例析生物學實驗材料選擇錯誤的原因與對策

張命康

實驗材料的選擇是生物學實驗首先要面對的問題，也是高考考查學生關于實驗探究能力的命題范疇和角度。面對實驗新情境題，學生需要自主選擇實驗材料，但常感到束手無策。實驗材料是實驗成功的基石，材料選對了，則事半功倍；選錯了，則實驗失敗，只有正確的實驗材料，才能保證實驗的順利進行和結果的正確性?？v觀生命科學研究史，不少科學家取得的成功與實驗材料的恰當選擇是分不開的。如德爾布呂克、盧利亞和赫爾希，歸功于選擇了噬菌體病毒；摩爾根的成功在于選擇用個體小、易飼養、染色體少、相對性狀易區分、雌雄易辨等特征的果蠅來做遺傳學實驗。

選擇實驗材料的試題及分析

試題：某生物課外活動小組在探究酶的特性時，教師提供了如下可供選擇的材料用具：質量分數為3%的可溶性淀粉溶液、質量分數為5%的NaOH溶液、質量分數為5%的鹽酸、質量分數為2%的淀粉酶溶液、體積分數為3%的過氧化氫溶液、新鮮的質量分數為20%的豬肝研磨液、質量分數為1%的碘液、蒸餾水、90℃熱水、冰水、試管、量筒、小燒杯、大燒杯、膠頭滴管、試管夾、酒精燈、三腳架、石棉網、溫度計、pH試紙、火柴、標簽紙、衛生香。

問題：1.若要探究pH對酶活性的影響，應選擇哪些實驗材料？2.若要探究溫度對酶活性的影響，應選擇哪些實驗材料？

正確的選擇：1.質量分數為5%的NaOH溶液、質量分數為5%的鹽酸、體積分數為3%的過氧化氫溶液、新鮮的質量分數為20%的豬肝研磨液、蒸餾水、試管、量筒、膠頭滴管、試管夾、pH試紙、火柴、標簽紙、衛生香；2.質量分數為3%的可溶性淀粉溶液、質量分數為2%的淀粉酶溶液、質量分數為1%的碘液、蒸餾水、90℃熱水、冰水、試管、量筒、膠頭滴管、試管夾、標簽紙。

在實測時，學生感到難度大，因此錯誤百出，教師也覺得要快速從眾多材料中做出正確選擇并非易事。學生的主要錯誤在于反應物與酶制劑的選擇上，在探究pH對酶活性的影響時，錯誤選擇了淀粉與淀粉酶；在探究溫度對酶活性的影響時，錯誤選擇了過氧化氫溶液與豬肝研磨液反應。其實，淀粉在酸性條件下會分解，在堿性條件下會生成碘化鈉和碘酸鈉，故淀粉不宜作為探究pH對酶活性的反應物；過氧化氫在高溫下會分解，產生氣泡，故過氧化氫不宜作為探究溫度對酶活性影響的反應物。

學生選擇了錯誤的實驗材料的原因及分析

首先，教材必做的實驗沒有做。由于學校辦學條件、教師實驗意識和教學課時緊張等種種原因，課標和考試說明要求必做的實驗沒有做好，或口頭實驗，或合并做，致使學生只有書本知識，沒有親身體驗的感性認識，不了解各種實驗試劑的作用和實驗器材的用途。就算硬件設施齊全，有的教師認為選材簡單而不重視實驗材料選擇的訓練，導致自主選擇材料進行探究實驗被呆板的驗證性實驗所替代，只有考試時，學生才有機會進行實踐。

其次，缺乏獨立思考的習慣。對于一些實驗用具，學生缺乏生化知識，一知半解，照方抓藥，沒有深入理解反應的原理和機制，沒有進行材料的對比和選擇，遇到易混的材料時就不能做出正確的選擇，張冠李戴。學生對實驗材料不能做出的正確選擇，除了與學生動手做實驗的機會少有關之外，還與學生缺乏獨立思考的習慣有關，在提倡合作學習的課程背景下，教師不能忽視學生獨立思考品質的培養。

最后，不了解實驗材料的選擇原則。選取的材料要符合實驗的要求。如觀察動物細胞的細胞核或有絲分裂時，選擇的材料要含有細胞核，不能選擇哺乳動物成熟的紅細胞，因為此細胞沒有細胞核，不能進行有絲分裂；選取的材料要符合實驗的原理。實驗原理是完成實驗的依據，選擇的材料既要保證反應原理的實現，又要方便檢測結果的觀察。如探究pH對酶活性的影響，選擇過氧化氫與過氧化氫酶進行反應，生成的氧氣易于檢測，可通過觀察氣泡的多少，用帶火星的木條或衛生香來檢測；選取的材料要易獲得、低成本。如在非板栗產區，生物組織中淀粉的檢測不適宜選取板栗，可選擇不受季節限制且來源廣泛的大米、面粉等；選取的材料要易于觀察實驗現象。如，根據健那綠染色法觀察植物細胞的線粒體時不能選用黑藻，因為它具有綠色的葉綠體，會干擾對藍綠色線粒體的判斷；選取的材料要易操作。如檢測生物組織中的脂肪時，必須選用較大的花生種子，不能用含脂肪多的芝麻種子做切片觀察，因為芝麻種子太小，不易徒手切片。

正確選擇實驗材料的對策

破解實驗材料的選擇難題，只靠做題是解決不了的，一定要動手做實驗，在操作中理解材料，熟悉各實驗材料的特性，靈活選取材料。

教材必做的實驗一定要認真做，積累實驗材料選擇的經驗

對于課標和考試說明要求必做的實驗，教師一定要創造條件讓學生親手做，而不能進行口頭或筆頭實驗，否則學生的感性認識嚴重不足，僅靠背誦的實驗知識不能解決材料的正確選擇問題。例如，在探究酵母菌細胞呼吸方式時，沒有動手做過實驗的學生連有氧呼吸裝置——錐形瓶的數量與順序都不清楚，選擇材料時難免會出錯，更不用說解答創新的變式題。教師最好能把驗證實驗變為探究實驗，增加自主選擇實驗材料的訓練機會。

必須對實驗進行歸納分類，正確理解材料選擇的原因

人教版高中生物必做的實驗多達19個，這些實驗包括顯微觀察類、模擬類、調查類、生化鑒定類，每類實驗選擇材料都有一定的共性。如顯微觀察類的實驗，選擇材料時，要突出顏色對比，必須易于在顯微鏡下觀察；做生化鑒定類的實驗時，要突出顏色反應，注意選擇材料的顏色與反應后的顏色不能相同或接近，避免干擾。對實驗歸類后，有助于理解材料選擇的原因，有利于正確遷移知識。

要有一定的試題操練，鞏固各種實驗材料的特點

要找一些典型的有關實驗材料選擇的精品題進行練習，熟悉各種實驗材料的特點、優勢、長處。如，豌豆與玉米不同，豌豆為閉花授粉、自花傳粉的植物，可用于研究自交的材料，而玉米是雌雄同株、異花傳粉的植物，可用于研究測交、雜交等。在習題訓練中，熟悉考法和設問，提高解題能力。假如沒有一定的操練，則易遺忘和回生，從而導致誤選。

變式頭腦風暴，靈活選取實驗材料

實驗材料要活用，學生可經常進行頭腦風暴，思考實驗材料一種多用、多種一用、替代性創造使用。如對于常見且易栽的洋蔥，其作為實驗材料，適用范圍廣，可以“一種多用”：洋蔥的根可用于“觀察根尖分生區細胞的有絲分裂”“低溫誘導染色體數目加倍”；將洋蔥的鱗片葉搗碎后可用于“檢測生物組織中脂肪、淀粉（或還原糖）、蛋白質”；鱗片葉外表皮可用于“臨時裝片的制作”“使用高倍鏡觀察植物細胞結構”“植物細胞的質壁分離與復原”；內表皮可用于“觀察DNA和RNA在細胞中的分布”；洋蔥的綠葉可用于“葉綠體中色素的提取和分離”。在日常實驗教學中，可引導學生思考：“洋蔥能用于高中生物哪些實驗？”

結語

綜上所述，只有理解實驗原理，了解實驗材料的特性，分析實驗類型，多思考、常操練，才能對實驗材料做出正確選擇。

基金項目：福建省教育科學“十三五”規劃2018年度立項課題“基于自主學習的高中生物大概念教學實踐研究”（項目編號：FJJKXB18-374）