初中生物教學中模擬實驗及其開發(fā)利用

１． 模擬實驗的含義及方法

所謂模擬實驗， 是指在研究工作中， 由于在研究對象上不能或不允許進行實際實驗，為了獲得對研究對象的認識， 根據(jù)已知的事實、經(jīng)驗和一定的科學理論，設計和構(gòu)想出研究對象的模型， 通過對模型的實驗，以獲取研究對象的信息和數(shù)據(jù)，這種實驗就叫模擬實驗。模擬實驗是根據(jù)相似性原理，用模型來代替研究對象。這種實際存在的研究對象叫“原型”，而模擬的“替代物”叫“模型”。在實驗研究中，實驗手段只直接作用于模型，而不直接作用于原型。由此可見，模擬實驗是將模型實驗的結(jié)果類推到原型上去，以揭示研究對象的本質(zhì)和規(guī)律的一種研究方法。模擬實驗大致可分為計算機模擬實驗和真實模擬實驗。前者是一種虛擬實驗， 利用多媒體計算機的優(yōu)勢， 把一些抽象的、現(xiàn)實中不易或不可能觀察到的一些生物學現(xiàn)象模擬出來。后者是指在實驗的過程中， 通過原理替代的思想或通過小品的形式， 借助某種模型實體來模擬一些生物學中的復雜現(xiàn)象。如模擬血型的鑒定， 模擬酸雨對植物生長的影響， 模擬探究生男生女的機會，模擬保護色的形成過程，模擬嫁接等。本文探討的模擬實驗主要是指后者。

2． 模擬實驗在初中生物教學中的作用

從實驗形式上看，模擬實驗似乎不是“實驗”，它的操作過程就像是發(fā)生在人們?nèi)粘Ｉ钪械囊患虑槟菢悠狡匠３?，只不過是讓學生做游戲，或者作手工勞動而已。正是如此，有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示也表明目前有許多老師與學生對于新增的模擬實驗存在著嚴重的認識不足。他們普遍認為模擬實驗在初中生物教材中分量小，可做可不做；就是做也不會嚴格按照探究實驗的步驟去做，頂多作為增加學生興趣的游戲來處理。然而不做模擬實驗或是僅將其作為游戲來處理是否就妥當? 非也。眾所周知，一切生命物質(zhì)的變化，不僅受自身各種因素的影響，同時還受外界周圍環(huán)境諸因素的制約，許多現(xiàn)象、規(guī)律是很難直接表示的。而說說、看看已經(jīng)不能滿足學生的探究欲望，更不符合新課標中“倡導探究性學習”的理念。模擬實驗恰恰能把復雜的實際問題轉(zhuǎn)化為理想的簡單問題，使它保留并突出決定事物本質(zhì)屬性的主要因素，排除次要和偶然因素的干擾，達到應有的目的。比如：要認識肺換氣的過程，可以用玻璃鐘罩、橡皮膜、氣球等制成的胸廓模型來模擬演示。學生通過模型觀察到由于人體胸廓的運動帶來肺的收縮和擴張。在此感性認識的基礎(chǔ)上， 運用物理學知識分析得出肺的擴張是由于胸廓擴大后肺內(nèi)氣壓小于外界大氣壓，而胸廓的運動緣于膈肌和肋間肌的共同作用。最后經(jīng)過歸納總結(jié)、抽象和概括， 形成呼吸運動的原理性知識。又如，關(guān)于生男生女機會均等的知識， 教師可以用圍棋棋子( 表示生殖細胞) 置于兩個布袋中， 讓學生模擬隨機受精過程( 一個學生從裝有“精子”的袋中隨機摸出一粒 “精子”， 另一個學生從裝有“卵子”的袋中摸出一粒 “卵子”， 放在一起代表受精卵內(nèi)含有性染色體的種類) 。這樣將學生難以理解的， 教師用其他手段難以解釋的生命現(xiàn)象通過此模擬實驗簡單明了地揭示給了學生。

在義務教育生物課程教材中不乏模擬實驗資源，可以挖掘利用。如小腸絨毛結(jié)構(gòu)模型的制作，探究魚鰭在游泳中的作用等。教師在生物學教學中運用“模擬實驗法”教學，可以使學生了解和體驗科學家進行科學研究的基本過程和方法，有利于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，有效地克服了教師“滿堂灌”的現(xiàn)象，有利于學生主體的參與。因此，在我們的教學工作中，模擬實驗作為實踐教學的一個有用的輔助教學手段，是一個值得我們教學工作者認真研究的一個新課題。

3． 模擬實驗在初中生物教學中的開發(fā)

在生物教學中，實驗能為學生提供生動的感性材料，說明學生認識自然規(guī)律，理解抽象知識，也為邏輯推理所獲得的結(jié)論作出檢驗。課堂教學的特殊條件、特殊需要和特殊對象，往往會使模擬實驗得以發(fā)揮其獨特的優(yōu)勢， 成為原型直接實驗的重要補充。 因此，在中學生物教學中，我們應開動腦筋，積極開發(fā)模擬實驗。例如：

（1）模擬吸煙的實驗，探究吸煙的危害

目的：通過探究煙草中有害物質(zhì)對梭眼蟲活動的影響，理解吸煙 對人體的危害。

材料器具：顯微鏡、載玻片、吸管、小可樂瓶、玻璃管、橡皮膠塞、塑料管、漏斗、注射器、玻璃膠、無濾嘴和有濾嘴香煙、脫脂棉、打火機。

方法步驟：

①設計實驗裝置，主要是利用小可樂瓶等制成可抽氣的裝置（作呼、吸用），并通過塞有脫脂棉的管子，完成“主動吸煙”和“被動吸煙”動作。裝置如圖1。

②點燃香煙，模仿主動吸煙。在下密封室，以脫脂棉代替過濾嘴收集煙霧；點燃香煙，模仿被動吸煙。在上密封室，以脫脂棉代替過濾嘴收集煙霧。將棉花上的污物分別溶于5ml 水中。

③取梭原蟲（眼蟲的一種）培養(yǎng)液一滴，滴在載玻片上。蓋好蓋玻片，放在顯微鏡下觀察。記錄梭原蟲的游動。滴上一滴上密封收集的污物，觀察并記錄梭原蟲的游動。

④重復③，僅改滴下密封室收集的污物。

討論：

①比較上下兩塊棉花的外觀，注意沉積物的外觀是否不同？

②連續(xù)吸兩支煙后，比較上下氣室的棉花，是否如制造商所言還有過濾作用？

③比較梭原蟲營養(yǎng)液中未加油污的游動情況。

評析：此項模擬實驗操作比較簡單，很直觀地觀察到吸煙過程中產(chǎn)生的焦油，使學生認識吸煙危害身體健康。

4． 模擬實驗的改進

在“模擬血型鑒定”的實驗中，教材中提供的材料是，模擬“A型血”(硝酸鉛)，“B型血”(氯化鋇)，“O型血”（蒸餾水)，“AB型血”(上述“A型血”和“B型血”等量混合)和“A型血清”(硝酸銀)，“B型血清”(碘化鈉)。其中的重金屬容易造成環(huán)境污染。鑒如此，在改進的實驗中可用紅糖水替代硝酸銀，碘液替代碘化鈉，淀粉溶液替代硝酸鉛，豆汁替代氯化鋇。具體見表l。

這樣的材料在生活中隨處看見，又能說明問題。

責任編輯 潘孟良