和实验是生物学科研究的基本方法，因而在中学生物学中必须要进行实验教学，才能真正达到开展该门课程的意义.
为培养学生的实践能力，达到中学生物学的教学目的以及培养学生的生物科学素养，生物教师应当尽可能地开展相关的实验课程，让学生亲自去体验探索生物界的奥秘，使他们真正成为实验教学的受益者.然而，在开展相关的教学实验中，往往会由于主观或者客观的原因导致实验无法开展或者开展实验未能达到教学目的，使学生学习的积极性和主动性受挫.
1 生物学实验中常见问题
1.1 教材建议的生物材料较难取得
生物是按照一定规律生长的，比如随季节生长、随地域生长、随阳光生长等，很多时候教材建议使用的生物实验材料就难以准备[2].如学习花的结构一节，教材使用桃花(Amygdalus persica L.)作为例子，但是在讲这一节课时，并不是桃花开放的季节，无法采摘得到桃花.又如，在中学生物实验中最常用材料是洋葱(Allium cepa)，而某些地区不产洋葱或没有食用洋葱的习惯，导致采购洋葱比较困难，也影响了实验的进行.
1.2 实验开展的时间较长
中学生物有些实验开展的时间较长，教师需要付出更多时间来安排实验的整个过程，容易影响教学进度，因此教师会选择倾向于避免开展这些实验.如：高中生物 “检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质”实验中，常常需要通过分别研磨来提取生物组织中的还原性糖类和蛋白质，但这个过程费时费力.同时，该实验还原性糖类的检测中，常常需要用到斐林试剂，而该溶液不易保存，需要现配现用，每次进行实验都需要预先及时配制，这无疑让教师在实验准备上花费大量时间.
1.3 实验现象观察难度大
对实验现象进行观察，是得出正确结论的前提.一个显而易见的实验现象对于实验的成功开展起到事半功倍的效果.清晰的实验现象不仅能够集中学生观察的注意力，同时也能够提高学生学习生物学的兴趣.生物学实验中，如何保证现象的清晰明了，虽说是教师所追求的，但往往在具体的教学中容易被忽略.如，“观察草履虫的身体结构”时，由于草履虫的运动能力较强，加之其全身透明，与显微镜视野光线的亮度相似，不利于学生观察。
1.4 简单实验不能满足学生创造性学习要求
创造性人才的培养和造就，要靠社会的关注，教育的改革，更要靠学生的创造性学习。然而，简单的实验教学，已经不能满足学生创造性学习的要求。传统的实验设计，教师准备好实验材料和药品用具，全面系统的安排好实验步骤，并预告知实验结果，学生只要按图索骥，就能完成实验，得到实验结果，固化的实验教学模式，缺乏对学生创造性的培养。
2 生物学实验中常见的改进方法
面对生物学实验常见的问题，生物学教师常常会从以下几个方面对实验加以改进，以满足教学需求，满足学生学习的需要。
2.1 对实验材料进行改进
我国幅员辽阔，存在着明显的地区差异，而且每所学校亦有其自身的特点，使用同样的生物材料做实验，显然不可能的.故针对实验材料取得的问题，可以考虑生物材料的本土化.例如，在“绿叶在光下制造有机物”实验中，所用到天竺葵(Pelargonium hortorum Bailey)并非所有地方都有，可使用常见的酢酱草(Oxalis corniculata Linn.)或蔓花生(Arachis duranensis)等野生小植株替代天竺葵，效果良好[3];“观察小鱼尾鳍血液流动现象”可使用常见的蝌蚪替代小鱼;“叶绿素提取与分离”实验可使用同样是深绿色且叶片柔软的常见野生黄花蟛蜞草(Wedelia chinensis (Osbeck.) Merr.)、车前草(Plantago depressa Willd.)等替代菠菜(Spinacia oleracea L.)，就地取材，方便适合并节约购买经费.
2.2 对实验药品进行改进
在中学生物实验中，为了能够在有限的课时很好地开展和安排实验，学生可以亲眼见到实验现象并能够满足学生进一步探索的欲望，就得改进实验药品，缩短实验中等待的时间，并且可以选择改变实验条件中的部分因素，使实验现象更加明显，更加快速地呈现实验结果.
在“观察质壁分离和复原”实验中，原实验要求用30%的蔗糖溶液做所用时间较长，且效果不太明显;而提高溶液浓度，改用35%或40 %的蔗糖溶液，能够在较短的时间下观察到明显的实验现象，缩短实验时间，增加实验成功率;如“观察草履虫的身体结构”中，可以通过在视野培养液中铺上几条棉花纤维，限制草履虫的活动范围;再在载玻片上滴少许蛋清液，增加培养液的粘稠度，降低草履虫的移动速度;在培养液中滴加少量红墨水，将草履虫的食物泡上色等操作，以便观察草履虫的身体结构[4].
2.3 对实验器具进行改进
中学生物部分实验的装置设计比较复杂，需要教师提前制作和准备，且学生在课堂不能同时开展实验，教学效果不佳.改进实验装置可以减少教师的负担，同时也可以保证实验课的正常开展和学生们学习激情的保持.例如“验证人体呼出气体含有较多的二氧化碳”，原实验中需要用到多个玻璃瓶、玻璃管进行复杂连接，改进实验可以用一个塑料袋将呼出来的气体收集起来，再使用一个大注射器(50 mL)抽出收集在塑料袋中的气体，并将其缓慢注入澄清石灰水中进行验证;同时用另一注射器抽取等量空气做对照.同样，在植物呼吸作用产生二氧化碳的实验中，也可以直接将塑料袋套于植物枝条上，隔夜后抽取塑料袋中的气体进行验证.
又如“检测生物组织中的还原糖、蛋白质和脂肪”一课，花生需要切片在显微镜下观察，实验步骤较多.改进实验可以将花生同样研磨取浆，或者使用榨汁机将三种材料分别打成匀浆，让学生分别用试管取少量进行实验，其中花生匀浆滴加苏丹染液之后，会在匀浆表面形成一层橙色的油层.这样改进减少了实验操作步骤，缩短实验时间，同样达成实验目的.
2.4 对实验教学模式的改进
为了激发学生的创造力，生物教师还会改进实验教学模式，将一些简单的观察实验、验证性实验，改为探究性实验，引导学生像科学家一样进行探究思维，从而培养和锻炼学生的创造和创新能力。如张淑伟[5]将验证性实验“唾液淀粉酶对淀粉的分解作用”变为探究性实验“探究唾液淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解”，改变实验教学模式，改变学生学习方式，能更好地达到素质教育的目的.
3 实验改进应遵循的原则
生物学新理论和新技术不断发展，生物教材也随之不断推陈出新，教师作为知识的传播者紧跟时代潮流，勇于创新，不断探索出各种可行的、高效的实验开展模式以满足课堂教学需要.在实验教学过程中，教师时常会对实验进行改进以保证实验教学的顺利开展，但往往由于对改进方向和改进原则的把握不佳，使得有些改变陷入了“误区”：例如偏离实验目的、增加实验成本、使用危险药品、复杂化实验等等，违背新课程理念，使得“改进”变为“改退”.故对实验改进的原则进行研究分析，有助于实验改进的顺利进行。
3.1 实验材料改进遵循的原则
实验材料是生物实验的重要组成部分，是实验成功的关键，选取合适的实验材料，能使实验进展顺利，并获得明显的实验现象或可靠的实验数据.实验材料的改进，主要是指原实验材料的选择替代，可以从当地实际出发，选取合适的生物材料进行研究.改进实验材料要注意遵循以下原则：
3.1.1 易得性原则
易得性原则，即方便易得、就地取材，讲究生物材料的选取方便快捷，可充分发挥教师与学生的研究潜力，使用本土化、本地化实验材料，满足实验要求，而非为了使用指定的材料舍近求远，去易求繁.
3.1.2 环保性原则
环保性原则要求在生物实验的整个过程，包括实验取材、实验操作、实验结束后废水废渣排放等，都尽可能地减少对环境的破坏;还要考虑实验材料以及药品的可重复使用性等.如“制作小肠壁结构模型”、“制作真核细胞的三维结构模型”和“制作DNA分子双螺旋结构模型”等实验中，都可以采用橡皮泥为材料进行模型的制作，而改进后所用的实验材料能够循环利用，在节约实验经费的基础上也减少垃圾的产生对环境破坏.
3.1.3 趣味性原则
“兴趣是最好的老师”，要让学生喜欢上生物课实验课，就应尽可能增加课堂教学趣味性，激发学生的学习兴趣，引导他们主动学习主动探究.实验材料的改进，在科学合理的基础上，增加趣味性因素，能使学生更加喜爱生物学实验，热爱生物学学习.如“探究鱼鳍在游泳中的作用”中的捆绑或剪去不同鱼鳍，比较难捆绑或血腥，实际实验中可以用横向剪开气球做成的宽橡皮圈替代，分步骤套住不同部分的鱼鳍，方便操作又不会对鱼产生伤害，增加实验的趣味性.
3.2 实验药品改进原则
中学生物实验会用到很多实验药品，药品的选择对实验的成功至关重要，既要使实验现象明显、实验反应快速，又要注意节约使用，节省经费，并注意减少药品使用对环境的影响.在对实验药品进行改进的时候，还要注意根据不同的教学实验的不同教学目的与要求，进行改变，并遵循以下原则：
3.2.1 高效性原则
高效性原则是指在实验过程中通过对药品种类的代替或者药品用量的改进，借以达到缩短实验时间、使实验现象更加明显、优化实验的目的.在实验教学中，一个显而易见的实验现象不仅能够获得良好的教学成效，同时也能够提高学生们的学习生物学的兴趣，从而实现生物实验课堂的高效性.
3.2.2 节约性原则
生物实验中需要用到各种各样的实验药品，而科学设计实验，节约使用药品同样能达到预期的实验结果，并且实验过程中养成节约药品的习惯，不仅能节省实验经费，还能培养学生科学、严谨的实验研究态度.比如高中实验“观察DNA和RNA在细胞中的分布”按原方法做，吡罗红、甲基绿染液需现配现用，且每次实验都要配制一次，比较繁琐，浪费严重.李桂芝[6]通过实验发现，吡罗红甲基绿染液并不需要每次使用都现场配制，一次学生分组实验只配制一次就可以;而其中A液更是可以连续使用几年，大大节约了药品的用量，并减少废弃药品对环境的污染.
3.2.3 安全性原则
生物实验用到一些药品，如强酸、强碱、有毒药品等，存在一定的安全隐患，药品改进可以从减少使用危险药品的方面考虑，用安全药品替代，使实验容易开展并减少实验事故.例如“模拟探究细胞表面积与体积关系”一课，原材料是含酚酞的琼脂块，并使用氢氧化钠进行反应.氢氧化钠是有强腐蚀性的强碱，存在较大的安全隐患，改进实验材料可以使用常见的白凉粉、硬豆腐、熟马铃薯块代替，并使用普通红墨水进行染色，同样也能达到实验的目的[7].
3.3 实验器具改进原则
实验器材和用具是生物实验必备的教学“工具”，选择实验合适的“工具”，能使实验教学工作更顺利，达到更好控制实验变量、操作容易、结果明显的效果.生物实验器具的改进要大胆探索，敢于创新，更要综合考虑，尽量想全、想细，使实验简易可行.改进实验器具可从就地取材、重复利用、化繁为简等角度出发，注意遵循以下原则：
3.3.1 简化性原则
使用简化的装置替代较复杂的实验器材或一些特殊的器具，可以使得实验更容易准备，实验操作更加容易进行.如“还原性糖的检测”实验中，教材中使用酒精灯加热50~65°C水浴2min，但实际现象并不理想，而使用热水壶中的开水直接水浴加热，提高水浴温度，减少了用酒精灯加热的过程，可以快速取得明显的实验现象[8]。
3.3.2 显效性原则
在生物实验教学过程中使用一个科学、直观的实验器具进行观察实验，往往能够对预设结果的获得起到一个至关重要的作用.如初中生物的“探究蚂蚁或其他动物的行为”实验，可以使用透明塑料装置“蚂蚁家园”进行观察教学，透明的装置能够直观地将蚂蚁的通讯、觅食等行为显示出来，方便师生们能够在任意时间对蚂蚁的各种行为进行长期的观察和记录.
3.3.3 替代性原则
中学生物实验的实验方法是比较灵活多变的，实验方法是否可行，决定实验结果是否可靠、可信.无论是验证性实验还是探究性实验，都要求我们获得明显的实验现象，以达到预设的教学目标.在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，画滤液细线时要求又细又直，很多学生在使用毛细管画细线的时候往往画得不好，从而导致了后续实验无法得到明显的实验现象.改进实验用“印章法”替代画线，使用洁净的盖玻片蘸取适量的提取液轻轻地印在滤纸上，即能得到细直线，方便快速效果好.
3.4 实验方法改进原则
实验的过程中，一些实验方法步骤的改进，能缩短实验时间、降低实验难度、增加实验的可信度，达到更好的实验效果，合适的实验方法，可以起到事半功倍的效果，对培养学生的创新思维和学习兴趣起积极的作用.生物实验方法的改进，可遵循以下原则：
3.4.1 科学性原则
科学性是实验设计的基础，在实验设计中必须有充分的科学依据，只有使用科学严谨的实验方法，才能得出正确可靠的实验结果和结论.在生物实验的改进中，亦是如此.例如“检测生物组织中的还原糖”实验的改进，可增加对照实验：葡萄糖与菲林试剂反应，能更好的说明生物组织中与试剂反应的物质就是还原糖.
3.4.2 拓展性原则
“教学有法，教无定法”，一个实验的设计是不会一成不变的，在日新月异的知识理论更新下，赋予了生物学实验课程以更加广阔的空间，教师可以根据学生的认知基础进行实验的拓展延伸，以全面提高学生的科学素养.如：“探究种子萌发的条件”，除了空气、水、温度条件外，还可以增加光照(模拟灰霾天气)、pH(模拟酸雨)条件进行探究，既增加实验的趣味性，丰富实验内容，也可以引导学生关注与生物学有关的社会环境问题，进行情感态度价值观的教育.
3.4.3 创新性原则
将简单的观察实验、验证性实验变为探究性实验是实验创新的一种有效方法，既能发挥学生的主体地位，增强学生的学习热情，还能提高学生的实验操作能力，不断提升学生分析问题，设计实验和实施操作的综合能力.
4 结语
科学实验是探究生命活动最基本的手段，是生物学得以形成和发展的源泉;生物学实验是学习生物学的基础，也是中学生物教学的重要组成部分.新课程标准注重培养学生的创新精神和实践能力，在中学生物实验教学中要充分发挥学生的学习主体地位，促进学生实验的积极性和主动性，这些都要求以科学、严谨、合理、易行、显效的实验作为教学支撑. 在开展科学实验教学过程中，生物教师应当善于发现实验教学过程中存在的问题，遵循实验改进的基本原则，敢于钻研、敢于创新，不断优化实验研究与教学策略，在提高中学生物实验教学质量的同时，循序渐进逐步提升学生的科学素养.
参考文献
[1] 姚家佳.浅谈中学生物实验的几点改进和创新[J].新课程研究，2010(01)：98-100.
[2] 苏燕梅.浅谈初中生物实验存在的问题及改进措施[J].学周刊，2011(5)：175.
[3] 曾庆国.对“绿叶在光下制造有机物”实验的探索与改进[J].生物学通报，2012，47(6)：52-54.
[4] 卢菊花.关于几例初中生物实验改进方法的分析[J].教材仪器与实验，2016(01)：54.
[5] 张淑伟.高中生物实验创新研究[D].陕西：陕西师范大学，2013.
[6] 李桂芝.观察DNA和RNA在细胞中的分布的实验改进[J].中学课程辅导(教师通讯)，2012，28(7)：15-16.
[7] 谢婕，陈慧妍，陈佳琪.“细胞大小与物质运输关系”的实验探索[J].生物学教学，2016，41(5)：59-60.
[8] 张恒泽.也谈人教版高中生物教材中几个实验材料和实验试剂的改进[J].中学生物学，2012，28(3)：39-40.
收稿日期：2016-01-05
基金项目：广东第二师范学院2016年度校级质量工程项目(2016zcjf01);广东第二师范学院2014年度校级质量工程项目(2014jxtd01);广东第二师范学院2012年度教学研究与改革项目(2012zcjf02)
