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摘 要: 随着近年来高考制度改革的不断深入,考查学生综合分析问题能力的生物实验设计题越来越呈现出了多样化、综合化、情景化。这种可喜的变化改变了以往学生死记硬背实验结论的现象,有利于培养学生科学的思维方法,更有利于学生创新能力的培养,同时也对教师的教学提出了更高的要求。就目前所面临的学生如何把握设计实验的切入点这一问题,本文作者结合自身所在学校生物教学的实际,谈几点看法。
关键词: 生物设计实验 开放性 方法 基本原则
1.把握生物设计实验的切入点
把握生物设计实验的切入点是解决问题的关键,也是设计实验的难点,既要培养学生认真分析题目所给的各种条件和情景因素,又要严格遵循科学实验的基本原理,做好设计实验的归类,只有这样才有利于学生找到实验的切入点。就目前设计实验来看,可以将其分为两大类。
1.1验证某实验受多种条件因素的影响。
例如,验证唾液淀粉酶的活性受温度和pH值的影响;验证光合作用受光照强度、温度等影响的实验。此类实验的切入点是:应按照某一条件发生变化,而其他条件均不发生变化,在同一条件下,利用对照实验所发生的变化来得出本实验的结论和要说明的问题。一般对照实验组的设计有空白对照、条件对照、相互对照和自身对照等4种形式,可根据不同实验的特点和需要去选择。
1.2根据已知的实验原理、实验目的设计实验步骤,预期实验结果并分析。
例如,验证钙离子在血液凝固中的作用;验证不同地点空气中的细菌数量存在差别;验证生长素的运输具有方向性的特征等实验。此类实验的切入点应先弄清该实验的实验原理,不同的实验,实验原理不同,这种类型的实验是学生最难把握的。
上述三个实验的切入点分别是:利用钙离子是血液中激活凝血酶原的一种因子来切入;利用细菌数量会使亚甲基蓝溶液褪色快慢性质来切入;利用生长素存在极性运输的特征来切入。这方面的知识要靠平时积累,只有学生清楚实验类型,设计思路正确,多作这方面的积极探索,实验设计能力才会有较大的提高。
2.把握生物设计实验的科学性,包括原理、过程、结论的科学性
把握实验科学性的根本在于保证实验条件的一致性和严谨性,任何一个环节不正确,实验就没有说服力。因此,科学性是设计实验成功的前提。要善于运用生物学方面的科学原理,有些实验设计还要用到化学等其他学科知识,因此学生要有扎实的基本功,要有热爱大自然和关注大自然的兴趣,要关注人类自身的发展,要弄清科学原理的内涵和外延;教师应重视把科学原理运用到解释自然界生命现象和生命活动本质中去,做到理论和实际相结合,亲自带领学生做开放性实验,而不是在黑板上来讲实验,让学生参与到实验的全过程。
3.把握好设计实验的实用性
任何设计实验的目的都是通过全过程得出一个科学的正确结论,实验过程简单和实验现象明显,就能说明问题符合要求。
为了确保设计的实验实用,教师可以将同一个实验题目的不同设计方案交给学生,让学生比较和综合评价;也可以将设计实验交给学生,让全体学生来设计,然后将学生中有代表性的不同方案交给学生,让学生比较评出优、中、差,并且找出最优方案优在什么方面,最差方案差在什么地方。只有这样充分发挥学生的积极性、参与性、主动性,才能对学生求异思维的发展具有促进作用,这里我所谈的实用性,并不是所有实验方案都是同一模式,也可以有多种方案。
4.在实验中注意有些实验结果需经过二次对比实验才能得到
如在验证钙离子在血液凝固中的作用的实验中,就需做二次对比实验。第一次是将新鲜血液加入到等量的草酸钾溶液(A试管)和生理盐水(B试管)中,结果生理盐水中的血液凝固,草酸钙溶液中的血液不凝固,这是由于草酸钾能与钙离子发生反应,形成草酸钙沉淀,故初步可以确定草酸钾溶液中血液不凝固,是由于去掉了血液中钙离子的缘故。但由于血液凝固涉及到多种因素,要进一步证实草酸钾溶液中血液不凝固是由于缺钙造成的,还需做第二次对比实验,这就需要将等量的氯化钙溶液分别加到A、B试管中,结果A试管也凝固了,到这里就完全可以确定血液凝固必须要有钙离子的参与。
5.平时实验教学中,注意延伸实验内容,培养学生的发散思维能力
例如:关于pH值对酶活性的影响实验,其基本内容是按原理所述,酶的活性受pH值的影响,据此,学生按教材操作得出唾液淀粉酶的最适pH值后,解释实验结果。在此基础上引导学生对教材内容进行延伸:如果对于一个未知的酶,你如何确定其最适宜pH值?应考虑哪些条件?对于唾液淀粉酶,如果两个反应体系其他条件都一样,一个处于最适pH值,不是最适温度,另一个体系处于最适温度,但不是最适宜pH值条件下,则这两个体系对淀粉水解有何影响?如果缓冲体液系改变,唾液淀粉酶的最适pH值是否还是6.8,最后要求学生通过实验做出pH=6.8时,温度为30℃—45℃时的酶活力曲线,及温度为37℃时,pH=5.8、pH=6.8及pH=8.0时的酶活力曲线进行分析比较,综合温度对酶活力的影响实验数据,对本实验进行分析讨论,目的是使学生初步了解不同因素、不同条件时实验设计方法在实验中的应用。
总之,开放性的设计实验是一个全新的课题,怎样使学生在较短的时间内掌握其方法,有待我们进一步去探究,但实验设计总的基本原则是不变的,就是要把科学性、合理性、实用性和可重复性等有机结合起来,使设计实验多样化,打破思维定势,使学生的思维具有开放性,培养学生的创新能力,进而促进学生思维的发展。
关键词: 生物设计实验 开放性 方法 基本原则
1.把握生物设计实验的切入点
把握生物设计实验的切入点是解决问题的关键,也是设计实验的难点,既要培养学生认真分析题目所给的各种条件和情景因素,又要严格遵循科学实验的基本原理,做好设计实验的归类,只有这样才有利于学生找到实验的切入点。就目前设计实验来看,可以将其分为两大类。
1.1验证某实验受多种条件因素的影响。
例如,验证唾液淀粉酶的活性受温度和pH值的影响;验证光合作用受光照强度、温度等影响的实验。此类实验的切入点是:应按照某一条件发生变化,而其他条件均不发生变化,在同一条件下,利用对照实验所发生的变化来得出本实验的结论和要说明的问题。一般对照实验组的设计有空白对照、条件对照、相互对照和自身对照等4种形式,可根据不同实验的特点和需要去选择。
1.2根据已知的实验原理、实验目的设计实验步骤,预期实验结果并分析。
例如,验证钙离子在血液凝固中的作用;验证不同地点空气中的细菌数量存在差别;验证生长素的运输具有方向性的特征等实验。此类实验的切入点应先弄清该实验的实验原理,不同的实验,实验原理不同,这种类型的实验是学生最难把握的。
上述三个实验的切入点分别是:利用钙离子是血液中激活凝血酶原的一种因子来切入;利用细菌数量会使亚甲基蓝溶液褪色快慢性质来切入;利用生长素存在极性运输的特征来切入。这方面的知识要靠平时积累,只有学生清楚实验类型,设计思路正确,多作这方面的积极探索,实验设计能力才会有较大的提高。
2.把握生物设计实验的科学性,包括原理、过程、结论的科学性
把握实验科学性的根本在于保证实验条件的一致性和严谨性,任何一个环节不正确,实验就没有说服力。因此,科学性是设计实验成功的前提。要善于运用生物学方面的科学原理,有些实验设计还要用到化学等其他学科知识,因此学生要有扎实的基本功,要有热爱大自然和关注大自然的兴趣,要关注人类自身的发展,要弄清科学原理的内涵和外延;教师应重视把科学原理运用到解释自然界生命现象和生命活动本质中去,做到理论和实际相结合,亲自带领学生做开放性实验,而不是在黑板上来讲实验,让学生参与到实验的全过程。
3.把握好设计实验的实用性
任何设计实验的目的都是通过全过程得出一个科学的正确结论,实验过程简单和实验现象明显,就能说明问题符合要求。
为了确保设计的实验实用,教师可以将同一个实验题目的不同设计方案交给学生,让学生比较和综合评价;也可以将设计实验交给学生,让全体学生来设计,然后将学生中有代表性的不同方案交给学生,让学生比较评出优、中、差,并且找出最优方案优在什么方面,最差方案差在什么地方。只有这样充分发挥学生的积极性、参与性、主动性,才能对学生求异思维的发展具有促进作用,这里我所谈的实用性,并不是所有实验方案都是同一模式,也可以有多种方案。
4.在实验中注意有些实验结果需经过二次对比实验才能得到
如在验证钙离子在血液凝固中的作用的实验中,就需做二次对比实验。第一次是将新鲜血液加入到等量的草酸钾溶液(A试管)和生理盐水(B试管)中,结果生理盐水中的血液凝固,草酸钙溶液中的血液不凝固,这是由于草酸钾能与钙离子发生反应,形成草酸钙沉淀,故初步可以确定草酸钾溶液中血液不凝固,是由于去掉了血液中钙离子的缘故。但由于血液凝固涉及到多种因素,要进一步证实草酸钾溶液中血液不凝固是由于缺钙造成的,还需做第二次对比实验,这就需要将等量的氯化钙溶液分别加到A、B试管中,结果A试管也凝固了,到这里就完全可以确定血液凝固必须要有钙离子的参与。
5.平时实验教学中,注意延伸实验内容,培养学生的发散思维能力
例如:关于pH值对酶活性的影响实验,其基本内容是按原理所述,酶的活性受pH值的影响,据此,学生按教材操作得出唾液淀粉酶的最适pH值后,解释实验结果。在此基础上引导学生对教材内容进行延伸:如果对于一个未知的酶,你如何确定其最适宜pH值?应考虑哪些条件?对于唾液淀粉酶,如果两个反应体系其他条件都一样,一个处于最适pH值,不是最适温度,另一个体系处于最适温度,但不是最适宜pH值条件下,则这两个体系对淀粉水解有何影响?如果缓冲体液系改变,唾液淀粉酶的最适pH值是否还是6.8,最后要求学生通过实验做出pH=6.8时,温度为30℃—45℃时的酶活力曲线,及温度为37℃时,pH=5.8、pH=6.8及pH=8.0时的酶活力曲线进行分析比较,综合温度对酶活力的影响实验数据,对本实验进行分析讨论,目的是使学生初步了解不同因素、不同条件时实验设计方法在实验中的应用。
总之,开放性的设计实验是一个全新的课题,怎样使学生在较短的时间内掌握其方法,有待我们进一步去探究,但实验设计总的基本原则是不变的,就是要把科学性、合理性、实用性和可重复性等有机结合起来,使设计实验多样化,打破思维定势,使学生的思维具有开放性,培养学生的创新能力,进而促进学生思维的发展。