解题—解决问题

徐业义

生物学是以实验为基础的一门学科，目前我们培养的学生多数都是停留在解答问题层面即解题能力的培养，忽视了解决问题能力的提升。解题、解决问题，大家可能还有点困惑，感觉有点差不多嘛。打个比方：在海上行驶的船只就快沉了，怎样活着到对岸？在教室里可以设计出几十种不同的方案，这就是解题；真正能顺利到达对岸，这才是解决问题。这中间的鸿沟要靠实践架起桥梁来跨越。实践真是个好东西，常常动手之后，有很多意想不到的收获。去年我想探究酵母菌在培养液中是上层还是下层分布更多。计数时遇到酵母菌在培养液中分散不开总团在一起，不好计数，用玻棒搅拌十几分钟也不见效果。怎样解决这个问题呢？于是自制了一个搅拌器：【实物展示】 搅了几个小时，终于分开了，实验探究才能继续进行。下面再以“探究过氧化氢在不同条件下的分解”实验为例，【图示课本原实验做法及结论，及改进的意义】说说我们教研组的研究过程，也让大家动手体验一把。 课本中的这组实验是定性实验，主要目的是通过比较过氧化氢在不同条件下的分解速率，从而得出酶具有高效性。课本实验简单清晰的达到了它的目的。如果我们把着眼点不仅仅放在这个目的上，而立足于培养学生解决问题的能力，照搬书本实验就显得不给力了。于是我们想对课本实验进行创新，在达到课本实验目的的同时，创造实践的机会来培养学生的动手能力，发现问题和解决问题的能力。 1.创新该实验时毫无头绪的时候，首先想到的是《生物学教学》（2012年第8期）上介绍的实验装置： 【阐述装置、觉得设计太好了。明确观察指标】当时，实在没有想出更好的方法，就试着用这种装置进行了一下实验，没想到问题接踵而至。 遇到的问题及解决措施： 首先制作如图装置时遇到了一系列问题 ⑴实验室的试管太长（15CM），而瓶内只能放10CM以下的，怎么办？模仿医院开药剂瓶的方法，用小砂轮或磨刀石在试管上深深的划上一圈，然后包上抹布掰开。结果掰开处太锋利无法插进橡胶塞，再用酒精喷灯将断口烧钝。 ⑵在瓶塞上打孔。若孔过小，移液管往里插时易断；孔太大又易漏气，没有大小合适的打孔器。怎样解决？当孔的大小不好控制，就改变方向，从移液管入手。在移液管上抹上凡士林就行了。 ⑶再就是在试管上打洞。第一个方案是用酒精喷灯烧，玻璃软了以后用镊子扎个洞，但镊子一扎就一片玻璃都下陷，打个洞还真不容易，后来就用尖头的小螺丝刀从里向外捅，最后再把尖端部分敲坏；这样得到的试管总觉得不太美。第二个方案用电钻，打磁砖的钻头应该可以打玻璃，就试试看，一开始很滑，后来用个小砂轮先在要打洞处磨一磨，然后就好打了。再后来发现在窗台的凹槽处铺一层布固定试管，就更好打了。【展示钻打的洞】 ⑷最后胶头吸管处容易漏气，我们进行了改进，用注射器代替胶头滴管，插注射器头处的洞打得小一些，且抹一些凡士林，用注射器还更容易控制三氯化铁和肝脏研磨液的量。制作好装置后进行实验，又遇到了新问题 解决了胶头滴管处的漏气，发现整个装置漏气现象仍然比较严重。究其原因，主要是瓶口处密封问题，于是在瓶口内侧抹凡士林得以暂时解决，【演示实验】但塞子拔过一两次后又会漏气，且手上也沾了不少凡士林，感觉很不爽。且用这样的装置去进行一个班级的实验，要28组，56个瓶，仅这些瓶放在准备室就要占据大量的地方，每次准备起来也很不方便。所以对这套装置不太满意。就在我们一筹莫展的时候，想到了王老师和李老师，将我们的痛苦向他们诉说了以后，他们给了我们提示，实验创新主要体现在两个方面，一是实验材料，二是实验装置。就实验材料而言，我们也进行了许多次的实验，买来了淀粉酶和蛋白酶，自制了鉴定淀粉的碘试纸，但因为淀粉溶液在加热后加入碘液根本就不变蓝，一定要等冷却后才变蓝，且无机催化剂硫酸催化淀粉分解的速度也太慢，实验现象根本不明显。实践下来，没有哪一种材料比过氧化氢现象更明显、时间更短的，最后决定放弃材料的创新，而专门思考实验装置的改进。 2.一门心思进入实验装置的创新阶段 先想到用注射器做反应装置，设想了这样的四组实验： 【展示头皮针】遇到的问题及解决措施： ⑴实验下来发现乙组产生气体量较少，无法较准确的读出。可能是注射器较粗，内部的过氧化氢受热较慢。因此换用1毫升的蓝芯注射器，增加了相对受热面积，现象变得明显。 ⑵对于丙、丁组，实验前头皮针软管内有排不尽的空气，且在肝脏研磨液进入注射器的一瞬间就发生剧烈反应产生大量气体将肝脏研磨液向外排，这样加入的三氯化铁和肝脏研磨液的量不易相等，且都有空气进入。设想能将定量的三氯化铁和肝脏研磨液直接注入装有过氧化氢的注射器，但注射器内唯一可能接受外加物质的只有注射器的接针头处，用另一注射器加催化剂，堵头的材质可以保证拔掉针头后不漏气。于是进行了如下改进： 遇到的问题及解决措施：用该装置实验时，又产生新问题。注射器接针头处的出水部分太小，且还被硅胶堵头盖住，注射催化剂胡部位难以确定。这对于我们教师来说可能没有问题，但对于学生来说，针头有可能扎到手，本着安全性的原则，放弃这个设计。进一步思考决定用医用小药瓶作反应场所，但仍用注射器来定量测定放出的氧气量，又设计了如下装置： 遇到的问题及解决措施：用该装置进行预实验时，很成功，现象明显。但是正式实验时，问题层出不穷。首先是小药瓶清洗。用注射器将清水打进去，再将洗后的水吸出来，每瓶要两到三次，有些小瓶内的药液在注水后产生很多的泡沫，根本无法洗干净，最后只能专一的去要某一种小瓶，每一个班用下来，清洗小瓶要花掉两个老师接近一节课的时间。而且在学生实验时，若出现失败，需要重做，小瓶不易清洗，学生就不可能在课堂上重做实验。我们又开始寻找解决方案：如果去掉铝封，清洗是容易了很多，但橡胶塞挡不住瓶内较大的气体压力。怎样兼顾方便清洗与实用可行，设想用夹子夹住瓶塞和瓶身。我们就试着用铁丝做了一个，试试发现效果非常好，买了2块钱的铁丝，做了50多个，尽管不是太好看，但作用起到了，所有问题得到解决。利用这套装置进行实验后，王老师和李老师提出一个设想，如果四组实验都用青霉素小瓶作为反应容器，可能说服力会更好。 我们试着做了一下，发现了一个问题，就是90℃水浴加热时，小瓶内的空气首先膨胀使注射器活塞快速向上升，这样显然不行，后来也想过解决措施，如增加一个对照组，小瓶内加入等量的清水，同时放入同一水浴锅中，两注射器内收集到的气体体积的差值即为90℃条件下过氧化氢分解产生的氧气量。但这样使得原本简单的实验过于复杂，显然不能推广。所以如何使四组实验都在小瓶内进行过氧化氢的分解，我们还是没有好的解决办法，今天提出来，大家一起思考一下，看如何解决。 即使用这套装置进行实验还会遇到很多问题，我先不列举，请大家动手做一下，看看你遇到哪些问题，是如何解决的，然后大家一起交流一下。【动手操作】我们设计此实验的目的就是要学生在操作中去发现问题，然后通过独立思考或讨论解决问题，这些问题是学生做题时碰不到的，但对于学生能力的培养又是非常有意义的。本实验设计的目的不是要学生解题，而是要学生会发现问题并解决问题。 3.他山之石 上个月到无锡一中听课，他们正好上的这一节。他们用个简单的装置、更简单的操作完成了该实验的定量研究。我给大家演示一下（除了电脑，这些高档的设备都是从省中借来的，是我们周雪峰、李露艳老师从化学实验室借来的，在此表示感谢！）：【展示操作】样品用：胡萝卜