运用创造学原理在生物实验中培养学生创新思维

普通高中《生物课程标准》指出：提高每个高中生的生物科学素养是课程标准实施中的核心任务,创新思维是科学素养的一个重要组成方面,它具有思维的流畅性、灵活性、变通性、周密性、独特性、批判性、综合性等特点。而实验教学是培养创新思维的一个有效途径,包括实验方案的设计、实验器材、材料和试剂的选择、实验数据的处理等各方面的创新。笔者在实验教学中,运用创造学原理,培养创新思维做初步的探讨。

一、运用等效转换法,选择实验材料,培养思维的灵活性

所谓等效转换法,就是在保证最终效果相同的情况下,运用较为简便的事件将原事件替换的方法去考虑问题或进行创造的原理。

生物实验中实验材料的选择对实验成败起着举足轻重的作用。课程标准实验教科书对实验材料的选择采取了较灵活的原则,并不指定实验材料,而是只提出选材建议。这为生物实验中实验材料的选择提供了广泛的空间。

在教学中,教师应避免选择最理想的材料,提供给学生进行实验,因为这样的实验虽然效果较好,但是限制了学生思维的发散。教会学生选择实验材料,可以培养学生实验能力和创新思维。

可以通过以下步骤引导学生进行实验材料的选择：一、根据科学家的经典科学实验,如孟德尔的豌豆杂交实验、肺炎双球菌转化实验、噬菌体侵染细菌实验、恩格尔曼用水绵进行的光合作用实验等,引导学生分析体会选择实验材料的原则：服务实验目的、取材方便、操作简单、效果明显；二、具体实验中,依据创造学原理,引导学生遵循实验材料的选择原则,自主地选择实验材料,只要可行就给予肯定。

如“绿叶中色素的提取和分离”实验。依据实验原理,学生用多种植物的叶片做实验材料,发现除菠菜外,青菜、大蒜、芹菜、莴苣等植物的叶片,都能较好地分离出色素来。还有学生对用CaCO3保护色素提出质疑,认为CaCO3溶解性差,提出用Na2CO3代替。教师鼓励学生查找资料,分析CaCO3保护色素的原理：叶片研磨过程中流出的液体呈酸性,使叶绿素中的镁被取代而受破坏,CaCO3可以中和细胞液的酸性从而起到保护色素的作用。因而得出结论,可以用Na2CO3代替。在实验中提供Na2CO3和CaCO3供学生选择,取得同样的效果。

再如“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验。教材安排是用人的口腔上皮细胞。这种取材方式存在着取材过程不卫生,由于漱口不彻底而导致杂质多的情况。我们在教学中鼓励学生选取植物材料,学生通过分析比较,选取了白色洋葱鳞片叶表皮细胞,这种取材方式过程简单,细胞色浅,不影响染色效果,经过制片染色,可以清晰观察到细胞中DNA和RNA的分布。

运用等效转换法以教材外的材料,进行材料转换,顺利完成实验,学生在实验中学会了选择实验材料,增强了实验的兴趣,培养了思维的灵活性。

二、运用缺点列举法,改进实验仪器,培养思维的批判性

所谓缺点列举法,就是挑剔某一事物的缺点和不足,展开联想,进一步找到改进的方法。

教材中的生物实验,多数已为学生提供了完备的实验仪器,长期以来,教师和学生都已习惯了这种便利,用最少的精力完成规定的实验,禁锢了学生的思维。教学中,应鼓励学生对现有的知识经验提出质疑,利用缺点列举法,质疑教材中的实验缺陷,培养学生的创新思维。

如“绿叶中色素的提取和分离”实验。要求用毛细吸管画滤液细线。学生在实验中发现用毛细吸管画滤液细线,存在以下缺点：毛细吸管粗细不一,细的易断,粗的不易把滤液线画细；毛细吸管中的滤液流速不稳,划的线断断续续；毛细吸管尖端易划伤滤纸。如何改进呢？有的学生想到用硬笔尖来画细线,效果较好。得到教师肯定后,其他同学受到启发,用双面刀片蘸取滤液划线或用细棉线弹出滤液细线,同样收到好的效果。

通过缺点列举法,使学生懂得了选用简便、高效仪器的道理,也使学生敢于质疑教材,培养了学生的批判性思维。

三、运用横向思考法,设计实验方法,培养思维的变通性

横向思考法又称水平思考法,即通过转换思维角度和方向来重建新概念的思考方法。它是指在研究问题时,对一种基本观点或方法已经了解后,继续探求在它之外还有没有好的观点或方法的过程。

科学实验的方法多种多样,生物实验中,在学生弄清了实验原理和方法后,既可按教材中步骤方法进行实验,在实验中更应该鼓励学生,运用横向思考法,在不违背操作规程前提下标新立异、独立思考,重新设计实验方法。

比如“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验。往往由于实验时间的关系而影响实验效果,按教材中的实验步骤,会出现染色时外浓内淡的现象。如何克服这一缺点呢？学生们将染色的步骤简化：在载玻片上滴一滴0.01g/ml的龙胆紫,将解离和漂洗后的根尖直接放在载玻片的龙胆紫中进行压片,制备成临时装片,只要注意龙胆紫的用量,根尖的染色就均匀了也节约了染色的时间。

再如“探究植物细胞的吸水和失水”实验。教材建议选择紫色的洋葱鳞片叶,是由于液泡呈紫色便于观察。有些学生选择了白色洋葱鳞片叶制作临时装片,用加入少量红墨水的蔗糖溶液滴加在盖玻片一侧,在另一侧用吸水纸吸引,观察到质壁分离的细胞,液泡无色,但细胞壁与原生质层之间呈淡红色。在完成实验的同时,由于红墨水没有进入原生质层,更好地说明了生物膜的选择通透性。

通过横向思考法,选择不同常规的实验方法,取得意想不到又在情理之中的结果,培养了学生的思维变通性。

四、运用逆向思考法,分析实验现象,培养思维的周密性

逆向思考法又称“反向求索”。就是在一个事情的反面或者另一个角度来思考,是从相反的思维方向去分析、探索,从而解决问题的创造原理。

实验中,经过完整的实验操作,呈现出实验现象后,教师应引导学生分析实验现象,得出实验结论。当实验现象与实验预期不一致时,教师可以让学生运用逆向思考法,从与实验预期相反的方向去思考分析,从而探索原因,以培养学生的创新思维。

如“探究影响酶活性的条件”实验。在探讨温度或PH对淀粉酶活性的影响时,检验实验结果的试剂有碘液和斐林试剂,学生在实验时可以自主选择。他们有的用碘液检测反应底物淀粉,有的用斐林试剂检测反应产物还原糖,观察到的现象有的与预期一致,有的却与预期相左。此时教师引导学生从自己的实验现象反向思考,到底是什么因素导致结果出现差异？经过讨论与查找资料发现：斐林试剂与还原糖反应需水浴加热,而水浴加热会影响实验设定的温度条件,因此不适于在“温度影响酶活性”的实验中用斐林试剂检验产物中的还原糖,而应该用碘液检验底物淀粉；碘液中的I2在水中形成的HI和HIO会与NaOH反应生成NaI和NaIO,影响碘与淀粉形成蓝紫色络合物。所以在“PH影响淀粉酶活性”实验中应用斐林试剂检验产物还原糖,不应用碘液检验底物淀粉。

运用逆向思考的方法,从意外的实验现象出发,分析实验原理、方法步骤,完善实验,培养了思维的周密性。

五、运用起点还原法,迁移实验原理,培养思维的综合性

所谓起点还原法,是先想到某一原理或现象所提示的本质问题,即找到问题的起点,然后从这一起点出发进行创造性思维的方法。

实验原理,是进行实验的理论依据,运用起点还原法,迁移运用实验原理是培养创造能力的良好时机。从实验原理中找到知识的本质,进而以此为起点,可以设计出一系列实验,在此过程中,创造性思维得到充分发挥。

如“探究植物细胞的吸水和失水”实验。实验完成后,教师再提出问题,利用此实验的原理,还能进行其他的探究实验吗？学生积极思考,热烈讨论,提出利用这一实验原理“鉴定不同植物细胞液的浓度”“鉴定不同蔗糖溶液浓度的高低”“鉴别蔗糖溶液与硝酸钾溶液”等。课后学生根据兴趣,自己选择探究实验,设计方案,进行实验。某一小组在“鉴定洋葱表皮细胞液浓度”,实验中,学生制备了一组低于30%的一定浓度梯度的蔗糖溶液,分别用来进行质壁分离实验,浓度过高,质壁分离速度快,不易观察变化过程,且不易复原,浓度越接近细胞液浓度,质壁分离速度越缓慢,现象越不明显,通过这样的实验设计,学生对渗透作用的原理更加理解,并将实验原理进行了迁移和运用。

可见,在实验教学中,打破传统的按照实验指导照方抓药,固定和刻板的模式,充分挖掘实验中开放性的因素,运用创造学原理,可以培养学生的个性,有效地培养学生的创新思维能力。

参考文献

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