浅谈高中生物实验中的能力培养

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  摘要本文针对生物实验教学中存在的重点和难点,提出了了解高考实验命题思路,做到心中有数,对常见试验设计进行分类,提高学生的实验设计能力,全面提高教学质量。
  关键词生物 教学 实验 分类
  中图分类号:G633.91文献标识码:A
  
  生物学是一门以实验为基础的自然科学,对高中学生来说,生物实验教学主要包括常见的器具、药品的使用能力,对实验现象的分析能力,对实验的设计能力等。实验及实验设计历来是高考备考中的一个重点和难点,在近几年的高考试卷中,有关实验的分值也占得越来越大。下面笔者根据自己多年的教学经验,浅谈一下高中生物实验探究中的能力培养。
  1 考试大纲对实验与探究能力的要求
  (1)以实验,尤其是经典实验、有关新技术的各项试验为背景,重点考察学生的基础知识和基本理论及运用已有知识在新情境下解决问题的能力。
  (2)以教材所列试验内容为命题素材,考查学生对实验技术的掌握,对实验原理、试验程序、实验数据和现象、实验结论等内容的分析、归纳和总结。重点考查学生的具体实验水平,实验洞察力与分析推导能力,运用恰当的语言对实验结果做出科学描述和解释的能力。
  (3)以给出的材料为基础,要求根据现有条件,设计试验程序、预测试验结果,并实验结果进行合理的分析和解释,以考查学生使用恰当的方法验证简单的生物学事实,并对结果进行解释和分析的能力等。
  2 常见试验设计类别
  (1)探究性实验。探讨了探究性实验研究的特点、关系、未知属性、其他因素以及实验方法。在这个试验研究对象不知道或不完全理解下进行探索和研究,它是一个真正意义上的科学研究,探究性实验对生物科学的发展起到了极大的推动作用。此类实验一般需经过探究得实验结论,往往需讨论即“如果出现结果a会怎样,如果出现结果b 或c又会怎样”。通过实验探究可以得出相应结论,从而使学生获得新知,让学生重现知识的发生、发现过程,培养学生的创新精神和实践能力。
  (2)验证性实验。实验结果验证需要有一个正确的实验,实验前的相关理论的理解和掌握的知识,并具有一定的实验现象以及已形成一定理解或提出一种假说,这个假说的确定,即按照假设成立,应出现何种结果,再通过具体实验来证明相应的生物学现象或事实,通过验证性实验可以对研究对象进行更深入地了解,也能证明某种假设是否正确,从而使学生加深对所学生物学知识的理解和记忆。
  (3)开放型实验。传统的实验设计,实验的条件与结论是唯一的,而开放型实验设计是一种思维开放型试题,他的解题思维方向不唯一,试题所引发的思维是一种呈扇形发散的思维,不同学生可能会有不同的解题方案,即使是同一位学生也可能会有若干种不同的解题方法这类试题有利于学生多项思维、求异思维以及创新能力的培养。
  3 让学生明确仪器的原理和药品的应用,是培养学生使用它们的能力的基础
  对仪器的原理、使用不了解,使用起来就会带有盲目性,就不可能形成使用能力。显微镜是中学生物实验中的常用仪器,显微镜操作程序要遵照对光程序、观察程序等程序进行,如果不按照这个程序操作,不仅观察不到相应的结果,而且易损坏显微镜。正确的程序应该是在对光后按以下步骤操作:
  (1)低倍镜观察:眼睛注视物镜与装片之间,顺时针转动粗准焦螺旋,使物镜下降到与装片1mm左右的距离,这时眼睛注视目镜里的视野进行观察。要求学生在观察时两只眼睛同时睁开。避免睁一只眼闭一只眼,从而造成用眼过度劳累。一般是提倡左眼睛观察视野,右眼睛观画图纸画图。逆时针方向转动粗准焦螺旋慢慢提升镜头,当发现视野中出现模糊的物象也在动,说明对焦成功,再轻移装片并调节细准焦螺旋使物象清晰,然后进行低倍镜观察。
  (2)高倍镜观察:低倍镜观察完后,在换高倍镜前,应先在低倍镜下将要放大的部分移到视野正中央,因显微镜成像成的是倒立的实象,因而装片移动方向与视野中物象移动方向正好相反。如想叫视野左上方的物象移到视野中央,则应向左上方移装片。该步完成后,转动物镜转换器换上高倍镜,这时应做以下两步:第一步调细准焦螺旋,使物象更清晰。第二步调光圈或反光镜使视野中光线加强,之后再进行高倍镜观察。如果显微镜视野中有一污点,那么,污点只可能在目镜、物镜或装片上,要准确指出污点的具体位置,可采用以下方法:换目镜污点还在,则污点不在目镜上;换物镜污点还在,则污点不在物镜上;移动装片污点不动,则污点不在装片上。按照此法总能找到污点的确切位置。 在药品的实际运用上,影响实验正确结果的重要因素包括药品试剂的量、浓度、纯度等,要每件每件地依次检查,不能省略任何步骤。关于量的问题。不同的实验对药品与试剂的用量都有规定,如叶绿体中色素的提取和分离实验中,像丙酮、层析液的量就要按办法进行提取:5g大小的叶片色素,用2ml丙酮是可以的,如果丙酮很少,色素提取会凸现出来不充分;如果丙酮很多,色素浓度会降低很多,滤纸条上色素量少导致分离效果不明显。色素分离情况,将层析液倒进烧杯,其量的规定就是按照液面低于1cm(距烧杯底),如果不这样做,滤液细线就会没及,色素就会非常快的溶解到实验的层析液中去了,结果滤纸上不会得到正确的的色素分离图谱。关天浓度问题。实验要求的浓度,都是人们通过上万次的试验后,认为哪些是最适合的。在实验前实验人配制试剂、药品过程中,浓度要按标准要求来做,否则将会影响实验结果。像蔗糖溶液浓度非常高时(高于30%),会导致细胞死亡,因为发生了强烈的质壁分离,进而引发失水过多,最后导致不能复原。亚甲基蓝溶液在制作过程中,要求便准比其他要更高一些,严重时浓度高一些,根的活性就会受到影响。关于纯度问题。有些实验像观察根对矿质元素离子的交换吸附实验,较高的要求主要表现在浓度方面,若试验用的蒸馏水用自来水来代替或是当中掺杂杂质阳离子,那么在漂洗过程中,根细胞表面的亚甲基蓝阳离子会被洗掉,吸附在根细胞表面的亚甲基蓝阳离了也就会被替代下来;在互相比较的实验当中,蒸馏水含有杂质阳离子同时会变蓝。
  4 培养学生善于分析实验现象
  在实验中,对于实验出现的现象,要能够应用学过的知识分析。例如,在观察植物有丝分裂的实验中,在显微镜的某个视野中,看到的大多是间期的细胞是因为间期是细胞分裂期的准备期,它持续的时间长。在质壁分离和复原的实验中要让学生了解液泡的体积大小与颜色变化的关系,在液泡内细胞液中色素分子一定的情况下,液泡越小,细胞液中色素的浓度越大,紫色洋葱表皮细胞液泡的紫色越深。反之,液泡越大,细胞液的紫色越浅。在叶绿体中色素提取和分离实验中四种色素彼此分离的原理上,应让学生了解到滤纸是一种吸附剂,层析液是一种展开剂,四种色素的化学结构和性质不同,分子的大小不同,它们在层析液中的溶解度不同,因此,四种色素随着层析液在滤纸条上的扩散速度就不同,其中胡萝卜素溶解度最大而吸附力最小,因而扩散速度最快,其次是叶黄素,再次是叶绿素a,叶绿素b因溶解度最小而吸附力最大,扩散速度则慢。在色素提取实验中,加入少许二氧化硅,是为了研磨充分,加入一定量的碳酸钙则是为了防止叶绿素分子被破坏,用丙酮溶解色素是因为色素不溶于水,而溶于有机溶剂。在制备滤液时研磨要迅速、充分,原因是一则丙酮易挥发,二则为了使叶绿体完全破裂,从而能提取较多的色素,还有一点就是叶绿素极不稳定,能被活细胞中的叶绿素酶水解而破坏。制备滤纸条时剪去下面两角,则是为了避免色素带在两侧扩散太快,以保证色素在滤纸条上扩散均匀,便于观察实验结果。在得到扩散好的色素带后,色素带自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,从色素带的宽度知色素含量的自多而少依次为:叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素;在滤纸上距离最近的两条色素带是叶绿素a和叶绿素b,相邻距离最远的两条色素带是胡萝卜素和叶黄素。
  5 提高学生的实验设计能力
  例如:为检验甲状腺激素生理作用,观察指标是大白鼠的耗氧量和活动量,依据提供的实验材料、用具、步骤和结果,并作出分析判断。
  (1)材料用具:日龄一样而且体重相近的雄性成年大白鼠分成两个组,甲状腺激素,蒸馏水,灌胃器,耗氧量检测装置,活动测定仪等(实验提示:添加药物方法是每天灌胃,加药用量和仪器操作不做考试考察要求,水温要保持一样。)
  (2)方法与步骤:____________________。
  (3)结果预测:_______________________。
  5.1 确定实验目的,知道该实验要处理什么问题
  不在特殊情况下,题干提示“验证……”“证明……”“探究……”,紧跟在这个后面基本是实验目的。本实验目的是:验证甲状腺激素的生理作用。
  5.2 分析实验原理
  实验中都分析什么?主要包括所涉及的生物学及相关学科中的知识、方法,科学原理是什么?除此之外,要考虑提供的实验仪器使用方法和原理。本过程目的在于学生学会储备知识,独立解决、运用,这也是构成实验设计题目的关键。因此要求学生学习掌握的知识,和灵活性。紧跟上例:实验原理是甲状腺激素的生理作用加速氧化分解、提高活动性,提高耗氧的神经系统。
  5.3 独立设计实验过程
  大多数题目的要求是学生写作过程要描述一种写作方式,可以清晰地思考和有条理写作。
  (1)选材:选材应保持条件相同(日龄相同体重接近的雄性大白鼠)
  (2)分组:体现变量,从实验目的中分析,“验证甲状腺激素的生理作用”即变量为甲状腺激素,实验组有甲状腺激素。(日常使用对大鼠胃灌甲状腺激素)
  (3)培养,观察:实验组和对比组的条件应相同。
  (4)实验过程的设计过程是考察学生分析、解决问题的能力,暴露学生思维过程的最佳方式。应注意以下几点:①分步叙述,要标号;②研究对象或器皿要有标记;③说明对材料的选择及处理状况;④控制单一变量——即研究对实验结果有影响的单一因素;⑤对部分实验条件要有量、时间、温度等的描述;⑥必须遵循对照原则:依据具体材料设计对照类型,如条件对照、自身对照、相互对照等原则。
  接上例,方法和步骤:(1)两个组大白鼠分为甲组大白鼠和乙组大白鼠,根据具体情况给出仪器,检测与记下耗氧量和活动量。(2)每天给甲组大白鼠灌喂甲状腺激素溶液,给乙组大白鼠灌相同量的蒸馏水,养了一段时间之后。按照规定日期检查与记录两组大白鼠耗氧量和活动量。
  5.4 实验结果分析
  (1)实验预期,一般的像普通的验证性实验,“验证……”“证明……”都会得到与预测目的相同的结果,但是探究性试验像“探究……”试验结果不是国定不变的,可能有多种结果,就像“变量促进结果;变量抑制结果;变量与结果无关”。例:试验目的中有“验证……”应为验证性实验,实验结果预期:没有给灌甲状腺激素时,两组大白鼠的耗氧量和活动量基本一样。提供给甲组鼠甲状腺激素后,它的耗氧量和活动量都比乙组大。
  (2)许多实验化学反应类型,肉眼观察时应该考虑加入指标与颜色变化或仪表辅助的观察。实验结果可以用文字、曲线形式解决。由上例:甲状腺激素可以加快物质氧化分解的化学反应,这个是无法观察的,但我们可以通过大白鼠的其他方式反映出来,像观察耗氧量和活动量。
  5.5 实验结论 (下转第152页)(上接第150页)
  通过分析现象,发现规律性,得出最后的结论基本是实验目的。接上例:此实验的目的是:验证甲状腺激素的生理作用;结论是:甲状腺激素可以加快新陈代谢,加快物质氧化分解,提高兴奋性,进而使耗氧量和活动量也随之提高。
  总之,在生物教学过程中,教师应既重视理论知识的传授,又要重视对学生运用生物学原理分析问题、解决实际问题能力的培养,只有这样才能事半功倍,全面提高教学质量。
  
  参考文献
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