初中生物实验教学

初中生物实验教学第1页，共49页，2023年，2月20日，星期三发言提纲实验教学的价值获取证据的方法理性思维的方法观察和实验教学第2页，共49页，2023年，2月20日，星期三让学生参与实验等探究可以帮助学生：理解科学概念；对于我们是“如何知道”我们所知道的科学事实这一过程有惊羡之感；理解科学的本质；掌握对自然界进行独立探究的必要技能；形成运用技能、能力和秉承科学态度的习惯。

——《美国国家科学标准》第3页，共49页，2023年，2月20日，星期三科学过程的教育价值客观精神。科学规范、规则意识的教育。合作精神和团队意识的培养。培养学生勇于承认错误、改正错误的实事求是的态度。第4页，共49页，2023年，2月20日，星期三实验培养学生批判精神的

美国教学案例培养学生的批判精神和创新精神是美国高中教育的核心理念之一。“知识可以忘记，但是批判精神和创新精神将会对孩子一生发展具有决定意义。”水蚤是美国初高中被广泛用来作为生物学实验的材料，特别是研究不同的化学物质对其心跳的影响。在实验前测量水蚤的心率施加某种化学物质后再测量其心率，然后将结论作为该种化学物质对其心率有无影响的依据。这个经典的实验能用来培养学生的批判性思维吗？第5页，共49页，2023年，2月20日，星期三教学过程指导学生实验，记录心率学生先测量水蚤每分钟的心跳次数，然后通过引流法设法移走水蚤身边的部分或全部的溶液，替换一种实验用的化学溶液，学生可以在酒精或尼古丁之间选择一个，停留一定时间（如2min）后再次观察，并记录心率。学生姓名所选材料前测心率后测心率第6页，共49页，2023年，2月20日，星期三引导学生分析数据，结果学生发现：用酒精或尼古丁刺激水蚤，并不能得到相同的预期结果。教师组织讨论，请学生提出解决办法来改进实验。设法使用水蚤的培养液作为化学物质的溶剂，而不是都使用蒸馏水；确保所有的溶液是统一温度，特别是考虑显微镜下的灯光对在载玻片的影响，要使用冷光源；在更换了溶液之后的5~15min内多次测量心率，求平均值，而不是只测量1min；替换其他的溶液，如咖啡因、氯化钾、肾上腺等来试试看；第7页，共49页，2023年，2月20日，星期三进行盲试或双盲试实验，让所有的人，包括教师也不知道你到底用的是何种物质在做实验，减少主观思维对实验的影响；所用的溶液应为相同的浓度，比如，将水蚤周围的溶液全部吸干，否则浸润在水蚤周围的溶液浓度可能有差异；用一些水蚤作为对照组，移去溶液，并用它原来的培养液进行同样的操作看看；设计一个新的方法来数水蚤的心跳，比如用显微录像机录下来，然后慢放来计数；尝试让水蚤减少运动，这样便于数心跳，也减少其本身运动导致的心率变化；使用相同的水蚤，比如虫的年龄、大小、生活状态等要一致，等等。第8页，共49页，2023年，2月20日，星期三学生再次实验，提交实验报告。教师进行了大量的统计，在另外一节实验课上将学生的实验报告进行分析和点评，特别指出一个结果：几乎所有的学生都做了第7条的实验，在这个对照组中发现，用原来的培养液代替从盖玻片下移去的培养液，也有70%左右的水蚤心率出现了明显改变。教师对这一结果进行了启发式提问：这说明什么呢？你认为影响这个实验结果的最主要原因是什么？第9页，共49页，2023年，2月20日，星期三教师呈现最近一周有关报纸和杂志上介绍的研究成果的文章，有的支持或反对以前的实验，有的提出新观点。要求学生读这些报道时用批判性的思维来质疑，对别人的研究工作提出困惑。第10页，共49页，2023年，2月20日，星期三启示这个实验的核心价值不是仅仅帮助获得所期望的某种化学物质对心率影响的预期结果，其更重要的价值在于通过这个实验，在探索活体生物对化学物质刺激反应的变化的时候，需要理解用活体生物做实验，研究者将会遇到的困难有多少。Neering教师这样说：“我并不是希望这个经典的实验练习带给学生所期待的结论。但是，如果我们是希望学生做科学，而不是记住结论或完成菜谱式的实验操练，这个水蚤实验已经给我们提供了非常有效的学习体验，至少，他们学会了怎样科学地质疑。”第11页，共49页，2023年，2月20日，星期三第12页，共49页，2023年，2月20日，星期三实验法从理科教学安排实验的角度看，是为了检验某种理论或假说而进行的某种操作或开展的某些活动（包括观察、实验、调查、模拟实验等）。从科学研究角度看，实验通常指运用一定的仪器设备，在人工控制的条件下，观察研究自然现象及其规律的特殊的社会实践活动。是获取经验事实和检验科学假说、理论真理性的根本途径。第13页，共49页，2023年，2月20日，星期三实验法优点：纯化和简化研究对象；强化和再现研究对象；延缓和加速自然现象。生物学规律是生物内在的稳定关系。规律的稳定性就在于它的重复性。生物学实验的重要作用就在于能创造一定的条件，促使符合规律的生命现象和过程反复出现，便于观察和研究，获得真实、可靠、准确的科学结论。第14页，共49页，2023年，2月20日，星期三实验分类实验室实验自然实验医学实验心理实验教育实验第15页，共49页，2023年，2月20日，星期三实验室实验分类按实验的直接目的分：探索性实验、验证性实验按实验中质与量的关系分：定性实验、定量实验按实验在科学认识中的作用分：结构分析实验析因实验对照实验模拟实验按理科教学中的教学形式分：演示实验学生实验并进实验活动课按实验步骤分：预备实验、正式实验第16页，共49页，2023年，2月20日，星期三比较实验为了找出或确定两种以上事物之间的异同和优劣而安排的实验。相对比较实验是把两种或多种实验单元作相对比较，以确定实验单元之间某种特征上的异同和优劣。对照比较实验是把某个因素属于未知的事物同一个已经确定的已知事物作对比，以便确定该因素的影响而安排的实验。为了确定某种因素对实验对象是否有影响，选择确定已知的事物可以是对实验对象有影响的，也可以是对实验对象没有影响的。第17页，共49页，2023年，2月20日，星期三析因实验为了找出引起某些变化的原因而安排的实验。特点：结果是已知的，而影响结果的诸因素特别是其主要因素是未知的。对于有两个影响因素的析因实验，可采用对照比较的方法，确定其主要影响因素。对于多个影响因素，可采用逐个排除的方法，每次只变化其中一个因素，而控制其他因素不变，以确定每种因素的具体影响，最后找出其主要原因。第18页，共49页，2023年，2月20日，星期三模拟实验在科学实验中，有时受客观条件的限制，无法对某些自然现象或研究对象进行直接实验，可以采用模拟实验。模拟实验是利用自然界现象中有不少相似性的规律，通过设计一种与对象、自然现象或自然过程相似的模型，然后通过模型间接地研究原型的规律性。模型必须满足的条件：模型必须与原型相似；模型在科学认识过程中要能代替真正的研究对象；要能够从对模型的研究中得到关于原型的信息。第19页，共49页，2023年，2月20日，星期三探索性实验探索性实验是探索研究对象的未知属性、特征与其他因素的关系的实验方法。根据实验目的，利用已知、外加的因素去干扰研究对象，看会产生什么结果，因此也叫做“试验”。理科教学安排的探索性实验为：在提出问题的基础上，学生自己安排实验，设计实验步骤，通过观察来搜集资料、数据，在分析思考、科学抽象之后，概括或归纳出概念和结论。第20页，共49页，2023年，2月20日，星期三验证性实验验证性实验是验证某一理论是否正确的实验，是在对研究对象有一定了解，并提出了研究对象的某种假说后，为验证这种假说是否正确而安排的一种实验。验证性实验教学是教师在课堂上先讲授知识，后组织学生实验，让学生用实验结论来验证已学过的基本概念、原理和规律。通过实验，可以强化对基本概念、原理和规律的理解，还可以增强实际操作能力，达到提高实验技能的目的。第21页，共49页，2023年，2月20日，星期三观察法应当学会观察，不学会观察，你就永远当不了科学家——巴斯德没有观察就没有科学观察是古代科学应用的主要方法。观察是科学发现的重要途径。观察为构建和检测科学假说服务。第22页，共49页，2023年，2月20日，星期三观察法科学观察是指在自然发生的条件下，通过自身感觉器官或仪器设备，有目的有计划地对研究对象进行观察。科学观察是搜集科学事实的基本途径，是科学研究的基本方法之一。什么情况下运用观察方法？从认识的有限性考虑。从认识对象的性质考虑。从认识的结果考虑。第23页，共49页，2023年，2月20日，星期三观察法进行正确的观察客观性原则。全面性原则。连续性原则。典型性原则。典型的观察对象；典型的观察条件。第24页，共49页，2023年，2月20日，星期三调查法调查法是科学研究中最常用的方法之一。它是有目的、有计划、有系统地搜集有关研究对象现实状况或历史状况的材料的方法。抽样方法单纯随机抽样是在总体中以完全随机的方法抽取一部分观察单位组成样本。系统抽样又称等距抽样或机械抽样，即先将总体中的全部个体按与研究现象无关的特征排序编号；然后根据样本含量大小，规定抽样间隔k；随机选定第i（i＜k）号个体开始，每隔一个k，抽取一个个体，组成样本。第25页，共49页，2023年，2月20日，星期三调查法整群抽样是先将总体划分为K个“群”，每个群包含若干个观察单位，再随机抽取k个群（k＜K），由抽中的各群的全部观察单位组成样本。分层抽样是先将总体中全部个体按对主要研究指标影响较大的某种特征分成若干“层”，再从每一层内随机抽取一定数量的观察单位组成样本。抽样方法的抽样误差大小：整群抽样≥单纯随机抽样≥系统抽样≥分层抽样。第26页，共49页，2023年，2月20日，星期三调查教学在学校生物园或附近的小池塘、农田等环境中调查生物之间的关系调查生产中利用植物光合作用和呼吸作用原理的有关措施调查当地有关食品安全问题的实例调查班级学生的近视率，分析其原因调查人类活动破坏或改善生态环境的实例调查当地食用菌的种类及生产情况调查当地的主要传染病第27页，共49页，2023年，2月20日，星期三对科学事实进行科学概括从比较中发现异同从分类中反映事物的本质从类比中由已知伸向未知从归纳中探求因果关系第28页，共49页，2023年，2月20日，星期三从归纳中探求因果关系因果关系的特点：普遍必然性、共存性、先后性、复杂多样性。因果关系的上述特点为我们寻找因果关系提供了向导和依据。例如，因果关系具有先后性，一般总是先因后果。因此，我们在寻找一个现象的原因时，就应该到它的先行现象中去寻找，不应该在它的后续现象中去寻找。在古典归纳逻辑中，由培根先行提出、穆勒系统总结的“求因果五法”：求同法、求异法、求同求异并用法、共变法和剩余法。第29页，共49页，2023年，2月20日，星期三求同法（契合法）：异中求同如果所研究的对象出现在两个或两个以上的场合中，只有一个情况是共同的，那么这个共同的情况就与所研究的现象之间有因果联系。场合先行情况被研究的对象（1）A、B、Ca

（2）A、D、Ea

（3）A、F、Ga

所以，A（可能）是a的原因第30页，共49页，2023年，2月20日，星期三求异法（差异法）：同中求异如果所研究的对象出现的场合与它不出现的场合只有一点不同，即在一个场合中某个情况出现，而在另一个场合中这个情况不出现。那么，这个情况与所研究的对象之间就有因果关系。场合先行情况被研究的对象（1）A、B、Ca

（2）--、B、C--所以，A（可能）是a的原因为了避免应用求异法可能产生的错误，应注意：（1）在两个场合中除某一个情况不同外，是否还隐藏着其他不同的情况；（2）两个场合里唯一不同的这个情况，是被研究现象的全部原因还是部分原因。第31页，共49页，2023年，2月20日，星期三其他三种方法契合差异并用法共变法：如果某一现象发生一定程度的变化时，另一现象也随之发生一定程度的变化，那么这两个现象之间有因果关系。有情况A1、B、C，有被研究现象a1有情况A2、B、C，有被研究现象a2有情况A3、B、C，有被研究现象a3所以，A（可能）是a对象发生的原因剩余法第32页，共49页，2023年，2月20日，星期三观察教学用显微镜观察池塘水中的微小生物给学生提供多种动植物材料，通过制作临时装片，进行观察、比较和归纳观察某种原生动物的取食、运动、趋性观察洋葱根尖细胞分裂的切片栽培一种常见植物，观察从种子到成熟植株的生长发育以及开花结果的整个过程观察血涂片观察小鱼尾鳍内血液流动现象观察人或动物的某些反射活动，说明其意义观察动物的不同行为观察家蚕的生殖与发育观察酵母菌、霉菌第33页，共49页，2023年，2月20日，星期三案例：观察植物（动物）细胞课标具体内容：阐明细胞是生命活动的基本结构和功能单位活动建议：给学生提供多种动植物材料，通过制作临时装片，进行观察、比较和归纳目的材料用具方法步骤讨论第34页，共49页，2023年，2月20日，星期三“生物体的结构层次”主题下的

重要概念细胞是生物体结构和功能的基本单位动物细胞、植物细胞都具有细胞膜、细胞质、细胞核和线粒体等结构，以进行生命活动。相比于动物细胞，植物细胞具有特殊的细胞结构，例如叶绿体和细胞壁。细胞能进行分裂、分化，以生成更多的不同种类的细胞用于生物体的生长、发育和生殖。一些生物由单细胞构成，一些生物由多细胞组成。多细胞生物体具有一定的结构层次：包括细胞、组织、器官（系统）和生物个体。统领本主题的上位概念细胞自身进行生命活动的结构生物体的生长、发育和生殖等功能是通过细胞实现的在结构上细胞与生物体的关系第35页，共49页，2023年，2月20日，星期三目的观察细胞的基本结构；练习制作临时装片和使用显微镜；初步学会画细胞结构图。材料器具洋葱鳞片叶，水绵或其他动植物材料，人口腔上皮细胞装片或其他动植物装片和切片；显微镜，载玻片，盖玻片，吸水纸，刀片，镊子，牙签，滴管，干净的纱布；生理盐水，清水，碘液等。课标教学实例2第36页，共49页，2023年，2月20日，星期三方法步骤（1）参照下图，利用洋葱鳞片叶、水绵或其他动植物材料，制作临时装片，或者寻找几种永久动植物装片和切片。

（2）取出显微镜，进行显微镜的对光操作。（3）用显微镜观察制成的临时装片或永久装片。注意先用低倍镜观察，后用高倍镜观察。（4）认识细胞的基本结构。

动物细胞表面一层很薄的膜是

，植物细胞之间有细胞壁隔开，植物细胞的细胞膜紧贴在细胞壁内侧。

动物细胞、植物细胞内部近似球形的结构是

。位于细胞膜和细胞核之间的结构称为

。（5）在下面方框中绘出观察到的动物细胞、植物细胞的结构图。第37页，共49页，2023年，2月20日，星期三讨论（1）动物细胞、植物细胞在结构上有哪些共同点？（2）动物细胞、植物细胞在结构上有哪些主要的区别？第38页，共49页，2023年，2月20日，星期三实验教学探究影响鼠妇分布的环境因素探究种子萌发条件探究光合作用的条件、原料和产物探究发生在口腔内的化学消化探究几种食物热价的差异探究蚂蚁或其他动物的行为探究食品保存的方法探究酒精对水蚤心率的影响探究“酸雨”的危害模拟“血型鉴定”第39页，共49页，2023年，2月20日，星期三案例：探究影响鼠妇分布的环境因素目的提出问题作出假设制定计划：实验思路、材料用具、

实验装置、方法步骤实施计划得出结论表达和交流第40页，共49页，2023年，2月20日，星期三

关于科学探究科学探究指的是科学家们用以研究自然界并基于此种研究获得的证据提出种种解释的多种不同途径。科学探究也是学生用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。

——美国《国家科学教育标准》第41页，共49页，2023年，2月20日，星期三关于科学探究科学探究的对象是自然界；寻找证据是科学探究的重要内容；科学探究目的是基于证据对自然界的现象作出解释；获得证据和作出解释的途径是多种多样的。学生的科学探究的目的是获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界的方法。第42页，共49页，2023年，2月20日，星期三

科学问题科学探究是从提出科学问题开始的，提出科学问题的目的是为了寻找一种解释。科学问题包含着一定的求解目标和应答域，但尚无确定的答案。真正的科学问题是一个暗含着理论假说的问题，是启发学生提出更多问题和假说的梯子。因此科学问题要明确、清晰，要具体。使我们探究起来有的放矢。科学问题应该是目前科学发展水平所能胜任的问题，是能够通过收集数据（例如通过调查、实验获得数据）而回答的问题。第43页，共49页，2023年，2月20日，星期三评价一个提出的问题是否较好，首先看问题是不是我们在学习过程中遇到不解和矛盾时自己提出来、能够探究的；其次看问题暗含的变量是不是在两个以下。如果包含的许多变量，反映了提问者对问题所涉及的研究对象的认识才刚刚开始；而只两个变量的问题说明提问者对现象认识更进一步，明确了这些变量之间存在着的因果关系，已经初步获得了一个因果关系的解释，探究问题的目的是很明确的，就是为了通过数据收集来证实（或证伪）已获得的初步的解释。第44页，共49页，2023年，2月20日，星期三区分开放性问题与封闭性问题下面两组问题：

“怎样抗击疟疾？”

“青霉菌在什么温度、湿度等条件下会产生?”

“我们应该怎样改善环境？”

“不同颜色的池塘中，鱼的数量（种类）有什么不同”开放性的问题无边无际，封闭性的科学问题往往指向确定的答案。怎样的问题有利于活动的设计、学具的选择，有利于教学目标的明确，有利于学生能够沿着活动所指引的，而不是教师规定的清晰的目标，顺利地到认知的彼岸。第45页，共49页，2023年，2月20日，星期三如何提出具有探究价值的问题疑问是提出问题的基础。从疑问到具有探究价值问题的步骤：去除仅仅是在陈述之后加上一个问号，没有办法解答或不需要解答的假问题；对那些需要进一步搜集证据解答的疑问，解析解决问题的途径，去除可通过观察和查阅文献解决的问题；将剩下的问题，任选其一，引导学生在尝试解答的过程中发现，答案不确定；