充分利用生物實驗課堂提升學生實驗設計能力

黃　玲

培養(yǎng)學生的生物實驗能力,是中學生物教學大綱明確提出的培養(yǎng)學生觀察能力、思維能力、實驗能力和自學能力等四種能力之一,而生物實驗設計能力既是實驗能力的重要內(nèi)容,也是實驗能力的最高層次.

實驗設計題能拓寬學生的思維空間,有利于學生的科學素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng).當前學生對生物學實驗教學普遍重視不夠,學生缺乏對實驗設計基礎(chǔ)知識的學習和訓練,因此學生的實驗設計能力較差.為盡快而有效地提高學生的生物實驗設計能力,應加強該方面的教學實踐.

一、加強教學實踐,挖掘教材中的實驗設計理論知識

著名教育學家布魯姆認為,決定教學效果有三個主要因素:認知的前提能力(基礎(chǔ)知識)、情感的前提特性(參加學習的動機情感)、教學的質(zhì).它們對學習速度的影響分別是50%、25%、25%,雖然有了知識不等于就有了能力,但沒有知識則不可能提高能力,由此可見基礎(chǔ)知識的重要地位,因此實驗設計之前必須深諳實驗設計的原理.

1.拓展教學,明確實驗設計原理

在現(xiàn)行的教材中對生物學實驗設計的基本原則和方法等內(nèi)容沒有專門的系統(tǒng)闡述,而是把它們隱含在教材的實驗內(nèi)容和生物學史的內(nèi)容之中,這就要求教師應善于發(fā)現(xiàn)并挖掘出教材中的隱含信息,幫助學生了解和掌握實驗設計的理論知識.例如復習“唾液淀粉酶對淀粉的消化作用”實驗時,通過對實驗原理、操作步驟的細致分析,幫助學生形成科學、嚴謹?shù)膶嶒炘O計思想;通過比較對照組實驗在實驗過程中的重要作用,使學生學會運用實驗設計的科學性原則——設立對照組;通過實驗內(nèi)容的剖析,使學生掌握實驗設計的準確性原則——設立多因子變量.通過分析生長素的發(fā)現(xiàn)歷程和孟德爾遺傳規(guī)律的揭示過程使學生了解實驗設計的基本方法和步驟.

2.補充經(jīng)典實驗,優(yōu)化實驗設計理論知識

分析教材中的實驗發(fā)現(xiàn),實驗內(nèi)容少且缺乏系統(tǒng)性的方法指導,這對于學生全面了解實驗設計的理論知識是不夠的.因此,在教學中可以適當?shù)匮a充生物學的經(jīng)典實驗(如傘藻的嫁接實驗、童弟周培育單尾鰭金魚實驗等),著重讓學生了解實驗者的實驗意圖,認識實驗的形成過程,分析實驗中設置的實驗條件的目的.這對于學生進一步理解實驗設計的原則,掌握實驗設計的方法,都是十分重要的.

二、強化訓練,培養(yǎng)學生獨立完成研究型設計實驗的能力

強化生物實驗設計訓練,是培養(yǎng)學生實驗設計能力的必經(jīng)之路.學生在明確了實驗設計的基本原理后,只有通過必要的實驗設計訓練,才能真正掌握實驗設計的方法,提高實驗設計能力.

1.課本實驗的重新設計——樹立實驗設計的信心

進行實驗設計的初期,學生對實驗設計方案的思路模糊,存在畏懼的心理.此時教師可采取由淺入深、循序漸進的策略,幫助學生樹立實驗設計的自信心.課本實驗是學生既熟悉又親切的知識,教師在課本實驗的復習中可靈活地改變實驗的某個條件,讓學生模仿課本實驗的程序進行簡單的實驗設計,使學生從中獲得成功感,增強對實驗設計的興趣;同時在“模仿”的過程中訓練學生實驗設計的思維方式,使學生初步形成實驗設計的思路.在學習“還原糖的鑒定”后,讓學生練習由相關(guān)的課本實驗重組、改編的實驗設計題型.例如,讓學生練習2001年上海高考生物實驗設計題.

此實驗設計步驟是以高二課本“實驗一”為藍本,源于教材又高于教材,旨在考查學生利用課本實驗基礎(chǔ)知識對新情境材料的分析和探究能力.利用該題可引導學生比較“鑒定還原性糖”與生物課本中的步驟有什么不同、“鑒定淀粉”與化學課本中鑒定淀粉溶液有何不同.學生往往能從中得到啟發(fā),在對課本實驗的復習過程中形成基本的實驗技能.

2.典型習題的剖析——理順實驗設計的思路

加強學生實驗能力的培養(yǎng),不但要重視分析、解釋實驗現(xiàn)象、結(jié)果以及推導實驗結(jié)論能力的培養(yǎng),更應重視培養(yǎng)設計實驗方案的能力.提高學生實驗設計的能力,教師不但要讓學生明確實驗設計的理論知識,更重要的是應讓學生掌握實驗設計的正確思路,準確完整地表達實驗設計的全過程,下面結(jié)合2005年廣東生物實驗題對實驗設計思路做簡要分析.

研究性學習小組的同學在某電鍍廠排水口采集重金屬污染液100OmL.利用以下實驗材料和器材設計實驗,探究不同濃度重金屬污染液對水稻種子萌發(fā)和生長的影響.

實驗材料和器材:水稻種子、試管、培養(yǎng)皿、紗布、尺子(100mm)、蒸餾水、恒溫光照培養(yǎng)箱、溫度設定為28℃、光強度為200OLux(實驗材料和器材的數(shù)量不限).

根據(jù)給出的實驗材料和器材,請設計實驗方法和步驟、預測實驗結(jié)果并作出分析.

(1)方法和步驟:

(2)結(jié)果預測和分析:

該題是探究實驗設計題,考查學生對實驗方法和步驟的設計,分析和處理實驗數(shù)據(jù),作出合理的結(jié)論.解題思路為:

1.首先認真閱讀試題,明確實驗探究目的:不同濃度重金屬污染液對水稻種子萌發(fā)和生長的影響.然后仔細審查題目中提供的實驗材料和用具,初步設想這些材料、用具在實驗中可能起的作用.

2.實驗原理:重金屬污染液對植物有毒害作用(生物學科知識定位),測定不同濃度重金屬污染液對水稻種子萌發(fā)和生長的影響.如可用單位時間內(nèi)幼苗株高(或根長)或萌發(fā)率等任一種明確的、可量度的指標進行評價.

3.確定實驗思路.

(1)確定實驗變量為:不同濃度的重金屬污染液.根據(jù)材料應進行配制,用蒸餾水將重金屬污染液逐級稀釋10、10²、10³、104倍等(稀釋過程中pH的變化可不作考慮),獲得多種不同濃度的污染液.不能忘記設空白對照組(變量為蒸餾水).

(2)保證實驗條件的一致性.除處理因素(變量)外,其他實驗條件必須保持一致.用等量(數(shù)量、質(zhì)量等)水稻種子,放入相同的用紗布鋪墊的培養(yǎng)皿中,給予相同的條件恒溫光照培養(yǎng)箱,溫度設定為28℃,光強度為200OLux進行實驗.為保證實驗過程科學性,要注意每天補充等量的相應濃度重金屬污染液,對照組補充等體積的蒸餾水.

(3)實驗結(jié)果的處理.根據(jù)實驗材料,要用尺子來測量幼苗株高(或根長),計算其平均值,確定其萌發(fā)和生長情況.最后,根據(jù)有關(guān)理論和原理對實驗可能出現(xiàn)的結(jié)果進行預測,并能科學合理地分析不同濃度的重金屬污染液對水稻種子的萌發(fā)和生長是否有抑制作用,抑制程度如何.

4.設計實驗步驟.思路清楚后,按順序把步驟和現(xiàn)象表述出來.表述時注意實驗操作的規(guī)范性和科學性,實驗現(xiàn)象表述要準確,語言表達要簡明.本題設計步驟如下:

由以上分析得出實驗設計的基本思路為:1.明確要求和目的;2.聯(lián)系理論原理;3.確定實驗思路;4.設計實驗步驟;5.實驗結(jié)果的預期、分析和討論.

3.專題訓練——深化對實驗設計的理解

“實踐出真知.”學習的目的在于應用,只有將知識應用于實踐,才能加深對知識的理解和鞏固,從而形成相應的技能.學生在明確了實驗設計的基本原則和思路之后,一定數(shù)量的練習是必要的,它可培養(yǎng)學生綜合處理信息的能力、邏輯思維能力以及語言文字的表達能力等.為了使學生更好地掌握實驗設計的方法,提高運用知識解決問題的能力,可以根據(jù)實驗設計題的類型,采用專題訓練的做法.專題訓練的內(nèi)容有:(1)設計實驗方案:如三支試管內(nèi)分別裝有紅眼雄性和兩種不同基因型的紅眼雌性果蠅,還有一支試管內(nèi)裝有白眼果蠅.請利用實驗室條件設計最佳方案,鑒定并寫出上述三支試管內(nèi)果蠅的基因型(顯性基因用b表示).這種題型要求學生根據(jù)題目的要求和給出的條件,確定跟書本相關(guān)的知識點涉及的實驗原理,構(gòu)思相關(guān)的生物情景,爾后再設計便于操作的實驗方案.這有利于培養(yǎng)學生的想象能力、設計能力和創(chuàng)造能力.(2)設計實驗步驟:此類題目要求學生根據(jù)給定的器材和藥品以及實驗提出的目的,設計或補全實驗步驟.這類題目體現(xiàn)了高考題強調(diào)理論與實際結(jié)合、學以致用的特點,有利于學生全面掌握實驗設計的方法、步驟.(3)設計實驗改進方法:此類題目主要檢查學生對實驗設計的嚴密性和科學性的把握,并以此為媒介,引出解決問題的思路方法,進一步培養(yǎng)學生的科學素質(zhì)和思維能力.題型如1999年廣東省的生物高考第44題,驗證pH對唾液淀粉酶活性的影響(題略).學生通過專題性的實驗設計練習,對實驗設計的原理有了更進一步的理解,訓練了思維的獨特性和文字表達的準確性,創(chuàng)新能力得到極大的提高,同時使學生對實驗設計的情感得到了升華,最終對實驗設計的興趣發(fā)生了質(zhì)的飛躍.

4.交流點撥——提高實驗設計的能力

由于實驗設計題具有開放性的特點,再加上每個學生自己獨特的思考方法和不同的解決問題的途徑,得出的結(jié)果是多種多樣的.所以,在進行了一定數(shù)量的設計訓練后,教師要及時給予點撥或引導,讓學生交流設計成果,總結(jié)出生物實驗設計方案的基本思路和評價標準(科學合理、設計簡捷、效果明顯等),從而提高實驗設計的能力.另外,通過學生對實驗設計方案的討論,可以互相取長補短,完善設計方案,豐富設計內(nèi)容.同學的啟示和教師的點撥豐富了解題的思路,啟迪了思維,通過交流點撥使每個同學對問題的理解更加全面和深入,實驗設計能力從本質(zhì)上得到了很大的提高.

參考文獻:

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(責任編輯:廖銀燕)