加强和改进生物实验教学

1、加强和改进生物实验教学 生物组 康小桂摘要：实验设计能力是较高形式的实验能力之一。本文是在本人市级化学教研课题化学实验设计能力在新课导入中的应用的基础上，将实验设计能力培养的一般方法迁移应用到生物实验教学中，并在生物实验教学中如何提高学生的实验设计能力，从而培养学生分析问题、解决问题的能力以及培养他们创新精神，作一些粗浅的探索。主题词：实验设计 能力 实践一、问题的提出我国教育正在从应试教育向素质教育转变，重视知识传授基础上的能力的培养，传统的教学模式重教轻学，学生被动学习、效率低、能力差，教师的主导作用与学生的主体作用脱节的现象比较严重。这就要求教师解放思想，大胆试验，在教学中充实新的学习的

2、方式，即创设一种情景，让学生进行主动探索、发现和体验，从中学会对大量信息的收集和判断，从而增进应对急剧变化的环境的能力和发展创造力。这种学习方式就被人称为“探究式学习”。 生物是一门以实验为基础的学科，中学生物实验教学的目的是使学生掌握生物实验的基本原理和操作，从而达到发展智力、培养分析问题、解决问题及创新精神的目的。近年来，高考生物实验题目中，探究性试题，实验设计方案的试题较多，有实验操作顺序的设计，验证某一生物原理的设计，定性实验的设计，定量实验的设计等。这些设计简单实验的试题，大多综合性，理论性强，有的还提供一些新的信息，要求学生必须冷静的审题，联系所学过的知识和技能，进行知识的类比、迁

3、移、重组，全面细致的思考才能从而增进应对急剧变化的环境的能力和发展创造力。而实验设计能力是较高层次的实验能力，学生在进行实验设计的同时，其综合分析问题、解决问题的能力；以及创新精神都得到了提高和发展。因而在生物实验教学中重视学生实验设计能力的培养显得尤为重要。二、生物实验设计能力的特点和作用 (一)生物实验设计能力的特点普通高中生物教学大纲中关于能力一项的表诉：操作能力、收集和处理信息的能力、与科学观察相关的能力、科学探究能力（实验能力）、科学思维的能力和习惯是高中生物课程目的和课程目标所要求学生掌握的五项基本能力。而生物实验设计能力既是实验能力的重要内容，也是实验能力的最高层次，它涵盖了上述

4、五方面能力内容。而其本身具有较强的综合性、创造性和灵活性等特点。生物实验设计的综合性，是指进行生物实验设计必须以一定的知识和实验技能为基础。换句话说，它既包含着对有关知识的掌握，也包含着对有关操作技能的掌握。生物实验设计的创造性，是指能在实验设计中，不默守陈规，构思、设计出解决问题的新颖而巧妙的途径和方法。生物实验设计的灵活性，是指对于要解决的问题，能根据不同的实验条件，设计不同的方案，即使在相同条件下，也能进行不同的设计。(二)生物实验设计的主要作用从生物实验设计能力的特点我们可以看出，实验设计是一个从认识到实践，在实践中提高学生的思维能力的过程，它具有如下的作用：1设计可以激发学生的探索兴

5、趣学生根据所学的生物知识和实验技能，独立地或在教师指导下设计出实验方案，成功地解决了问题时，会产生成功后的喜悦，会激发产生对知识追求的一种深层次动力，并上升到探究实验的兴趣。2实验设计可以培养学生的创新精神和实践能力实验设计本身就是一个综合运用所学知识和技能构思解决问题方案的过程。在这个过程中，可以从不同角度、不同层面，采用不同方法进行设计，其中必然蕴含着对学生创新精神的培养和训练。如针对“酶具有催化作用”这个设计主题，由于题目没有说明使用何种“酶”进行设计实验，学生分别采用熟悉的酶如植物淀粉酶、唾液淀粉酶、过氧化氢酶(用猪肝研磨液)等来设计实验，形成了不同的设计方案而得出相同的结论酶具有催化

6、作用。另外，实验设计不是凭空想像、主观臆造。在进行实验设计时，要考虑设计方案的可行性和可操作性，从该点上来看，无疑也是对学生实践能力的培养。3实验设计可以强化学生的科学素质学生运用生物知识和技能进行实验设计的过程中，必须对设计问题的每一个环节、每一种手段细致地分析研究和综合地比较，这有助于学生形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学态度。同时在进行生物实验设计中，学生除了应具备一定的生物知识和实验技能外，还需要掌握各种科学方法，如观察、记录、资料整理、数据分析、归纳总结、形成结论等，这对于培养学生运用科学方法解决实际问题有很好的促进作用。 三、实验设计的原则及实验设计的基本方法 （一）生物实验设

7、计的四个原则1.对照性原则： 在实验设计中，通常设置对照组，通过干预或控制研究对象以消除或减少实验误差，鉴别实验中的处理因素同非处理因素的差异。实验设计中可采用的对照方法很多，除了有阳性对照、标准对照、自身对照、相互对照之外，通常采用空白对照的原则：即不给对照组以任何处理因素。值得强调的是，不给对照组任何处理因素是相对实验组而言的，实际上对对照组还是要做一定的处理，只是不加实验组的处理因素。2.随机性原则： 实验设计中的随机化原则，是指被研究的样本是从总体中任意抽取的。这样做的意义在于：一是可以消除或减少系统误差，使显著性测验有意义；二是平衡各种条件，避免实验结果中的偏差。3.平行重复原则：平

8、行重复原则，即控制某种因素的变化幅度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果影响的程度。任何实验都必须能够重复，这是具有科学性的标志。上述随机性原则虽然要求随机抽取样本，这能够在相当大的程度上抵消非处理因素所造成的偏差，但不能消除它的全部影响。平行重复的原则就是为解决这个问题而提出的。 4.单因子变量原则：单因子变量原则，即控制其他因素不变，只改变其中某一变量，观察其对实验结果的影响。除了整个实验过程中欲处理的实验因素外，其他实验条件要求做到前后一致。（二）实验设计的基本方法1了解题目要求：解题首先要明确题意，只有明确题意才能方向明确，少走弯路。看清题意是要求设计实验方案、步骤还是分析实验结果

9、。2明确实验目的原理：明确实验到底要解决什么问题，要用到生物学上什么原理。3确定实验思路：就是根据原理对实验作出假设，并对可能产生的现象作出预期，并充分利用实验材料设计实验思路。4设计实验步骤：根据上述实验目的、原理和思路，设计出合理的实验装置和实验操作步骤。要思考题目中所给出的实验材料和试剂分别起什么作用？怎样运用？要注意：一是题目中给出的实验试剂和材料一般应充分利用；二是除非题目条件允许，否则不能自己随意增加实验试剂和材料。由于实验设计具有较强的开放性，可能存在多种实验步骤，但一般应遵循以下几个要求：简便性、可行性、安全性和精确性。5记录实验现象和数据： 在实验中将观察到的现象如实、准确地

10、记录下来。除了用文字进行记录外，还可以用数据或符号进行记录。6分析得出结论：根据实验观察的现象和记录的数据，通过分析、计算、图表、推理等处理，归纳出一般概括性判断，并用文字、图表、绘图等方法作一个简明的总结。 以上只是解答一般综合实验设计题的一般思考方法。在解题过程中，应根据实验设计题的具体情况和要求，作出正确的回答四、加强教学实践，培养学生生物实验设计能力实验设计能拓宽学生的思维空间，有利于学生的科学素质和创新精神的培养。鉴于当前教师对生物学实验教学普遍重视不够，学生缺乏对实验设计基础知识的学习和训练，因此学生的实验设计能力较差。为尽快而有效地提高学生的生物实验设计能力，应加强该方面的教学实

11、践。（一）拓展教学，明确实验设计原理著名教育学家布鲁姆认为决定教学效果有三个主要因素：认知的前提能力(基础知识)、情感的前提特性(参加学习的动机情感)、教学的质。它们对学习速度的影响分别是50、25、25，虽然有了知识不等于就有了能力，但没有知识则不可能提高能力，由此可见基础知识的重要地位，因此实验设计之前必须深谙实验设计的原理。1.挖掘教材中的实验设计理论知识在现行的教材中对生物学实验设计的基本原则和方法等内容没有专门的系统阐述，而是把它们隐含在教材的实验内容和生物学史的内容之中，这就要求教师应善于发现并挖掘出教材中的隐含信息，帮助学生了解和掌握实验设计的理论知识。例如复习“唾液淀粉酶对淀粉

12、的消化作用”实验时，通过对实验原理、操作步骤的细致分析，帮助学生形成科学、严谨的实验设计思想；通过比较对照组实验在实验过程中的重要作用，使学生学会运用实验设计科学性原则一设立对照组；通过实验内容的剖析，使学生掌握实验设计准确性原则一设立多因子变量。通过分析生长素的发现历程和孟德尔遗传规律的揭示过程使学生了解实验设计的基本方法和步骤。2.补充经典实验，优化实验设计理论知识分析教材中的实验，发现实验内容少且缺乏系统性的方法指导，这对于学生全面了解实验设计的理论知识是不够的。因此，在教学中可以适当地补充生物学的经典实验，着重让学生了解实验者的实验意图，认识实验的形成过程，分析实验中设置的实验条件的目

13、的。这对于学生进一步理解实验设计的原则，掌握实验设计的方法，都是十分重要的。例如，在细胞质遗传的教学中可补充童第周的金鱼双尾变成单尾的实验。3延伸实验内容，加强学科间的联系其实教材中的许多实验都应用了其他学科的知识，教师应引导学生在实验中如何将生物与其他学科知识进行融合，从不同角度思考问题，从而使实验方案最优化。强化生物实验设计训练，是培养学生实验设计能力的必经之路。学生在明确了实验设计的基本原理后，只有通过必要的实验设计训练，才能真正掌握实验设计的方法，提高实验设计能力。（1）课本实验的重新设计树立实验设计的信心进行实验设计的初期，学生对实验设计方案的思路模糊，存在畏惧的心理。此时教师可采取

14、由浅入深、循序渐进的策略，帮助学生树立实验设计的自信心。课本实验是学 生既熟悉又亲切的知识，教师在课本实验的复习中可灵活地改变实验的某个条件，让学生模仿课本实验的程序进行简单的实验设计，使学生从中获得成功感，增强对实验设计的兴趣；同时在“模仿”的过程中训练学生实验设计的思维方式，使学生初步形成实验设计的思路，为实验设计实施的可行性奠定良好的心理基础。例如复习“观察根对矿质元素离子的交换吸附现象”，学生参照课本的实验进行实验设计，证明“死根是不能进行交换吸附的”的训练(方法是将洋葱的根先经煮沸处理)。学习“观察植物细胞的质壁分离和复原”后，让学生设计实验验证洋葱细胞液浓度的方法等。（2）典型习题

15、的剖析理顺实验设计的思路加强学生实验能力的培养，不但要重视分析和解释实验现象和结果，以及推导实验结论能力的培养，更应重视培养设计实验方案的能力。无论哪种类型的生物实验设计，其本质都是根据实验题目所提出的问题，运用已具备的生物知识或生物技能，有时甚至是根据实验题目所给出的信息或提示，构思出解决问题的方案，这有助于培养学生思维的发散性，综合知识和解决实际问题的能力。提高学生实验设计的能力，教师不但要让学生明确实验设计的理论知识，更重要的是应让学生掌握实验设计的正确思路。（3）.专题训练深化实验设计的理解“实践出真知”，学习的目的在于应用，只有将知识应用于实践，才能加深对知识的理解和巩固，从而形成相

16、应的技能。学生在明确了实验设计的基本原则和思路之后，一定数量的设计练习是必要的，它可培养学生综合处理信息的能力、逻辑思维能力以及语言文字的表达能力等，提高实验设计题的应答准确性。为了使学生更好地掌握实验设计的方法，提高运用知识解决问题的能力，可以按照实验设计题的类型采用专题训练的做法。专题训练的内容有：（1）设计实验方案：如三支试管内分别装有红眼雄性和两种不同基因型的红眼雌性果蝇，还有一支试管内装有白眼果蝇。请利用实验室条件设计最佳方案，鉴定并写出上述三支试管内果蝇的基因型(显性基因用B表示)这种题型要求学生根据题目的要求和给出的条件，确定跟书本相关的知识点涉及的实验原理，构思相关的生物情景，而后再设计便于操作的实验方案。这有利于培养学生想象能力、设计能力和创造能力。（2）设计实验步骤：此类题目要求学生根据给定的器材和药品以及实验提出的目的，设计或补全实验步骤。这类题目体现了高考题强调理论与实际结合，学以致用的特点，有利于学生全面掌握实验设计的方法、步骤。（3）设计实验改进方法：此类题目主要检查学生对实验设计的严密性和科学性的把握，并以此为媒介，引导解决问题的思路方法，进一步培养学生的科学素质和实验思维能力。（4）.交流点拨提高实验