分析生物实验教学中如何培养学生的创新能力

分析生物实验教学中如何培养学生的创新能力

二十一世纪是科技高度发达的世纪，本世纪最大的特点是科学技术的日新月异，社会竞争异常激烈。为迎接知识经济的挑战，培养跨世纪人才，教育在培养创新精神和创造型人才方面肩负着特殊的使命。目前，实施素质教育的要义是：面向全体，全面发展，主动发展，它的核心是以培养学生的创新精神和实践能力为重点。新课程的基本理念是：提高生物科学素养、面向全体学生、倡导探究性学习。

伟大的教育家孔子说过：“知之者不如好知者，好知者不如乐知者”。生物学是以实验为基础的自然科学。实验不仅是锻炼学生实践能力的重要途径，更是激发学生探索兴趣，培养学生创新精神的切入点。而且，生物科学应把培养学生探索创新能力作为教学的主要任务。在教学中，结合生物学科的特点，对学生进行探索创新能力的培养，有利于激发学生的创新意识、创造潜能，变被动学习为主动探索——获取新知。其宗旨是：“变教为诱，变学为思，以诱达思，促其发展”的目的。要想激发学生的强烈的探索创新意识，使学生主动探索生物科学知识的奥妙，除了课堂教学培养外，还需加强实验教学，激发探索兴趣，培养学生的探索创新能力。

一、新大纲的要求：

新的高中生物教学大纲规定生物教学应当培养学生的观察能力、思维能力、实验能力、自学能力与初步的研究能力和创造能力。这个规定符合学生的学习心理，也符合生物学科的特点和社会发展的需要。这六种能力反映在教材中并不是同一层次。有的是基本能力，有的是具体能力，有的是综合能力。我们根据高中学生的心理发展特点，运用层次结构论与认知结构论对这六种能力进行分析，把教材的能力培养分成三个层次。

第一层次 学生的学习首先是对教材中科学概念的认识、理解、运用和评价，所以认识、理解、运用和评价概念的能力就是教材中能力培养结构的基本要素。具体由观察力、记忆力、想象力、思维力四种能力构成。其中思维力的培养是核心。

第二层次 由教材能力培养结构基本要素组合形成第二层次的具体能力。也就是对由一个基本概念为中心的部分概念组合的生物知识子系统的认识、理解、运用与评价的能力。具体包括：１．观察、分析生物现象与生物结构特征的能力；２．阅读、理解生物课课文与资料的能力；３．应用生物理论于实践的能力；４．进行实验设计与操作的能力（包括实验与实习）；５．获得生物科学研究方法的能力。

第三层次 在第二层次基础上，形成了对生物知识整体的分析、概括、评价与研究的能力。包括：１．建立生物知识体系的能力；２．总结和运用生物科学规律的能力；３．评价人与生物科学关系的能力；４．参加生物科学研究的能力；５．解决问题的创造能力。

二、：

1、增强实验的趣味性，激发学生的学习兴趣和探索创新能力

“兴趣”是最好的老师，兴趣是在一种好奇的情景和需要的基础上萌发的，并在实践过程中形成和发展起来的。是学生萌生创新意识和展开创新思维最原始、最直接、最强劲的动力。在这种动力的驱使下，学生的自主性、学习与实践的热情才会被充分的激发。

实验是学生探究自然科学知识的重要方法。实验以其丰富多彩、直观形象博得了学生的喜爱。探索性实验是激发学生求知心理状态，让学生参与重演科学事实的产生过程。教师要适时抓住学生的心理，创造实验教学的最佳情境，必将激发学生强烈的探究兴趣。

在平时的生物教学中发现，一个小实验就能把学生引入探索的情境。如：教学《叶的蒸腾作用》时，教师首先出示实验现象，再介绍实验装置要求，然后问学生“干燥塑料袋里的水是从哪里来的？可能从下面的瓶里上去吗？可能从外界的空气中进去吗？那么，它是从哪里来的呢？”学生根据教师的提问，进行思考，做出大胆的猜想并回答，也就是开始了探索创新。

鼓励学生设计趣味性实验：利用植物的向性运动原理，使幼苗的主根呈多种几何图形；用光合作用原理在一片叶子上印出自己的头像。当有人问他们苦不苦时，他们却回答“一点不苦，正相反，我很快活，因为我有兴趣。”的确，兴趣能让学生废寝忘食。浓厚的兴趣，激发了探索的欲望和创新的动力。

2、创设创新的情境，培养学生的问题意识

创新从问题开始。培养学生的创新精神，首先要培养学生的问题意识。教师不论课上、课下都要创设民-主、和-谐、平等和宽松的氛围与情境，自始至终鼓励学生不断地发现问题、思考问题和解决问题，使学生在宽松的情境中敢疑，并引导学生会疑、善疑和释疑。在质疑和释疑及设计实验的过程中发展学生的创新思维。在生物实验教学中，为学生提供民-主、宽松的氛围，激发学生的思维，尤其是发散思维与逆向思维，并培养学生勇于创新的心理素质，如不懈的进取精神，对现有知识的不满足，对已有结论的不轻信，富与好奇，善于幻想，勇于探索以及实事求是的态度，严谨细致的作风和坚忍不拔的意志都是非常积极可贵的。

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例如，在做实验“向澄清的石灰水中吹气”时，就有学生提出：甲试管没有吹入任何气体，所以没有变化，而乙试管吹入co2气体，肯定变浑浊。我马上肯定这个学生的问题提的很好，并说明在这个实验中，甲试管是用来做对照的，但没有对比性，应当改进。如何改进呢？让学生讨论，最后得出，可用打气针或注射器向甲试管中反复注入空气。这样在实验中培养了学生的问题意识和思维的新颖性与独特性等创新思维的品质。

在实验课中，除必要的实验方法和步骤外，尽量减少束缚性条件，鼓励学生大胆思考和尝试，并对自己的实验结果做出推测和解释。让学生亲自动手去做，动脑去想，然后发表自己的认识和看法。最后教师在充分肯定每位学生实验成绩，包括探索精神的基础上，对其实验结果做出正确的分析总结。一般以问题为指导，引导学生去细心观察身边的事物，使学生观察时逐步提出设想，明确探索研究的方向，激发学生探索创新的热情。如：介绍种子萌发时，课前向学生提出问题：种子萌发时是否需要光和氧气？萌发时是先发芽，还是先出根？学生平时没有注意这些现象，不清楚，便争论起来，谁也不服输。我趁热打铁，要学生回去设置几个种子萌发的对比实验，亲自动手做，并观察做好记录。看谁设置的实验最合理，结果最准确。学生都想争做最好，肯动脑筋，积极思考。

3、引导学生实验，培养学生的探索创新能力

探索创新能力的主要因素是观察力、想象力、动手操作能力和创造力。在活跃的思维下、认真地观察和积极的动手操作中，不仅加深了学生对知识的理解，也使学生的创造性思维得到了培养。观察力、想象力和动手操作能力实质上也是一种智力，也就是说，探索创新活动总是同智力活动相联系的，并且要把各个因素协调起来，才能提高探索科学的能力。

观察力是探索活动的门户，又是探索活动的起点，培养学生的观察力，需要教师在指导学生观察时传授好方法。如：《种子萌发的外界条件》一节中，学生在没有教师指导时，可能得出：“种子萌发需要水分、空气、温度”的结论，而忽略了“温度要适宜”。这时教师应及时引导学生把结论补充全面，最后总结出：“种子萌发的外界条件是：空气、水分、适宜的温度”的正确结论。在《观察蚯蚓》的实验时，有学生提出：我带的蚯蚓没有环带，难道是个怪种？对此情形，教师应及时表扬这个学生观察仔细，善于发现问题，并要求全体学生仔细观察，是否是幼小的蚯蚓没有环带，而大的蚯蚓呢？最后学生通过观察比较，得出结论：成熟的蚯蚓才有环带。

4、学会实验分析，加强学生的探索创新能力：

在高中生物实验教学过程中，我们经常发现不少学生只重视实验结果，不重视分析结果；只满足于实验的成功，而不愿对实验失败的原因进行分析。造成这种现象的原因，除了是学生对实验的根本目的缺乏深刻的认识而外，不懂得如何分析实验、没有掌握实验分析的一般方法是非常重要的因素。生物学是一门实验性很强的学科，在实验过程是，会有多种因素影响、干扰实验结果，致使实验失败。此时，实验分析就显得很重要：一方面，可以找出并排除影响因素，使实验重做晨能获得成功；另一方面，还可以总结出经验教训，甚至可能还有意外的收获、新的发现，这在科学史上是不乏其例的。因此，尽管现行高中生物教学大没有明确实验分析这一目的，而且实验也比较简单，但是在高中生物实验教学中，除了使学生达到提高动手能力、了解实验原理和方法、验证所学知识这些目的以外，教育学生辩证地看待实验的成功与失败、教给学生进行实验分析的一般方法、初步培养学生实验分析的能力还是必要的，能很好的培养学生的探索创新能力！

（１）取材分析

正确取材是实验成功的第一步。有的学生实验失败的原因，往往是取材不正确而引起的，因而在实验分析时，要首先考虑取材是否正确。例如，实验“观察植物细胞的有丝分-裂”中，准确切取洋葱根尖生长点部位，是实验成功的前提。一些学生制成的装片中往往看不到或看到很少的分-裂相细胞，就是因为切取部位正确导致的，即没有选准根尖的生长点部位。实验“观察植物细胞的质壁分离和复原”中，取材部位应该是在新鲜的洋葱鳞片叶外表皮的紫色较深处。而在内表皮或紫色很浅的部位取材，往往观察不到或仅有很少紫色液泡。实验“叶绿体色素的提取和分离”中，选取的叶片要肥厚、色浓，而老叶、发黄的叶子则不能选取。

（ 2 ）药品与试剂分析

药品与试剂的量、浓度、纯度等都是影响实验正确结果的重要因素，要逐一检查，不能忽视。

①关于量的问题。有些实验对药品与试剂的量有一定的要求，如“叶绿体色素的提取和分离”中，丙酮、层析液的量就要按规定使用：提取５ｇ叶片中的色素，用２ｍｌ丙酮是适中的，若丙酮过多，会使色素浓度降低，减少滤纸条上色素的量，使分离效果不明显；若丙酮少了，色素提取又不充分。色素分离时，向烧杯中例入层析液时，其量的标准是液面不能超过１ｃｍ（距烧杯底），否则将没及滤纸条上的滤液细线，色素就迅速溶解到层析液中去了，结果在滤纸条上得不到相应的色素分离图谱。

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②关天浓度问题。实验中，规定的浓度，都是人们经过多次试验后，认为最适合的。实验员在实验前配制药品与试剂时，浓度要配准，否则将会影响学生实验。如蔗糖溶液浓度较高时（高于３０％），会使细胞因发生强烈质壁分离而失水过多，细胞死亡，不能复原。亚甲基蓝溶液在配制时，要求更高，浓度高一点点，就会影响根的活性。

③关于纯度问题。有的实验如“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用”，对蔗糖的纯度有一定的要求，要尽量避免混有果糖等，否则会和斐林试剂发生反应，产生相同的实验现象。

（ 3 ）步骤及操作分析

步骤及操作是否正确是影响实验结果的主要因素，故应重点分析，主要有以下三种情况。

①漏做某个实验步骤。②操作方法错误。③操作不严格。

（４）显微镜的使用分析

需用显微镜的实验，有时会因为显微镜的操作，镜头污染等问题，而影响观察，看不到已经出现的现象或结果。显微镜的操作要按一定的程序进行，如对光程序、高倍镜观察程序等。有的学生不按程序操作，结果既耽误了时间，又观察不到相应的结果，而且易损坏显微镜。此外，目镜或物镜头被严重污染、焦距没有调好、放大倍数不够、视野较暗、标本不在通光孔的中心位置等诸多因素，都会直接影响观察。

5、加强探究学习，培养学生的探索创新能力

探究学习是美国生物学家、课程专家、芝加哥大学教授施瓦布（j.schwab）首倡的，她作为现代教学的一种学习和教学模式，注重的是学生各种潜能的发挥和创新能力的发展，体现一种参与性和体验性并存且具有严密学术性的创造活动。学生通过自主参与来获得知识，从而激发学习的兴趣，养成探索奥妙世界的积极态度。

生物学作为一门以实验为基础的学科，实验在教学中占主要的地位。而新课程将以往的验证性实验改为探究性实验，这无论从传统知识的继承到新知识的探索，还是从以往知识的被动接受到现在的主动探究知识都起着十分重要的作用；同时培养了学生的实事求是的科学态度、自主参与的意识，养成“不惟师、不惟书”的积极活跃的思维习惯。将探究学习应用于生物教学，不仅使学生获得科学知识、科学观念，掌握科学本领的一种重要途径和方法，而且还能激发学生学习生物学的兴趣，提高学生的创新能力，从而推动新课程的教学顺利进行。

正如陶行知所说：“要创造，你在用脑的时候，同时用手实验；用手的时候，同时非用脑不可，手和脑在一起干是创造教育的开始；手脑双全是创造教育的目的。”

实验教学中深入持久地培养学生的创新意识、创新精神和创新能力，实现陶行知“处处是创造天地，天天是创造之时，人人是创造之人”的伟大理想，才能造就一批适应时代发展需求的创新型人才。

生物实验教学如何培养学生的创新能力2017-03-21 06:03 | #2楼

生物科学是一门以观察和实验为基本研究方法的科学，许多知识是通过实验数据、实验现象和实验结果证实来的。生物实验不仅能培养学生学习生物这门学科的兴趣，激发学生的求知欲望，并转化为一种热爱科学的素养和志向，同时，也是培养学生创新能力的重要途径。因此教师在日常的教学活动中应当积极创造各种条件开展实验教学，将学生获得的知识技能与培养创新能力统一起来。

一、通过经典实验来培养学生的科学素养

高中生物教材中的一些经典实验教学很值得教师重视。经典实验蕴藏了很重要的科学实验思想和巧妙的实验设计方法，在教学过程中可以作为培养学生的科学思维能力和科学素养的载体。例如“基因的分离定律”一节中，孟德尔在发现基因的分离定律的过程中，不仅体现了科学家探索自然、追求真理锲而不舍、无私奉献的科学精神，而且实验中所展现出来的科学素养和技巧更是令人叹服。正是由于他的这种锲而不舍精神才为遗传学的诞生和发展奠定了坚实的基础，这也正是孟德尔名垂后世的重要原因。

在经典实验的的引入方面一般有两种教学形式：一是使经典实验融入教学过程中。有选择性的选用一些与课程有关的典型事例进行讲述。例如，介绍科学家的故事，可以感染和教育学生。二是让学生自己进行研究性的学习。通过资料的查阅，专题讨论等方式了解一些经典实验背后科学家所展现出来的人格魅力和科学精神，提高意志力和认知水平，从而提高自身的科学素养。

二、使用多种实验方法来增强学生的基础知识

实验贯穿生物教材，由“演示实验”、“学生探究实验”、“模型建构”、“实践活动”等组成。教师可以通过多种实验方法的组合来增强学生的基础知识。

例如，通过演示实验与学生实验相结合的方式，来加深对概念的理解。在高中生物教材必修二《dna分子的结构》一节中，教师就可以先通过模型演示dna分子的空间结构让学生形成dna分子结构的初步印象，再通过模型建构让学生参与到制作dna双螺旋结构的过程中，使学生在思考与动手实验中获取、理解知识，将更有利于学生对知识的巩固和提高。

通过演示实验和课外实验相结合的方式，来加强学生对知识的深化理解。如在高中生物教材必修三《生态系统的稳定性》一节中教师可以通过视频演示各种生态系统在遭受破坏的情况下如何自身恢复的过程，使学生对生态系统的自我调节能力有了直观的体验。再通过让学生课后设计并制作生态缸，观察其稳定性，并对生态缸里的生物种类和数量进行追踪记录，不仅锻炼了学生的观察能力和操作能力，又体现了学生的主体性，使对知识的理解更加深刻。

另外结合实验，老师可以鼓励学生自制教学实验仪器，有助于增强学生设计实验的能力，还可以用于一些探究实验。通过师生共同参与，可以把学生自制的仪器作为实验室仪器的有益补充。不仅培养了师生的动手技能，又将学生所学的知识运用到解决实际问题方面。更能够培养学生的创新能力。

三、使用系统的科学方法来激发学生的创新思维

创新思维，即不受固有模式束缚而进行的有创见性的心理反应，就是教师鼓励学生以创新的态度来对待学习，促使学生在学习的过程中想得多、想得新、想得巧。教学方法的改变，便是培养学生创新思维的策略之一。在实验教学中教师应以实验技能训练为切入口来指导学生掌握科学的实验方法。这包括实验之前的准备工作，实验进行中的指导工作和实验结束后的总结工作。

实验之前的准备工作使学生掌握实验的基本内容、目的、原理和步骤及实验过程中的注意事项。对于实验过程中涉及到的重点和难点以及一些关系到实验成败的关键之处，教师应做规范化的演示操作，给学生讲解操作要领并示范。实验进行中的指导作用，教师对学生在实验过程中所遇到的一些问题，如显微镜操作中有的学生观察装片时看不清晰，老师就要引导学生去思考为什么会出现这种情况呢？可能有哪些方面的问题会导致这个问题，实验操作中可能有哪些失误，通过什么方法去解决等等。让学生思考这些问题，不仅使学生的观察更加细致深入，而且使学生的思维能力得到好的训练。教师在学生遇到困难和问题时候，要能够做到启发学生去思考，引导学生自己克服困难，独立解决问题，调动起实验的各方面因素，提高实验的质量。实验结束后的总结工作，就是通过对实验过程、现象和数据的记录，将实验获得的感性认识上升为理性认识的过程。这就要求学生撰写详实和科学的实验记录，培养学生独立分析和处理问题的能力，严谨细致的作风和态度。

四、通过实验设计创新，提高学生的创新能力

创新的根源在于基础，而扎实的基础不仅来源于牢固的知识基础，更来源于知识所体现的基本研究方法和思考方法，这些都为创造性地进行实验设计提供了坚实的理论基础。

实验设计不仅要求明确实验目的、原理、实验方法和步骤。还要能够选用合适的实验器材进行实验。这需要学生有良好的知识迁移能力和高品质的观察、分析、判断、处理能力，能对实验中可能出现的问题要有良好的预见性http://www.ahsrst.cn，并有相应的对策。教材中的实验大多是验证性的实验，所以实验的目的、原理、方法、步骤、结论都非常清楚。但是在日常实际中很难遇到这种相同的情境，这就需要教师能从其他方面来进行设计验证，从而提高学生的创新意识和创新精神。

设计性实验对学生而言具有相当的难度，学生在完成过程由于认知和能力水平的限制通常会中途而止。所以，教师不能把“充分发挥学生主观能动性”理解为“完全放纵”，应当充分理解学生有限的认知水平和知识迁移能力，有的放矢地给予必要的启发和点化。同时，要鼓励学生进行大胆实践，允许学生在实验中走弯路，走错路，但老师要及时予以指出并纠正，这样，学生的实验设计能力才能获得稳步提高。

例如在高中生物教材必修一“探究植物细胞的吸水和失水”的实验中，学生有可能会提出很多问题来进行探究，然而究竟针对哪个问题来探究，这就需要教师去引导学生对问题进行筛选，确定探究的问题。例如，课本上要求用30％的蔗糖溶液作为实验材料，教师可提出能不能改用不同浓度的蔗糖溶液或同浓度的其他溶液（如30％nac1溶液、30%酒精溶液）来替代？在学习过程中，学生也会有很多问题。如细胞失水时间过长为什么会导致质壁分离不能自动复原，如何来验证。如果出现了这样的疑问，教师就要鼓励学生通过自己设计实验来解决问题，同时学生也会自然而然联想到什么方法来测定植物细胞液的浓度，以及如何判断植物细胞生死的方法等等。通过这一探索过程，不仅满足了学生的好奇心和求知欲，也培养了学生的主体意识和科学思维的能力。学生通过实验设计的不断改进和优化，在讨论、比较方案的过程中不断优化思维方式，培养思维的发散性和创造性。

实验不仅能培养学生学习生物这门学科的兴趣，激发学生的求知欲望，并转化为热爱科学的素养和志向。同时也为发展学生的能力和使学生得到系统的科学方法训练提供了一种途径，更是学生创新能力培养的重要途径。

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