淺談高中生物實驗中的能力培養

摘要本文針對生物實驗教學中存在的重點和難點，提出了了解高考實驗命題思路，做到心中有數，對常見試驗設計進行分類，提高學生的實驗設計能力，全面提高教學質量。

關鍵詞生物 教學 實驗 分類

中圖分類號:G633.91文獻標識碼:A

生物學是一門以實驗為基礎的自然科學，對高中學生來說，生物實驗教學主要包括常見的器具、藥品的使用能力，對實驗現象的分析能力，對實驗的設計能力等。實驗及實驗設計歷來是高考備考中的一個重點和難點，在近幾年的高考試卷中，有關實驗的分值也占得越來越大。下面筆者根據自己多年的教學經驗，淺談一下高中生物實驗探究中的能力培養。

1 考試大綱對實驗與探究能力的要求

(1)以實驗，尤其是經典實驗、有關新技術的各項試驗為背景，重點考察學生的基礎知識和基本理論及運用已有知識在新情境下解決問題的能力。

(2)以教材所列試驗內容為命題素材，考查學生對實驗技術的掌握，對實驗原理、試驗程序、實驗數據和現象、實驗結論等內容的分析、歸納和總結。重點考查學生的具體實驗水平，實驗洞察力與分析推導能力，運用恰當的語言對實驗結果做出科學描述和解釋的能力。

(3)以給出的材料為基礎，要求根據現有條件，設計試驗程序、預測試驗結果，并實驗結果進行合理的分析和解釋，以考查學生使用恰當的方法驗證簡單的生物學事實，并對結果進行解釋和分析的能力等。

2 常見試驗設計類別

(1)探究性實驗。探討了探究性實驗研究的特點、關系、未知屬性、其他因素以及實驗方法。在這個試驗研究對象不知道或不完全理解下進行探索和研究，它是一個真正意義上的科學研究，探究性實驗對生物科學的發展起到了極大的推動作用。此類實驗一般需經過探究得實驗結論，往往需討論即“如果出現結果a會怎樣，如果出現結果b 或c又會怎樣”。通過實驗探究可以得出相應結論，從而使學生獲得新知，讓學生重現知識的發生、發現過程，培養學生的創新精神和實踐能力。

(2)驗證性實驗。實驗結果驗證需要有一個正確的實驗，實驗前的相關理論的理解和掌握的知識，并具有一定的實驗現象以及已形成一定理解或提出一種假說，這個假說的確定，即按照假設成立，應出現何種結果，再通過具體實驗來證明相應的生物學現象或事實，通過驗證性實驗可以對研究對象進行更深入地了解，也能證明某種假設是否正確，從而使學生加深對所學生物學知識的理解和記憶。

(3)開放型實驗。傳統的實驗設計，實驗的條件與結論是唯一的，而開放型實驗設計是一種思維開放型試題，他的解題思維方向不唯一，試題所引發的思維是一種呈扇形發散的思維，不同學生可能會有不同的解題方案，即使是同一位學生也可能會有若干種不同的解題方法這類試題有利于學生多項思維、求異思維以及創新能力的培養。

3 讓學生明確儀器的原理和藥品的應用，是培養學生使用它們的能力的基礎

對儀器的原理、使用不了解，使用起來就會帶有盲目性，就不可能形成使用能力。顯微鏡是中學生物實驗中的常用儀器，顯微鏡操作程序要遵照對光程序、觀察程序等程序進行，如果不按照這個程序操作，不僅觀察不到相應的結果，而且易損壞顯微鏡。正確的程序應該是在對光后按以下步驟操作:

(1)低倍鏡觀察:眼睛注視物鏡與裝片之間，順時針轉動粗準焦螺旋，使物鏡下降到與裝片1mm左右的距離，這時眼睛注視目鏡里的視野進行觀察。要求學生在觀察時兩只眼睛同時睜開。避免睜一只眼閉一只眼，從而造成用眼過度勞累。一般是提倡左眼睛觀察視野，右眼睛觀畫圖紙畫圖。逆時針方向轉動粗準焦螺旋慢慢提升鏡頭，當發現視野中出現模糊的物象也在動，說明對焦成功，再輕移裝片并調節細準焦螺旋使物象清晰，然后進行低倍鏡觀察。

(2)高倍鏡觀察:低倍鏡觀察完后，在換高倍鏡前，應先在低倍鏡下將要放大的部分移到視野正中央，因顯微鏡成像成的是倒立的實象，因而裝片移動方向與視野中物象移動方向正好相反。如想叫視野左上方的物象移到視野中央，則應向左上方移裝片。該步完成后，轉動物鏡轉換器換上高倍鏡，這時應做以下兩步:第一步調細準焦螺旋，使物象更清晰。第二步調光圈或反光鏡使視野中光線加強，之后再進行高倍鏡觀察。如果顯微鏡視野中有一污點，那么，污點只可能在目鏡、物鏡或裝片上，要準確指出污點的具體位置，可采用以下方法:換目鏡污點還在，則污點不在目鏡上;換物鏡污點還在，則污點不在物鏡上;移動裝片污點不動，則污點不在裝片上。按照此法總能找到污點的確切位置。 在藥品的實際運用上，影響實驗正確結果的重要因素包括藥品試劑的量、濃度、純度等，要每件每件地依次檢查，不能省略任何步驟。關于量的問題。不同的實驗對藥品與試劑的用量都有規定，如葉綠體中色素的提取和分離實驗中，像丙酮、層析液的量就要按辦法進行提取:5g大小的葉片色素，用2ml丙酮是可以的，如果丙酮很少，色素提取會凸現出來不充分;如果丙酮很多，色素濃度會降低很多，濾紙條上色素量少導致分離效果不明顯。色素分離情況，將層析液倒進燒杯，其量的規定就是按照液面低于1cm(距燒杯底)，如果不這樣做，濾液細線就會沒及，色素就會非?？斓娜芙獾綄嶒灥膶游鲆褐腥チ?，結果濾紙上不會得到正確的的色素分離圖譜。關天濃度問題。實驗要求的濃度，都是人們通過上萬次的試驗后，認為哪些是最適合的。在實驗前實驗人配制試劑、藥品過程中，濃度要按標準要求來做，否則將會影響實驗結果。像蔗糖溶液濃度非常高時(高于30%)，會導致細胞死亡，因為發生了強烈的質壁分離，進而引發失水過多，最后導致不能復原。亞甲基藍溶液在制作過程中，要求便準比其他要更高一些，嚴重時濃度高一些，根的活性就會受到影響。關于純度問題。有些實驗像觀察根對礦質元素離子的交換吸附實驗，較高的要求主要表現在濃度方面，若試驗用的蒸餾水用自來水來代替或是當中摻雜雜質陽離子，那么在漂洗過程中，根細胞表面的亞甲基藍陽離子會被洗掉，吸附在根細胞表面的亞甲基藍陽離了也就會被替代下來;在互相比較的實驗當中，蒸餾水含有雜質陽離子同時會變藍。

4 培養學生善于分析實驗現象

在實驗中，對于實驗出現的現象，要能夠應用學過的知識分析。例如，在觀察植物有絲分裂的實驗中，在顯微鏡的某個視野中，看到的大多是間期的細胞是因為間期是細胞分裂期的準備期，它持續的時間長。在質壁分離和復原的實驗中要讓學生了解液泡的體積大小與顏色變化的關系，在液泡內細胞液中色素分子一定的情況下，液泡越小，細胞液中色素的濃度越大，紫色洋蔥表皮細胞液泡的紫色越深。反之，液泡越大，細胞液的紫色越淺。在葉綠體中色素提取和分離實驗中四種色素彼此分離的原理上，應讓學生了解到濾紙是一種吸附劑，層析液是一種展開劑，四種色素的化學結構和性質不同，分子的大小不同，它們在層析液中的溶解度不同，因此，四種色素隨著層析液在濾紙條上的擴散速度就不同，其中胡蘿卜素溶解度最大而吸附力最小，因而擴散速度最快，其次是葉黃素，再次是葉綠素a，葉綠素b因溶解度最小而吸附力最大，擴散速度則慢。在色素提取實驗中，加入少許二氧化硅，是為了研磨充分，加入一定量的碳酸鈣則是為了防止葉綠素分子被破壞，用丙酮溶解色素是因為色素不溶于水，而溶于有機溶劑。在制備濾液時研磨要迅速、充分，原因是一則丙酮易揮發，二則為了使葉綠體完全破裂，從而能提取較多的色素，還有一點就是葉綠素極不穩定，能被活細胞中的葉綠素酶水解而破壞。制備濾紙條時剪去下面兩角，則是為了避免色素帶在兩側擴散太快，以保證色素在濾紙條上擴散均勻，便于觀察實驗結果。在得到擴散好的色素帶后，色素帶自上而下依次是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b，從色素帶的寬度知色素含量的自多而少依次為:葉綠素a、葉綠素b、葉黃素、胡蘿卜素;在濾紙上距離最近的兩條色素帶是葉綠素a和葉綠素b，相鄰距離最遠的兩條色素帶是胡蘿卜素和葉黃素。

5 提高學生的實驗設計能力

例如:為檢驗甲狀腺激素生理作用，觀察指標是大白鼠的耗氧量和活動量，依據提供的實驗材料、用具、步驟和結果，并作出分析判斷。

(1)材料用具:日齡一樣而且體重相近的雄性成年大白鼠分成兩個組，甲狀腺激素，蒸餾水，灌胃器，耗氧量檢測裝置，活動測定儀等(實驗提示:添加藥物方法是每天灌胃，加藥用量和儀器操作不做考試考察要求，水溫要保持一樣。)

(2)方法與步驟:____________________。

(3)結果預測:_______________________。

5.1 確定實驗目的，知道該實驗要處理什么問題

不在特殊情況下，題干提示“驗證……”“證明……”“探究……”，緊跟在這個后面基本是實驗目的。本實驗目的是:驗證甲狀腺激素的生理作用。

5.2 分析實驗原理

實驗中都分析什么?主要包括所涉及的生物學及相關學科中的知識、方法，科學原理是什么?除此之外，要考慮提供的實驗儀器使用方法和原理。本過程目的在于學生學會儲備知識，獨立解決、運用，這也是構成實驗設計題目的關鍵。因此要求學生學習掌握的知識，和靈活性。緊跟上例:實驗原理是甲狀腺激素的生理作用加速氧化分解、提高活動性，提高耗氧的神經系統。

5.3 獨立設計實驗過程

大多數題目的要求是學生寫作過程要描述一種寫作方式，可以清晰地思考和有條理寫作。

(1)選材:選材應保持條件相同(日齡相同體重接近的雄性大白鼠)

(2)分組:體現變量，從實驗目的中分析，“驗證甲狀腺激素的生理作用”即變量為甲狀腺激素，實驗組有甲狀腺激素。(日常使用對大鼠胃灌甲狀腺激素)

(3)培養，觀察:實驗組和對比組的條件應相同。

(4)實驗過程的設計過程是考察學生分析、解決問題的能力，暴露學生思維過程的最佳方式。應注意以下幾點:①分步敘述，要標號;②研究對象或器皿要有標記;③說明對材料的選擇及處理狀況;④控制單一變量——即研究對實驗結果有影響的單一因素;⑤對部分實驗條件要有量、時間、溫度等的描述;⑥必須遵循對照原則:依據具體材料設計對照類型，如條件對照、自身對照、相互對照等原則。

接上例，方法和步驟:(1)兩個組大白鼠分為甲組大白鼠和乙組大白鼠，根據具體情況給出儀器，檢測與記下耗氧量和活動量。(2)每天給甲組大白鼠灌喂甲狀腺激素溶液，給乙組大白鼠灌相同量的蒸餾水，養了一段時間之后。按照規定日期檢查與記錄兩組大白鼠耗氧量和活動量。

5.4 實驗結果分析

(1)實驗預期，一般的像普通的驗證性實驗，“驗證……”“證明……”都會得到與預測目的相同的結果，但是探究性試驗像“探究……”試驗結果不是國定不變的，可能有多種結果，就像“變量促進結果;變量抑制結果;變量與結果無關”。例:試驗目的中有“驗證……”應為驗證性實驗，實驗結果預期:沒有給灌甲狀腺激素時，兩組大白鼠的耗氧量和活動量基本一樣。提供給甲組鼠甲狀腺激素后，它的耗氧量和活動量都比乙組大。

(2)許多實驗化學反應類型，肉眼觀察時應該考慮加入指標與顏色變化或儀表輔助的觀察。實驗結果可以用文字、曲線形式解決。由上例:甲狀腺激素可以加快物質氧化分解的化學反應，這個是無法觀察的，但我們可以通過大白鼠的其他方式反映出來，像觀察耗氧量和活動量。

5.5 實驗結論 (下轉第152頁)(上接第150頁)

通過分析現象，發現規律性，得出最后的結論基本是實驗目的。接上例:此實驗的目的是:驗證甲狀腺激素的生理作用;結論是:甲狀腺激素可以加快新陳代謝，加快物質氧化分解，提高興奮性，進而使耗氧量和活動量也隨之提高。

總之，在生物教學過程中，教師應既重視理論知識的傳授，又要重視對學生運用生物學原理分析問題、解決實際問題能力的培養，只有這樣才能事半功倍，全面提高教學質量。

參考文獻

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