利用人教版新教科書中“資料分析”進行實驗思想的指導

摘要 利用課本中與實驗有關的“資料分析”對學生進行實驗思想的指導，以培養學生的探究能力從而達到《普通高中生物課程標準》的要求。從對待實驗結果的態度、設計實驗遵循的原則、科學實驗要借助于科學的手段以及如何進行假設和展示實驗結果等幾個方面進行了嘗試。

關鍵詞 資料分析 實驗思想 人教版 生物學教學

中圖分類號 G633.91

文獻標識碼 B

“資料分析”是新人教版教科書中的一個欄目，3個必修模塊和2個選修模塊中共有30個資料分析，分別是必修1有9個、必修2有5個、必修3有11個、選修3有5個(選修1中無)。資料分析的內容涉及的范圍很廣，如有的是呈現血漿的化學組成，有的是講述健康生活方式與防癌的關系，有的是介紹呼吸作用原理的應用，但與實驗有關的最多，達到12個，占總數的40％。而實驗這一內容在《普通高中生物課程標準》中也有較高的要求，需要教師培養學生全面的科學探究能力。筆者嘗試利用“資料分析”這一資源對學生進行科學實驗思想的指導。

1 對待實驗結果要有正確的態度

“聽取他人的意見，利用證據和邏輯對自己的結論進行辯護以及作必要的反思和修改”這是《普通高中生物課程標準》對于科學探究能力的要求之一。就聽取他人意見及反思來說，課本中的一些資料分析給出了正反兩方面的例子，對學生具有深刻的指導意義。

必修模塊1“細胞學說建立的過程”的資料分析中給出了反面的例子比夏，他創造性地指出器官由低一層次的結構——組織構成。但與此同時他又固步自封，不相信顯微鏡，致使自己的研究不能進一步深入，無法進入比組織更微觀的生命系統的研究。在必修3第23頁“促胰液素的發現”的資料分析中介紹的斯他林和貝利斯則是不囿于現有的理論，認真對待實驗結果，大膽假設，嚴謹求證，終于發現了前人沒有發現的真理。既要尊重他人的研究成果，又要敢于向權威挑戰，這正是科學的態度。而學生缺少的往往就是向權威挑戰的意識和膽識，當自己的實驗結果與課本不一致時，缺乏質疑精神，簡單歸因為自身不足，可能與真理擦肩而過。因此利用好課本中資料分析這一資源，可以端正學生對待科學實驗結果的態度。

2 進行實驗要遵循對照和單一變量原則

對照和單一變量是生物學實驗的兩個基本原則。設置對照是為了排除自變量以外因素對實驗結果的影響。若要排除就必須做到實驗組與對照組之間除了自變量以外，不能再有任何其他的不同，亦即實驗組與對照組之間要遵循單一變量原則，只有這樣才能真正找到實驗組與對照組產生不同結果的原因。

必修模塊1第100頁“葉綠體功能”的資料分析中，恩格爾曼用極細的光束照射沒有空氣的黑暗環境中的水綿，發現細菌只向葉綠體被光束照射到的部位集中。因為葉綠體有的部位被光束照射到，有的部位沒有被光束照射到，被光束照射到的葉綠體部位與沒有被光束照射到的葉綠體部位就形成了平行對照的兩組實驗。結果，被光束照射到的部位有細菌聚集，即有氧氣產生，而沒有被光束照射到的葉綠體部位則沒有氧氣產生。有氧氣產生的一組比對照組只多了光束照射這一個條件，其他條件都完全相同，也就是說這兩組之間完全遵循了單一變量的原則，因此可以得出光合作用需要光這一結論。

教科書中很多需學生動手的實驗也要遵循對照和單一變量這兩個基本實驗原則。如探究溫度對酶活性的影響實驗中，通過設置低、中、高三組不同溫度的實驗，這三組之間除了溫度這一自變量不同以外，不再有其他不同，即這三組實驗之間遵循了單一變量原則。這三組實驗之間也形成了平行對照。通過對結果與自變量的比較，容易得出溫度對酶的活性有影響，過高或過低的溫度都會降低酶的活性。在組織學生實驗前，通過前面資料分析的學習、分析，幫學生熟悉這兩種實驗原則的運用規則，減少學生實驗的盲目性。

對照除了平行對照還有前后對照。所謂前后對照就是一個實驗分為前后兩個部分，前面進行一種處理，產生一定的結果以后再進行另一種處理，最后比較兩種處理的結果從而得出結論。必修模塊1第52頁“細胞核具有什么功能”的資料分析中，資料2介紹用頭發將蠑螈的受精卵橫縊為有核和無核的兩半，中間只有很少的相連，結果有核的一半能分裂，無核的一半則停止分裂。當有核的一半分裂到16—32個細胞時，如果將一個細胞核擠到無核的一半，這一半也會開始分裂，最后兩半都能發育成正常的胚胎。該實驗前半部分的處理是讓細胞的一半無核，其結果是它不能分裂；后半部分的處理是將核擠到無核一半，其結果是這一半也正常發育成胚胎。這前后兩種處理中除了無核與有核的差異外，其他盡可能保持相同，處理的前后遵循了單一變量，又形成了前后自身對照。正是因為設置前后自身對照同時遵循單一變量，才得出了細胞分裂離不開細胞核這一結論。

類似的方法在學生實驗“探究銅離子是否是大豆的必需元素”中也有運用，該實驗需要學生將長勢相同的大豆均分為兩組，一組培養在完全培養液中，另一組培養在只缺銅的“完全培養液”中，觀察兩組的生長狀況。若兩組都正常生長，說明銅不是大豆的必需元素；若缺銅組生長不正常，后再加入適量的銅，再觀察大豆的生長情況；若不正常的狀況有所緩解或變得正常，說明銅是大豆必需元素。在這一探究實驗中，如果銅是大豆必需元素，也要進行前后兩部分實驗，前半部分缺銅，后半部分有銅，即需學生設計前后自身對照并遵循單一變量原則。如果將前面的資料分析放在該實驗之前，作為“先行組織者”使用，再由教師加以點撥，實驗教學會取得更好的效果。

3 科學實驗要善于借助科學的技術手段

“君子生非異也，善假于物也”，在科學發展的道路上，人類依靠先進的科學技術手段，揭開了一個又一個未知世界之謎。借用不斷涌現的先進技術，包括其他學科的科學技術手段，有助于生物理論的發現、探究。教學過程中，教師幫助學生建立這樣的意識十分必要。教科書的一些資料分析給學生展示了一些科學技術手段的運用，有極佳的教育效果。

如必修1第48頁資料分析“分泌蛋白的合成和運輸”介紹了一種利用同位素標記法來追蹤物質運行路途的方法，先從標記氨基酸開始，不同的時間分別在細胞的不同部位檢測到放射性，直到最后放射性物質存在于細胞外。這一技術的運用很好地解決了一個本來很困難的命題。這種技術手段在很多實驗中都有應用，如光合作用一節中的卡爾文循環：卡爾文利用同位素C標記的“CO₂，供小球藻進行光合作用，然后追蹤檢測其放射性，最終探明了CO₂中的碳元素在光合作用中轉化成有機物中碳的途徑。通過教師指導學生學習這一系列材料，再引導他們進行材料呈現的問題之間的類似性比較，他們就會在將來遇到相像問題時，考慮到運用這些技術手段。

4 科學的假設是新發現的靈魂

假設是實驗中相當重要的一環，是對問題的一種可能的解釋。假設雖然不是事實，但也不是毫無根據的猜想，在實驗觀察和分析的基礎上對現象發生的原因或存在的條件等進行合理的猜想。《普通高中生物課程標準》要求學生在實驗探究中能夠作出假設。

必修3第23頁資料分析“促胰液素的發現”中就介紹了英國科學家斯他林和貝利斯對于胰液分泌調節的假設，他們讀了沃泰默的論文后，沒有認同沃泰默的觀點，而是大膽地作出另一種假設：這不是神經反射而是化學調節——在鹽酸的作用下，小腸黏膜可以產生了一種化學物質，這種物質進入血液后，隨血液到達胰腺，引起胰液的分泌。后經設計科學合理的實驗終于證明了他們的這一假設，從而發現新的真理。這種假設的能力，學生不會憑空產生，在學習上述的資料分析時，就要指導學生學會使用已知的理論、已完成的實驗等，做出合理的實驗假設，再進行新命題的探究。

5 實驗結果的展示要盡可能直觀

《普通高中生物課程標準》中對于學生能力方面的要求中有一條是用圖表介紹研究結果。必修模塊3第106頁資料2用坐標曲線展示萵苣種子萌發率與光的波長的關系，118頁同樣用坐標曲線展示我國人口增長的情況。用坐標曲線展示實驗結果具有直觀性，可從曲線的變化趨勢直接看出自變量與因變量的關系。借鑒這些參考，學生在完成必修3“探究培養液中酵母菌種群數量變化”實驗中，通過連續觀察多天，記錄每天的實驗數據，最終也會用曲線圖表示出來，這樣就很容易看出細菌生長所經歷的調整期、對數期、穩定期和衰亡期。

生物學是一門以實驗為基礎的學科，通過實驗可以培養學生的動手操作能力、縝密的思維、嚴謹的推理，而實驗操作之前要進行實驗設計，設計實驗時往往要考慮對照、單一變量，實驗后要進行數據的收集與處理與展示以及得出結論，可能還要對實驗過程中出現的與預期不符合的現象進行分析等，而幾乎所有這些在課本資料分析中都有體現，只要教師做有心人，用心汲取課本資料分析的精華來傳授給學生，學生的科學探究能力就一定會有所提高。