2024年10期
剖析选修一教材中实验的 教育教学价值，深化实验教学
【关键词】 ；
【正文】 摘 要：基于长期的探索和感悟高中生物选修一（人教版）教材实验所具有的独特教育教学价值。总结了处理选修教材实验进行教学的四种有效方法：让学生亲自采集实验材料、动手实验操作；将教材中有关实验结合当地条件迁移为探究性实验；将选修的实验与必修教材的知识有机结合进行综合设计；对选修中的相关实验进行整合比较、分析。通过这些教学形式，实现深化实验教学的目的。
关键词：实验教学；教育教学价值；高中选修一
高中生物学实验既有人教版必修教材中的实验，又有单独成册的人教版选修一的实验。生物老师对必修教材实验的认识都比较高，也比较重视。对选修一的实验认识，一般认为，就是一门单独的实验课程。由于高考卷中须单独考核选修一的实验，所以只是把它作为普通的一门课程对待而已。但事实上，按照高中生物课程标准来看，设置选修一课程则有其独特的生物学教育价值。
一、选修一的实验最能体现生物学知识在实际生活中的科学价值
与必修教材实验比较，选修一的实验紧贴学生的生活实际，与现实生活紧密相关。一是实验材料来源于现实中的生活物质，如葡萄、豆腐、胡萝卜、玫瑰花、甘橘、洗衣粉等，二是这些实验的产物本身有些就是我们生活中不可或缺的，如葡萄酒、果醋、豆腐乳、玫槐精油等。三是这些实验揭示的生物学知识、原理本身就存在于现实生活中。
二、选修一实验最易于激发和培养学生的探究能力，提升生物学素养
选修一选取的实验都是生活中最平常的，甚至是天天打交道的生活现象，而从中进行实验研究，引导学生理性的分析、探索，认识生活现象背后的生物学本质或生物学原理，并通过对实验过程的变量分析和控制，进一步理解进行科学探究的方法、过程。从而激发学生好奇心和热情，从看似平常的自然现象中探究其奥秘，并运用科学探究的方法、手段，分析和解释自然界的生物学现象。这正是这门生物课要达到的以提升学科探究能力为主的“核心素养”培养目标之一。
比如豆腐乳的制作，这是很多家庭都在作的生活现象。但是我们一般人很少去关注其背后的原理及认识毛霉等生物所具有的作用，更不会去思考如何控制发酵的前期、后期的影响，从生物学角度分析，这就是科学实验探究的问题。但当，我们将该制作过程，改为“探究温度对豆腐乳发酵的影响”实验之后，就会大大提升学生对豆腐乳发酵制作实验的理解程度，就会使学生不是只停留于掌握豆腐乳的制作过程，而是必须设计对照实验，考虑无关变量的分析及控制过程、分析实验结果等一系列的实验设计问题，这无疑深化了豆腐乳制作本身所潜藏的生物学探究价值。
三、选修一的实验内容是对必修教材知识的深化和拓展
选修一的实验可分为四类，一是涉及微生物发酵方面，如酵母菌、醋酸菌、乳酸菌、毛霉等的发酵实验；二是有关物质提取的实验，如胡萝卜素提取，玫瑰精油、血红蛋白、DNA提取实验；三是有关代谢作用的酶的催化作用实验；四是有关微生物的培养基制作、微生物的分离、培养、计数、鉴定和保藏等方面的专门知识。
以上四类，除第四类因为必修教材中涉及微生物知识介绍较少，而设置的专门实验外，其它三类实验都是与必修教村相关知识密切联系的，通过这些实验一定能深化必修知识中原核生物、真核生物的理解，细胞发酵知识，动植物细胞质（液泡、质体）和细胞核中的不同物质如何提取、分离，酶的本质及影响酶的作用因素分析等知识。因此，在每个实验的教学中不只是让学生亲自实践操作，最主要的是引导学生分析、深化和拓展对相关知识的理解、联系。
四、选修一的实验最易于提升学生对生命科学的情感、态度和价值观，进而形成科学的生命观
制作果酒、果醋、豆腐乳等过程等都发生在学生的身边，这些身边的事居然潜藏着丰富的生物科学知识，无疑对“处处皆知识，生活即科学”的道理会有深入理解和体会，更能激发学生热爱生命、热爱生活、热爱大自界的情感、态度，从而产生正确的生命观。这种影响和启示一定是深远的。
基于选修实验的独特教育教学价值，因此在实验教学中应该采取有效的教学方式、方法，深化实验教学。
五、让学生尽可能亲手采集实验材料，动手实验操作
果酒、果醋、豆腐乳制作，胡萝卜素、橘皮精油的提取等实验，要放手让学生去市场采购原材料，去感受生活；动手实验体验科学实验是与实际生活、自然界紧密联系的，是快乐的，充满无限乐趣的探索过程，让学生在实践中热爱生活、热爱大自然界、热爱生物学。
六、可将书本上的部分验证性或体验性实验迁移为探究性实验进行教学
选修一教材中验证性或体验性的实验，我们可以根据实际情况，将这些实验改为探究性实验，并认真引导学生去重点分析实验原理、变量的分析和控制、实验过程如何设计、实验结果如何规范描述及对异常实验现象的分析等。这样来提升学生的实验探究能力和科学的探索精神。
如果酒制作的实验，可改为“探究酵母菌对不同品种的苹果发酵效果”实验，并设计以下问题。
1.该实验对苹果应作怎样处理？ 。
2.本实验的自变量是 ，因变量是 ；
3.实验设计的思路是 ；
4.试列举至少3个无关的变量 ；
5.该实验是否需要再单独设计对照实验？
6.若检测发酵时是否已产生了酒精，假设分别用未去皮的雪梨和红苹果作为实验材料，则哪个更合适？其理由是
通过设计上述问题进行分析，可看出，这种探究性实验设计就远比只是纯粹的验证性的制作果酒实验，更能激发学生的探究欲望，同时能很好的培养科学探究的方法，对实验原理、实验结果和实验结论的规范表达和科学的探究精神，学生的理性分析思维能力和探究能力就能更上一个台阶。
七、将选修一的实验与必修教材相关知识结合进行综合设计和分析
如选修一“果酒制作”实验中，与酵母菌相关的实验在必修教材中有：必修一，“探究酵母菌的呼吸方式”实验；必修三，“探究培养液中酵母菌数量的动态变化”实验。这三个实验都用酵母菌作为实验生物，但这三个实验的侧重点不同。因此可将这三个实验综合起来，进行综合分析，并可设计如下问题，这样更能综合提升学生的实验探究能力，对实验变量控制、实验操作关键过程、实验现象和实验结论的分析和理解。
例.将 10ml啤酒酵母菌放在适宜的温度条件下培养 ， 并于不同时间内等量均匀取样6次 ， 分别测定样品中酵母菌的数量和PΗ， 结果如下表所示 ， 请分析回答：
1.据表中数据分析，实验样品的取样先后顺序是 （用字母符号表示）
2.对酵母菌而言，10ml该培养液的环境容纳量最可能的是
。
3.若第7次均匀取样，经正常操作检测，但样品中的活酵母菌数量却只有460个/ml，导致这一结果的原因是 。
4.经测定样品A中放出的 CO2 ： O2=4：2的体积比（假设两种呼吸作用的速率相等）。这说明 。
5.分析上述过程，若在实验室培养酵母菌，培养基中还必须添加充足的 和适量的氮源，酵母菌才能正常生长，但当葡萄糖浓度过高时，反而抑制其生长，其原因是 。
6.在啤酒生产中，啤酒酵母菌以啤酒小麦为发酵原料，生产工艺流程中须经糖化——接种——通气培养——密封发酵——后加工（勾兑、储运）等生产过程。在糖化阶段主要指蒸煮小麦及加入“糖化酶”操作，则“糖化酶”主要包含的酶有 。生产工艺中，通气培养过程的主要目的是 ，此时酵母菌主要以 迅速繁殖。经测定，在酵母菌消耗的糖类物质中，98.5%形成了酒精和其它发酵产物，则剩余1.5%的糖用于 。
分析上述生产过程，说明啤酒酵母菌代谢类型是 。
7.实验表明啤酒的风味主要取决于发酵所用的酵母菌株，某酒厂的菌株却使用了20-30年时间，繁殖了2000余代，啤酒风味仍不减当年，试分析其主要原因是 。
8.在啤酒的实际生产中，从产物出口处出现的顺序来看，总是先来“水”，后来“酒”，试从发酵原理上分析其原因 。
八、加强对选修一中相关的实验进行比较、分析，以深化对相关实验知识的理解
如可对食品微生物发酵中，果酒制作中酵母菌的发酵，醋酸菌的发酵，毛霉的发酵等进行对比；对物质提取实验中，玫瑰精油提取和胡萝卜素提取，就可进行比较。让学生分析为什么玫瑰精油要用水蒸汽蒸馏，而胡萝卜素提取则要用萃取法。萃取法和水蒸汽蒸馏法有相似之处，也有不同点。一种物质究竟采用哪种方法提取，既要看其提取物本身的物理化学性质，还要考虑提取液本身的理化性质以及实验操作的便利性和安全性，如提取液有无毒性，提取液是否影响提取物本身的理化性质等这些因素进行综合考虑。一般来说，提取物重点考虑的是，其化学性质是否稳定，尤其在高温下是否分解，是否易形成汽态物质，是否难溶于水或不溶于水，是否易溶于有机溶剂等。
玫瑰油由于化学性质稳定，在高温下不易分解，难溶于水易溶于有机溶剂，因此既可用水蒸汽蒸馏法，也可用萃取法提取。只是由于用萃取法提取时，其萃取剂往往未精制过，未除去杂质，因此往往会对提取出的玫瑰油等一类芳香油的质量影响很大。因此玫瑰油等一类芳香油的提取一般用蒸馏法。
胡萝卜素由于化学性质稳定，其沸点较高，不易形成汽态，不溶于水易溶于有机溶剂。因此，不采用蒸馏法，而用萃取法。
通过比较还让学生明白，由于提取动植物中物质时，一般均要用到提取液，只是不同的物质提取，用的提取液不同而已。因此，被提取的物质必然存在于提取液中，而成为混合物，所以，最后都需要采取一定的方法将提取液和被提取的物质分离开。理解了上述原理，那么就很容易理解萃取法提取胡萝卜素后，还要用蒸馏方法将胡萝卜素和萃取液分离，而玫瑰精油则可用Na2SO3吸水，使水和玫瑰精油分离。
对相关实验的比较和分析，会大大提升了对实验原理的理解，对一些相关方法应用上的区别和联系就更明晰，实验教学的效率就更高。
总之，在高中生物人教版选修一的实验教学中，充分认识选修一教材实验的教育价值，并采取切实有效的教学措施。这样就会深化实验教学，学生对生物科学实验的设计、分析、理解能力和科学探究精神就会有质的提升。
作者简介：毛洪文（1963.06.05），男，56岁，四川省特级教师，正高级教师，理学士，任教于四川省洪雅中学校，担任高中班主任工作22年，从事高中生物教学32年。
关键词：实验教学；教育教学价值；高中选修一
高中生物学实验既有人教版必修教材中的实验，又有单独成册的人教版选修一的实验。生物老师对必修教材实验的认识都比较高，也比较重视。对选修一的实验认识，一般认为，就是一门单独的实验课程。由于高考卷中须单独考核选修一的实验，所以只是把它作为普通的一门课程对待而已。但事实上，按照高中生物课程标准来看，设置选修一课程则有其独特的生物学教育价值。
一、选修一的实验最能体现生物学知识在实际生活中的科学价值
与必修教材实验比较，选修一的实验紧贴学生的生活实际，与现实生活紧密相关。一是实验材料来源于现实中的生活物质，如葡萄、豆腐、胡萝卜、玫瑰花、甘橘、洗衣粉等，二是这些实验的产物本身有些就是我们生活中不可或缺的，如葡萄酒、果醋、豆腐乳、玫槐精油等。三是这些实验揭示的生物学知识、原理本身就存在于现实生活中。
二、选修一实验最易于激发和培养学生的探究能力，提升生物学素养
选修一选取的实验都是生活中最平常的，甚至是天天打交道的生活现象，而从中进行实验研究，引导学生理性的分析、探索，认识生活现象背后的生物学本质或生物学原理，并通过对实验过程的变量分析和控制，进一步理解进行科学探究的方法、过程。从而激发学生好奇心和热情，从看似平常的自然现象中探究其奥秘，并运用科学探究的方法、手段，分析和解释自然界的生物学现象。这正是这门生物课要达到的以提升学科探究能力为主的“核心素养”培养目标之一。
比如豆腐乳的制作，这是很多家庭都在作的生活现象。但是我们一般人很少去关注其背后的原理及认识毛霉等生物所具有的作用，更不会去思考如何控制发酵的前期、后期的影响，从生物学角度分析，这就是科学实验探究的问题。但当，我们将该制作过程，改为“探究温度对豆腐乳发酵的影响”实验之后，就会大大提升学生对豆腐乳发酵制作实验的理解程度，就会使学生不是只停留于掌握豆腐乳的制作过程，而是必须设计对照实验，考虑无关变量的分析及控制过程、分析实验结果等一系列的实验设计问题，这无疑深化了豆腐乳制作本身所潜藏的生物学探究价值。
三、选修一的实验内容是对必修教材知识的深化和拓展
选修一的实验可分为四类，一是涉及微生物发酵方面，如酵母菌、醋酸菌、乳酸菌、毛霉等的发酵实验；二是有关物质提取的实验，如胡萝卜素提取，玫瑰精油、血红蛋白、DNA提取实验；三是有关代谢作用的酶的催化作用实验；四是有关微生物的培养基制作、微生物的分离、培养、计数、鉴定和保藏等方面的专门知识。
以上四类，除第四类因为必修教材中涉及微生物知识介绍较少，而设置的专门实验外，其它三类实验都是与必修教村相关知识密切联系的，通过这些实验一定能深化必修知识中原核生物、真核生物的理解，细胞发酵知识，动植物细胞质（液泡、质体）和细胞核中的不同物质如何提取、分离，酶的本质及影响酶的作用因素分析等知识。因此，在每个实验的教学中不只是让学生亲自实践操作，最主要的是引导学生分析、深化和拓展对相关知识的理解、联系。
四、选修一的实验最易于提升学生对生命科学的情感、态度和价值观，进而形成科学的生命观
制作果酒、果醋、豆腐乳等过程等都发生在学生的身边，这些身边的事居然潜藏着丰富的生物科学知识，无疑对“处处皆知识，生活即科学”的道理会有深入理解和体会，更能激发学生热爱生命、热爱生活、热爱大自界的情感、态度，从而产生正确的生命观。这种影响和启示一定是深远的。
基于选修实验的独特教育教学价值，因此在实验教学中应该采取有效的教学方式、方法，深化实验教学。
五、让学生尽可能亲手采集实验材料，动手实验操作
果酒、果醋、豆腐乳制作，胡萝卜素、橘皮精油的提取等实验，要放手让学生去市场采购原材料，去感受生活；动手实验体验科学实验是与实际生活、自然界紧密联系的，是快乐的，充满无限乐趣的探索过程，让学生在实践中热爱生活、热爱大自然界、热爱生物学。
六、可将书本上的部分验证性或体验性实验迁移为探究性实验进行教学
选修一教材中验证性或体验性的实验，我们可以根据实际情况，将这些实验改为探究性实验，并认真引导学生去重点分析实验原理、变量的分析和控制、实验过程如何设计、实验结果如何规范描述及对异常实验现象的分析等。这样来提升学生的实验探究能力和科学的探索精神。
如果酒制作的实验，可改为“探究酵母菌对不同品种的苹果发酵效果”实验，并设计以下问题。
1.该实验对苹果应作怎样处理？ 。
2.本实验的自变量是 ，因变量是 ；
3.实验设计的思路是 ；
4.试列举至少3个无关的变量 ；
5.该实验是否需要再单独设计对照实验？
6.若检测发酵时是否已产生了酒精，假设分别用未去皮的雪梨和红苹果作为实验材料，则哪个更合适？其理由是
通过设计上述问题进行分析，可看出，这种探究性实验设计就远比只是纯粹的验证性的制作果酒实验，更能激发学生的探究欲望，同时能很好的培养科学探究的方法，对实验原理、实验结果和实验结论的规范表达和科学的探究精神，学生的理性分析思维能力和探究能力就能更上一个台阶。
七、将选修一的实验与必修教材相关知识结合进行综合设计和分析
如选修一“果酒制作”实验中，与酵母菌相关的实验在必修教材中有：必修一，“探究酵母菌的呼吸方式”实验；必修三，“探究培养液中酵母菌数量的动态变化”实验。这三个实验都用酵母菌作为实验生物，但这三个实验的侧重点不同。因此可将这三个实验综合起来，进行综合分析，并可设计如下问题，这样更能综合提升学生的实验探究能力，对实验变量控制、实验操作关键过程、实验现象和实验结论的分析和理解。
例.将 10ml啤酒酵母菌放在适宜的温度条件下培养 ， 并于不同时间内等量均匀取样6次 ， 分别测定样品中酵母菌的数量和PΗ， 结果如下表所示 ， 请分析回答：
1.据表中数据分析，实验样品的取样先后顺序是 （用字母符号表示）
2.对酵母菌而言，10ml该培养液的环境容纳量最可能的是
。
3.若第7次均匀取样，经正常操作检测，但样品中的活酵母菌数量却只有460个/ml，导致这一结果的原因是 。
4.经测定样品A中放出的 CO2 ： O2=4：2的体积比（假设两种呼吸作用的速率相等）。这说明 。
5.分析上述过程，若在实验室培养酵母菌，培养基中还必须添加充足的 和适量的氮源，酵母菌才能正常生长，但当葡萄糖浓度过高时，反而抑制其生长，其原因是 。
6.在啤酒生产中，啤酒酵母菌以啤酒小麦为发酵原料，生产工艺流程中须经糖化——接种——通气培养——密封发酵——后加工（勾兑、储运）等生产过程。在糖化阶段主要指蒸煮小麦及加入“糖化酶”操作，则“糖化酶”主要包含的酶有 。生产工艺中，通气培养过程的主要目的是 ，此时酵母菌主要以 迅速繁殖。经测定，在酵母菌消耗的糖类物质中，98.5%形成了酒精和其它发酵产物，则剩余1.5%的糖用于 。
分析上述生产过程，说明啤酒酵母菌代谢类型是 。
7.实验表明啤酒的风味主要取决于发酵所用的酵母菌株，某酒厂的菌株却使用了20-30年时间，繁殖了2000余代，啤酒风味仍不减当年，试分析其主要原因是 。
8.在啤酒的实际生产中，从产物出口处出现的顺序来看，总是先来“水”，后来“酒”，试从发酵原理上分析其原因 。
八、加强对选修一中相关的实验进行比较、分析，以深化对相关实验知识的理解
如可对食品微生物发酵中，果酒制作中酵母菌的发酵，醋酸菌的发酵，毛霉的发酵等进行对比；对物质提取实验中，玫瑰精油提取和胡萝卜素提取，就可进行比较。让学生分析为什么玫瑰精油要用水蒸汽蒸馏，而胡萝卜素提取则要用萃取法。萃取法和水蒸汽蒸馏法有相似之处，也有不同点。一种物质究竟采用哪种方法提取，既要看其提取物本身的物理化学性质，还要考虑提取液本身的理化性质以及实验操作的便利性和安全性，如提取液有无毒性，提取液是否影响提取物本身的理化性质等这些因素进行综合考虑。一般来说，提取物重点考虑的是，其化学性质是否稳定，尤其在高温下是否分解，是否易形成汽态物质，是否难溶于水或不溶于水，是否易溶于有机溶剂等。
玫瑰油由于化学性质稳定，在高温下不易分解，难溶于水易溶于有机溶剂，因此既可用水蒸汽蒸馏法，也可用萃取法提取。只是由于用萃取法提取时，其萃取剂往往未精制过，未除去杂质，因此往往会对提取出的玫瑰油等一类芳香油的质量影响很大。因此玫瑰油等一类芳香油的提取一般用蒸馏法。
胡萝卜素由于化学性质稳定，其沸点较高，不易形成汽态，不溶于水易溶于有机溶剂。因此，不采用蒸馏法，而用萃取法。
通过比较还让学生明白，由于提取动植物中物质时，一般均要用到提取液，只是不同的物质提取，用的提取液不同而已。因此，被提取的物质必然存在于提取液中，而成为混合物，所以，最后都需要采取一定的方法将提取液和被提取的物质分离开。理解了上述原理，那么就很容易理解萃取法提取胡萝卜素后，还要用蒸馏方法将胡萝卜素和萃取液分离，而玫瑰精油则可用Na2SO3吸水，使水和玫瑰精油分离。
对相关实验的比较和分析，会大大提升了对实验原理的理解，对一些相关方法应用上的区别和联系就更明晰，实验教学的效率就更高。
总之，在高中生物人教版选修一的实验教学中，充分认识选修一教材实验的教育价值，并采取切实有效的教学措施。这样就会深化实验教学，学生对生物科学实验的设计、分析、理解能力和科学探究精神就会有质的提升。
作者简介：毛洪文（1963.06.05），男，56岁，四川省特级教师，正高级教师，理学士，任教于四川省洪雅中学校，担任高中班主任工作22年，从事高中生物教学32年。
- 【发布时间】2020/9/4 16:55:32
- 【点击频次】312