初中生物学实验教学的研究与实践.doc

初中生物学实验教学的研究与实践【摘要】生物学是一门以实验为基础，研究生命现象和生命活动规律的自然科学。生物科学史上的诸多发现以及理论的产生，都与生物学实验紧密相关。注重针对不同实验内容选取适合的教学方法，对于学生养成良好的实验习惯，获得实验能力，形成乐于探究、实事求是的科学态度，初步具备科学探究的创新意识和实践能力具有积极作用。【关键词】生物学实验 实验类型 实验教学生物科学是一门研究生物现象和生命活动规律的自然科学。20世纪中叶以来，生物科学迅速发展DNA分子双螺旋结构的发现、哺乳动物高度分化的体细胞克隆获得完整个体的成功、人类基因组计划的完成毋庸置疑，生物科学史上的诸多发现以及理论的产生，都与生物学实验密切相关。生物学实验是根据研究目的，以一定的研究对象（实验材料），运用一定的手段（如仪器、试剂），主动控制、干预研究对象，创设一种特定的条件环境，探究生命活动现象和规律的一种认识和实践活动。作为自然科学的基础学科之一，生物科学经历了从现象到本质、从定性到定量的发展过程，它不仅是一个结论丰富的知识体系，也包括了人类认识自然界的一些特有的思维方式和探究过程。生物学中的概念、原理和规律都是由实验推导和论证的。生物学实验中运用的科学思维方法、操作技能、探究性实验的一般方法、对信息的搜集、加工、处理、分析等等，都是生物学特有的思维方式和探究过程的体现。生物学离不开实验，因此教师应在教学中有效运用生物学实验教学，实现面向全体学生、提高学生生物科学素养、倡导探究性学习的课程理念。1义务教育初中学段生物学实验分类实验是生物科学的基本研究方法，伴随科学技术的发展进步，生物学与其他各学科之间不断交叉、渗透和融合，生物学实验的类型日趋多样化。下表按照实验的本质属性或特征，根据不同的分类依据对义务教育生物学（七、八年级）部分实验进行了归类。初中生物学实验类型及分类依据分类依据生物学实验类型义务教育（七、八年）实验内容举例学科性质形态学实验生理学实验生态学实验遗传学实验解剖学实验观察种子的结构酒精或烟草浸出液对水蚤心率的影响废电池对生物的影响探究花生果实大小的变异心脏的结构实验目的探究性实验验证性实验探究光对鼠妇生活的影响绿叶在光下制造有机物实验研究的质和量定性实验定量试验探究馒头在口腔中的变化测定某种食物中的能量实验在科学认识中的作用观察实验判决实验析因实验对照实验模拟实验观察叶片结构巴斯德“鹅颈瓶”实验推理影响甲乙两地甜瓜含糖量不同的原因探究种子萌发的环境条件模拟保护色的形成过程、酸雨对生物的影响实验场所实验实验室自然实验观察小鱼尾鳍内血液的流动探究植物对空气湿度的影响教学形式演示实验学生实验光合作用产生氧气、练习使用显微镜、观察植物细胞研究对象植物实验动物实验微生物实验探究根的什么部位生长最快饲养和观察蚯蚓、探究蚂蚁的通讯检测不同环境中的细菌和真菌通过上表不难发现，虽然生物学实验类型是依据实验的本质属性进行分类的，但对于某一具体实验，它可能具有多个属性。如“绿叶在光下制造有机物”既具有验证实验的特性，同时也具有探究性实验、观察实验、对照实验、定性实验等的特点。因此，对于实验的分类是一个相对的、动态的方法体系。此外，归属于各实验分类中的实验内容举例也不局限于包括目的要求、材料用具、方法步骤的操作性实验和包括提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论、表达和交流的探究性实验；也包括教材中的科学史，如巴斯德的“鹅颈瓶”实验；推理影响甲乙两地甜瓜含糖量不同的原因等涉及实验分析的技能性内容。2生物学实验的主要类型2.1 观察实验观察实验是指凭借人的感官直接对客观事物进行感知和描述，或是利用科学仪器或其他技术手段对客观事物进行考察。在观察中，除直接用肉眼观察外，仪器的使用如用显微镜进行观察，使人们对微观世界的有了更为细致、准确的了解。德国植物学家施莱登和动物学家施旺正是借助显微镜的观察和正确推理，创立了细胞学说。在观察实验中，要选择适当的观察对象，采用适当的观察手段和观察程序。如在“制作孢子印”的实验中，需选取成熟且新鲜的香菇作为实验材料；若将教材图示中衬托的白纸改进为黑纸，会使散落下来的浅黄色孢子印更易观察。观察还要按照一定顺序，由表及里或由宏观到微观逐步细致观察。同时，还可以在观察中运用比较的方法，抓住事物的本质，在不同中寻求共性，在相同中找寻差异，使观察不只停留于表象。如在“观察人的口腔上皮细胞”实验中，请学生绘制口腔上皮细胞结构图（按照由外到内的顺序），并与植物细胞结构进行比较，寻找异同，将新知识有效纳入已有知识结构。2.2 判决实验通过对实验对象进行生理生化分析，以解决“是或不是”或“是什么”的问题，就属于判决实验的范畴。通过“判定”、“评估”可以做出肯定或否定的回答，或排除某些因素。典型的判决实验就是巴斯德的“鹅颈瓶”实验，通过该实验，巴斯德否定了“细菌的自然发生说”。2.3 定性实验与定量实验定性实验是判断研究对象具有哪些性质，并判断某种物质的成分、结构或者鉴别某种因素是否存在，以及某些因素之间是否具有某种关系的一种实验方法。“探究馒头在口腔中的变化”是较为典型的定性实验，在37的水浴温度下，利用淀粉遇碘变蓝的原理，探究口腔中的唾液淀粉酶对淀粉的消化作用。【案例】在探究馒头在口腔中的变化实验中，一位同学发问：老师，您说烫嘴的馒头会影响唾液的消化作用吗？同学们有的说有，有的说没有，还有的同学不禁发问，刚从冰箱中拿出来的馒头能被唾液中的淀粉酶很好地消化吗？学习中新的问题产生了！这时有的同学向老师提出，咱们能不能通过实验看看到底会怎样。提议得到了老师的认同，那又该如何设计实验呢？有的同学建议设置不同的温度能吃但很烫的馒头不会有100，估计70左右，冰箱中的温度一般为4，那是否就用这两个温度来测定呢？不能，一个同学说，我觉得需要用相应的温度与口腔中的37平均一下讨论不断深化，定性实验逐渐向定量实验转化。定量实验是用以测定某个研究对象的性质、组成及其他影响因素的数量值或求出某些因素之间的数量关系而进行的实验。定量实验能够从测量到的具体数量上准确地判断研究对象所具有的某种性质及其各种因素之间的关系，从而更深入地揭示其生命运动规律。上述探究馒头在口腔中的变化的进一步探究，将影响酶活性的温度具体到某一数值，已初步具备了定量实验的特征。2.4 对照实验进入初中学段伊始的第一个探究实验“光对鼠妇生活的影响”中就介绍了对照实验，即在研究一种条件对研究对象的影响时，所进行的除了这种条件不同以外，其他条件都相同的实验，叫做对照实验。对照实验的关键在于控制单一变量，在对照实验的过程中学生虽然能够注意对单一变量的控制，但往往由于考虑问题不周全而有其他变量干扰其中。最明显的例子就是在设计探究种子萌发的环境条件时，如探究光对种子萌发的影响，有的同学会将实验组放置在阳面窗台上，对照组的种子放在桌下的阴暗处，这样“温度”就成为了干扰试验结果的多余变量。因此，实验设计中学生缜密的实验设计思路，需要教师采用有效方法和手段，循序渐进地进行培养。2.5 探究性实验探究的一般过程是从发现问题、提出问题开始的，包括提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论、表达和交流。英国伦敦大学的路卡斯教授在介绍英国中学理科教学方法概况时指出，运用探究式教学的目的是为了培养学生像科学家那样去思考问题、分析问题，使他们学会科学的思维方法和进行科学实验的本领。他把自然科学研究的三个主要因素：问题（课题）、方法和结果，在教学中的不同组合归纳为探究式教学的八种方式。 从中不难看出，第一种方式是教师把问题、方法、结果都告诉学生，相当于教授科学研究的整体方法，实质上就是验证性实验。又如第七种，只告诉结果而不告诉问题和方法，这是一种逆向的思维方法：结论方法问题。而第八种方式是让学生自己找出生活中的问题，按照探究的程序独立研究。从一到八，是对学生探究能力和科学素养的不断训练与提升。3实验教学中的创新与再发现3.1 在实验材料、用具的选取过程中做到低碳、环保实验教学依托于其特有的思维方式，但它绝不是主观臆想或黑板、媒体上的简单描画和模拟，实验教学应是具体“做”实验的过程。只有真正进行实验，其过程中新的思维火花才有可能相互碰撞，新的创意与发现才有可能出现。即使是实验用具这个看似微不足道的环节，如果仔细研究和实践，你同样会有新的发现。如在探究种子萌发的环境条件实验中需要若干广口瓶，通过实验发现，呈四面立柱状腐乳瓶是最好的实验用具，而家庭中更易找到的圆柱状玻璃瓶（如沙拉酱瓶）放置后容易滚动，内部的实验材料不易固定。如何解决这一问题呢？同学想出了好办法在瓶身用透明胶带固定上牙签或筷子，这样圆形的瓶身就不再随意滚动了。3.2 关注实验过程中学生的行为，充分肯定学生的探究精神在“练习使用显微镜”的实验中调皮的学生把头发、小纸片放到显微镜下观察；在“观察种子的结构”实验中将实验要求滴在玉米种子剖面的碘液也滴在蚕豆子叶处此时教师是批评学生不按照要求进行实验，还是把握契机，同学生一起分析实验现象，得出相应结论？相信每一位具有教学智慧的教师都会选择后者。显微镜下无法观察到头发、小纸片的微观结构因为它们不透光，由此巩固制备显微镜观察实验材料应薄而透明；碘液滴加在蚕豆的子叶上，子叶变蓝，说明蚕豆子叶中也含有淀粉。在实验中鼓励学生的探究精神，合理引导，使学生的创新精神和实践能力得以提升。3.3 活化教材，培养学生科学思维的方法教材除为我们提供了大量可操作的各类型实验外，还为我们提供了丰富的与科学史相关实验文本资源病毒的发现史、光合作用的不断探究、细胞色素C差异的大小与生物亲缘的关系等等，这一系列科学实验、研究、发现无一不渗透着生物学特有的思维方式和客观认识自然世界的方法。将这些内容通过教学有效活化，能对学生科学思维的培养起到事半功倍的效果。3.4 完善实验教学的评价体系3.4.1 将表现评定运用于实验教学的评价在实验教学过程中，教师应关注学生在学习过程中逐步形成的观察、归纳和发现问题的能力，设计实验、调查研究、动手实验的能力，以及收集和分析数据、表达和交流的能力等多方面能力。将表现评定运用于实验教学，可以更加科学、有效地对学生的学习过程给予评价。基于实验不同，所要评定的内容要素也有所不同。如对于观察实验，就可以参照“观察和推论”评定表单进行评定（如下表）。而对于模型制作、实验设计、分类方法的运用等其他实验技能也可通过相关量表进行评价。 “观察和推论”的评定表单要素的描述学生自评教师评定观察的要素1.使用适当的感官，安全地进行观察2.能适当使用公制测量进行观察，并且定量准确3.定性观察正确4.必要时会用图形表达5.适当地使用工具和材料进行观察6.在观察时避免个人的意见、结论和推论7.恰当、整洁地记录和整理数据推论的要素8.推论是基于所做的观察和观察者的前提知识合理做出的9.对推论的解释和证明是以观察者的前提知识为基础的3.4.2 通过创新的纸笔测试试题对实验教学进行全方位考查在纸笔测试中，注重考核学生对生物学概念、原理的理解和应用以及分析、综合等思维能力，而不仅仅考查实验原理、流程等识记内容，在注重学生创新思维培养的同时，创新实验试题。如在绿叶在光下制造有机物的实验考查中，将遮光与见光部位滴加碘液后颜色的变化，逆向寻因，以出现“蓝色五角星”的实验结果，考查出现这一结果的实验方法。例：用清水漂洗叶片，向叶片滴加碘液，稍候片刻用清水冲掉碘液，发现叶片上出现了一个“蓝色的五角星”，那么琳琳在实验中用来遮盖叶片上下两面的黑纸片是右图中的 。将探究式的教学方法转化为命题策略，考查学生真实的实验探究能力。总之，在实验教学中注重针对不同实验内容选取适合的教学方法，对于学生养成良好的实验习惯，获得实验能力，形成乐于探究、