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浅析生物实验设计的指导

日期:2018/9/3 13:54:38
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在近几年的理科综合能力测试中,与实验分析及设计的题型逐渐成为热点,由于这类题型能较好地考查学生的能力知识,因而备受命题者的青睐。由于各方面的原因,这类题目也成为教师和学生的难点,在高考中得分率较低。笔者通过教学过程中的不断探索,总结出一些关于学生实验设计的教学体会。

1  明确考试大纲对实验能力的要求

理科综合考试大纲在生物学科的实验与探究能力要求中提到:①能独立完成“生物知识内容表”所列的生物实验。包括理解实验目的、原理、方法和操作步骤,掌握相关的操作技能,并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运用。②具备验证简单生物学事实的能力,并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理。③具有对一些生物学问题进行初步探究的能力。包括运用观察、实验与调查、假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法。④能对一些简单的实验方案作出恰当的评价和修订。

从大纲中可以看出对学生的实验能力要求分两个层次:一是独立完成实验的能力;二是设计简单的实验关处理相关的实验问题。目的在于:一方面要体现重视能力考查的命题指导思想,另一方面希望借此引导中学重视生物学实验,培养学生的独立工作能力,分析问题和解决问题能力。

2  课堂教学中渗透科学的实验设计方法

设计实验要求学生具备较高水平的结合能力。需要学生运用已学过的多种理论知识,结合实验操作的实践经验,经过周密的分析和逻辑推理才能作出一个科学、合理的实验方案,使这个方案能够在实验室中经得起实际操作的检验,达到实验目的和要求,获得正确的结论。

首先,要重视教材中学生实验的教学。“一个人可能遗忘一个月前背过的一首短诗,但他不可能忘记甚至是十年前学会的游泳,即使在这十年内他没有下过水”。这是亲身感知和实际操作在识记中所起的作用。理科综合考试说明中对教材的实验内容有16个,教材中的学生实验均要创造条件让学生亲自动手完成,实验不是机械地按教材所列步骤操作,更重要的是要真正理解课本中的实验原理和方法,并能对实验进行综合分析和应用。如实验一“生物组织中还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定”的实验,在蛋白质的鉴定过程中,当不同学生实验结果颜色不一致,就引导学生分析原因:试剂添加的量没按要求、或添加顺序错、还是其它?通过分析理解原理,并培养科学的实验方法。

此外,课本科学史中有很多以文字形式呈现的经典实验,还有许多知识点本身就是实验的结论,这些隐性实验我们也要一一明白。如教材中关于“光合作用的发现”、“生长素的发现”、“证明DNA是遗传物质”等,在教学中引导学生理解科学家设计实验的科学性、严谨性。

3  掌握实验设计的一般方法

当学生积累初步的实验分析方法时,应及时向学生系统地介绍实验设计的内容、程序及应遵循的基本原则,为学生设计实验作必要的知识准备。

3.1   实验设计的内容  实验设计考查的内容包括题目的要求、原理假设、材料用具、方法步骤、现象数据、预测等。根据题目的具体要求可分为实验全过程设计和实验部分过程设计。

3.2   实验设计的程序  一般的程序是:实验名称、目的→确定原理→假设、预期→设计步骤→实验→观察和收集数据→分析结果、推论。这个程序是依据科学探究的一般过程(观察到某现象→提出假说→设计并实施实验→取得实验结果→得出结论)确立的,学生在解实验设计题时,如果没有这种实验思想,就不能设计出科学、严密的实验。在具体的解题过程中应注意以下几个方面。

首先, 明确实验目。实验目的是整个实验设计的灵魂,可以说,与解答实验设计有关的一切工作,包括整体构思、过程设计、结果预测等,都是围绕实验目的这个核心进行的。因此,进行实验设计前首先要认真审题,准确把握所设计实验的实验目的。此外,实验题目与实验的结果、结论直接相关,验证性实验的结论只有一个,而探究性实验题目,其结论一般多个。如:“探究镁是否是植物必需矿质元素”,其结论有两个,即①“镁是必需元素”,②“镁不是必需元素”,实验设计就围绕这两个结论来假设和预期。而在“证明镁是植物必需矿质元素”的题中,结论只一个。

其次,确定实验的变量。包括实验变量(自变量或实验条件)和因变量(反应变量),以及会影响本实验的无关变量。如“证明甲状腺激素能促进幼小动物的个体发育”,该实验的条件是甲状腺激素(自变量),结果是幼小动物的个体发育(因变量),用蝌蚪作材料则影响该实验结果的无关变量有温度、水质、溶氧、食物等。

最后,结合实验材料,合理设计实验过程。实验的大体步骤:①确定实验组合及其适量的处理数。②实验准备和对实验材料的预处理,③对实验组和对照组进行操作(可使用比较的表格),④阐述收集实验数据的具体要求和方法。遵循单一变量原则,构思好对自变量的控制及对因变量蝗的检测的方法,注意实验对照组的设立。如上述题中,设置三个鱼缸中进行实验,添加甲状腺制剂(实验组)、甲状腺抑制剂(条件对照组)、不加药品(空白对照组)。除单一变量——甲状腺激素的含量变化外,要力求排除无关变量因素的干扰。如:“鱼缸大小相等地”、“加水量相等”、“等量的水草”、“晾晒过的自来水”、“两天换一次水”等等。

3.3   实验设计应遵循的原则  主要有科学性、严谨性、简约性。

科学性是指实验目的明确、原理和结论正确,实验材料和手段选择恰当,设计思路和方法应符合生物学的基本知识和原理;严谨性是批对实验变量的控制、对照实验的设计、实验步骤的安排、设计方案的书写等,都要经过周密的思考,力求疏而不漏;简约性,要求实验材料易得,装置操作简单,可重复操作。

4  熟悉实验题型,提升解题能力

高考中实验题大都来自书中经典的实验的改造,而且题型在不断的变化,因此让学生熟悉各种实验题型,可提高学生对实验的分析能力。实验题型大致可分实验分析型、实验纠错型、验证实验型、实验设计型等。高考中考查多数是实验的某部分的分析或设计。教师在平时教学中给学生各种题型的试题,指导学生分析,多让学生尝试设计。当然无论考查的是实验原理,还是实验步骤的安排、实验结果的预测和解释,都要求我们用规范的生物学语言去表述。


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