高中生物新课程实验教学的思考与探索

高中生物新课程实验教学的思索与探求

江苏省淮阴中学

孙立祥生物学是研讨生命景象和生命运动规律的科学，察看和实验是研讨生命科学的根本方法。高中学生经过生物课的学习，不仅要获得关于生命活动规律的根底知识，而且要在科学方法、科学才干、科学态度、科学精神、创新认识等方面得到开展。科学方法分类图表察看法实验法调查法模拟法逻辑思想笼统思想直觉和灵感数学方法模型方法获取阅历性资料的方法理性思想的方法归纳演绎分析综合类比数学模型物理模型概念模型系统方法一、高中生物新课程中实验内容的分类、分级安排与特点<普通高中生物课程规范(实验)>指出，教师应尽能够多地让学生参与实验和其他实际活动。在中学生物学课程中，实际活动应包括学生在各种实践任务条件下运用适当的设备和资料所进展的任何活动。在当前的教学条件下，实际活动大多在实验室里进展，包括①以教师操作为主的演示实验②以学生动手为主的察看、验证或探求实验③以实验探求为中心的研讨性学习④以个性开展为目的的专长生动作技艺训练⑤以实验为辅的专题讲座或单元课堂教学等。高中生物新课程中的学生实验，主要安排在必修部分的各个模块和选修部分的“生物技术实际〞模块中。〔一〕中学生物实验的分类1、早在20世纪70年代，克洛普弗等学者以为，中学理科实验室的教学活动主要有：①按照既定程序进展的练习、实验操作和验证的活动；②倾听科学方法的讲座；③执行凯勒方案，即以个性开展为目的的技艺训练；④多媒体辅助的实验教学；⑤实验的发现活动；⑥设计活动；⑦学生参与的研讨活动等。

〔一〕中学生物实验的分类2、克洛普弗将实验室教学活动的目的概括为：①获得知识和培育了解才干；②训练动作技艺；③参与科学探求的过程，包括察看、丈量、分析数据、提出问题和处理问题的方法；④了解科学家的方法；⑤培育对科学知识的兴趣和科学态度；⑥提高对科学知识及方法的运用才干。

〔一〕中学生物实验的分类3、根据学生实验目的的不同，可将学生参与的实验活动分为3类：察看验证型实验：实验察看技艺和实验操作技艺。探求型实验：科学探求才干。创新型实验：实验创新才干〔二〕中学生物实验的分级实验分级实验考查目标例证性实验观察或鉴别观察对象“是什么”，或鉴别实验材料中“有什么”观察线粒体和叶绿体DNA的粗提取和鉴定验证为阐明“为什么”或“怎么样”提供实验依据，证实物质或结构的动态变化观察细胞有丝分裂观察质壁分离及复原引导式探究教师提出实验结构或程序，学生参与“干什么”和“发现什么”的探究过程探究生物膜的透性提取和分离叶绿体色素自主式探究学生自主探究，设计和执行实验方案来检验对“有什么”和“为什么”的解释探究影响酶活性的因素探究低温诱导染色体加倍模拟或制作设计和制作实验研究的某种对象，或人为条件下模拟研究对象的动态变化制作DNA双螺旋结构模型模拟性状分离的杂交实验〔三〕高中生物新课程的实验安排模块序号实验课题类别级别生物11-011-021-031-041-051-061-071-081-091-101-11观察细胞中DNA和RNA的分布检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质使用显微镜观察多种多样的细胞观察线粒体和叶绿体通过模拟实验研究生物膜的透性观察植物细胞的质壁分离和复原探究影响酶活性的因素叶绿体色素的提取和分离探究酵母菌的呼吸方式模拟研究细胞表面积与体积的关系观察细胞有丝分裂技能技能技能技能探究验证探究探究探究探究验证ⅠⅠⅠⅠⅢⅡⅣⅢⅢⅢⅡ模块序号实验课题类别级别生物22-012-022-032-04观察细胞减数分裂制作DNA分子双螺旋结构模型模拟植物或动物性状分离的杂交实验低温诱导植物细胞染色体加倍验证技能验证探究ⅡⅤⅡⅣ生物33-013-023-033-043-053-063-07探究植物生长调节剂对插条生根的作用利用计算机辅助模拟人体内稳态的维持模拟尿糖的检测探究培养液中酵母菌群的数量动态变化土壤中动物类群丰富度的研究探究水族箱（或鱼缸）中的群落演替设计并制作生态瓶探究验证验证探究探究探究技能ⅣⅡⅡⅢⅢⅣⅤ“选修1：生物技术实际〞模块全部为学生实验课，该模块内容包括：微生物的运用、酶的运用、生物技术在食品加工中的运用、生物技术在其他方面的运用等部分，共有13项课题，26个详细实验内容。不同实验内容的教学目的各有偏重，有的偏重于使学生习得根本概念或原理，有的偏重于实践运用，有的偏重于科学方法训练和培育学生的科学态度。该模块的实验不要求学生全部完成，教师应根据学校的教学条件，指点学生选做５～７项课题的详细实验。每项实验活动时间不做硬性规定，同一项课题的详细实验内容可以交叉进展。该模块的实验多为探求性实验，有的为自主式探求，大多数为引导式探求。在引导式探求活动中，学习资料中提出实验构造或程序，学生本人设计并进展实验，经过参与探求过程有所体验和发现，从而到达预期的实验目的。多样性：察看实验、验证假设实验、定性实验、定量实验等多种方式探求性：在结果、景象未知的情况下经过实验设计去探求，进而获得结论，完好性：实验教学的“实验设计〞，可以采用生物资料设计实验，也可以设计模拟性实验；有条件的学校还可以适当引入多媒体技术进展虚拟实验。应鼓励学生参与设计实验。主体性：强调学生搜集处置、分析总结、察看和创新等才干的培育协作性：倡导协作性学习方式。〔四〕实验教学内容的特点二、高中生物新课程确定实验内容的根据及动作技艺与探求才干的要求〔一〕选择高中生物新课程的实验内容的根据1、根据新课程的理念和目的课程理念提高生物科学素养面向全体学生倡导探求性学习注重与现实生活的联络课程目的:<规范>中提出11项详细要求，其中的许多方面只需经过实验探求才干实现。2、根据学生的知识根底、心思特点和认知规律高一学生已具备一定生物学根底知识，这些知识以描画生物体的生命景象以及生物与环境的关系为主，他们更希望经过自主学习进一步认识生命的本质，以及生物与环境之间相互作用的本质。他们的思想活动正在完成由笼统思想为主向笼统思想为主的过渡。根据学生的知识根底、心思特点和认知规律，新课程的实验内容注重动作技艺训练的作用，在完成必要的实验操作技艺训练的前提下逐渐开展验证性和探求性实验教学。3、根据课程内容的性质分子与细胞：察看和实证的方法，建议以察看验证型实验设计为主，辅以探求实验设计进展教学遗传与进化：假说—演绎的方法，建议以探求实验设计为主，辅以察看验证和创新型实验设计进展教学稳态与环境：系统分析和数学模型的方法，领悟系统分析、建立数学模型等科学方法及其在科学研讨中的运用。建议以探求和创新型实验设计为主进展教学，辅以其它方式进展教学4、根据实验条件和教师才干程度〔二〕高中生物实验的动作技艺要求在中学生物新课程中，动作技艺训练的详细内容集中在实习、察看和实验方面，其中主要是生物实验技艺。有关动作技艺目的的实验教学内容，可划分为动作认知和动作技艺两大类。动作认知是指描画如何进展活动的规那么，包括实验内容、实验目的、实验原理、资料器具、药品试剂、实验设计、方法步骤、实验结果、分析结论等认知成分；动作技艺是指准确、衔接、协调、自动化的操作性动作。<规范>对动作技艺训练提出的根本要求是：可以正确地运用普通的实验器具，掌握采集和处置实验资料、进展生物学实验的操作、生物绘图等技艺。其详细内容及教学目的大致如下表：中学生物课程中动作技艺训练的目的初中年级高中年级⑴明确实验或观察的目标和对象⑵知道常用药品试剂⑶会使用常见生物实验仪器、工具⑷记住实验或观察的方法和步骤⑸熟练使用放大镜和低倍显微镜⑹会做简单的实验或观察记录⑺会初步分析结果和得到结论⑻栽培实验用植物⑼制作徒手切片和简单的装片⑽识别校园植物、制作蜡叶标本⑾饲养小动物，观察某些动物行为⑿解剖常见的小型无脊椎动物⒀制作昆虫标本⒁绘制生物体的轮廓图⑴明确实验目标，领会实验原理⑵熟悉常用仪器、器具⑶称量药品、配置常用试剂⑷熟练使用实体镜和解剖用具⑸熟练使用高倍显微镜⑹细胞内几种有机物质的检测⑺小动物的生理实验和观察⑻制作DNA双螺旋结构模型和生态瓶⑼遗传病和生态调查⑽细菌的接种与培养⑾植物组织培养和无土栽培⑿绘制生物图〔三〕开展科学探求才干的详细要求客观地察看和描画生物景象；经过察看或从现实生活中提出与生物学相关的、可以探求的问题；分析问题，阐明与研讨该问题相关的知识；确认变量；作出假设和预期；设计可行的实验方案；实施实验方案，搜集证据；利用数学方法处置、解释数据；根据证据作出合理判别；用准确的术语、图表引见研讨方法和结果，阐明观念；听取他人的意见，利用证据和逻辑对本人的结论进展辩护以及作必要的反思和修正。三、新课程目的下的生物学实验教学(一)察看验证型实验教学设计和建议普通遵照：目的要求：明确做什么？到达什么样的要求实验原理：资料器具：教师要擅长把实验仪器及药品性质、运用原理讲清，让学生明确仪器的原理和药品的特性，是培育学生运用它们的才干的根底方法步骤：培育学生擅长分析实验程序实验结果察看与分析：培育学生擅长分析实验景象讨论例：察看蝗虫精母细胞减数分裂目的要求：识别减数分裂不同时期染色体的形状、位置和数目实验原理：资料器具：蝗虫精母细胞减数分裂固定装片，显微镜方法步骤：识别初级精母细胞、次级精母细胞和精细胞—察看减数分裂各个时期染色体的形状、位置和数目—绘制减数分裂不同时期染色体图。实验结果察看分析：讨论：如何断定和区分减数第一、二次分裂等？察看才干、显微镜的运用操作才干的培育(二)探求型实验教学设计和建议提出问题作出假设制定方案实验操作分析结论交流反思控制变量给出操作定义资料设备方案预测１、提出问题，作出假设。实验探求是从提出一个科学问题开场的。所谓的科学问题，是指可以经过收信集数据而回答的问题。高中生物学的每个单元课题中，都包含着许多需求经过实验搜集数据并予以解答的问题。作出假设是科学探求的第二步。假设是一种推论或猜测，它是根据已有的知识、搜集的证据或者既往阅历，对问题作出的尝试性解释。假设的陈说应简而明，通常采用“假设……，那么……〞的句式。假设不是凭空猜测，必需以已有知识、阅历或证据为根据，此外，假设的真实性可以被检验，用以检验的根据应来源于搜集、分析和解读的实验数据。因此，假设中蕴含着可操作性实验内容。２、制定方案，预测结果。制定方案是探求性实验活动的关键环节，包括选择实验资料、确定实验器具、配制药品试剂、设计实验方案预测实验结果等。其中，设计实验方案是制定方案的中心，它包括确定实验组合、列出方法步骤、提出本卷须知、构思记载实验数据的格式等。设计实验方案时涉及到两个重要步骤：控制变量和给出可操作定义。变量是指实验中可以变化的因子，其中人为改动的因子称为调理变量，普通的实验中只设置一个调理变量；随着调理变量而改动的因子称为因变量，它是为了得到实验结果而需求察看的景象或丈量的目的。所谓的给出可操作定义，是指一个阐明某变量应该如何丈量，或者某个术语应该如何定义的陈说。例如，如何确定植物细胞能否发生质壁分别或复原呢？可操作性定义是，变厚的原生质层似凸形或帽状包围在收缩的液泡两端。在制定实验方案设计一张记录表，能协助他有序地记载察看或丈量结果。设计的实验方案中，假设涉及到运用易燃、易爆、易碎、有毒、有腐蚀或刺激性的器具和药品时，要写出实验的本卷须知。此外，在制定的探求实验方案中，还应该论述预期的实验结果。预测是对实验方案一旦付诸实施时“能够发生什么〞作出的推理。3、执行方案，搜集数据。执行方案是指完成实验操作的过程。实验中得到的察看和丈量结果统称为数据，经过搜集、整理和解读数据的过程，才干获得支持或否认假设的证据。察看获得的数据通常是指生物体形状、构造、行为和生理景象等，描画和绘图是搜集这些数据的主要方法。丈量获得的数据通常是度量衡数值，必需用相应的工具按照国际规范计量单位来丈量，将测得的准确数据记录在事先预备的表格中。4、分析数据，得出结论。分析数据是指在实验操作完成后，对搜集的实验信息进展整理和解读的过程，经过对数据分析找出研讨对象的开展趋势或不同事物之间的联络，思索实验数据提示的现实或规律，确定实验数据能否支持原先的假设，运用证据和逻辑分析对提出的问题做出答案或解释，从而得出最后的实验结论。由此可见，结论就是对实验研讨发现的总结。绘制图表是整理数据的常用方法。此外，还可以绘制柱形图、折线图或扇形图等。5、交流评价，进展反思。科学探求经常是一种协作性活动，彼此的交流与评价有助于相互启发和资料共享，自我的反思与修正有助于深化了解科学概念和认识科学活动的性质。交流就是与其他人交换看法、分享信息的过程。交流的内容主要包括：科学探求过程、科学实验方法、描画察看结果、展现丈量数据、报告研讨成果和结论。为了协助他人了解他所陈说的复杂过程或事物，需求利用图画、图表、计算机图像等建立一种模型。交流也是一个评价过程，评价内容涉及科学探求程序的方方面面。反思是指可以倾听和尊重他人的质疑，成认不同的观念或解释，并且在吸纳中肯意见的根底上修正本人的观念或结论。例：探求植物花粉母细胞减数分裂问题：植物的减数分裂过程能否与动物一样？假设：能够一样或不同实验设计：设计实验方案、实验步骤、实验方法等实施实验结果与分析：实验成败的缘由，表达、交流：实验结果、实验的关键步骤实验设计的概念实验设计，就是要求学生设计实验，选择实验器材，安排实验步骤，设计数据处置的方法及分析实验的景象。它包括设计实验方案、设计实验步骤、设计实验改良方法等。实验设计的“三要素〞实验对象：实验所用的资料即为实验对象。实验对象选择的适宜与否直接关系到实验实施的难度，以及他人对实验新颖性和创新性的评价。一个完好的实验设计中所需实验资料的总数称为样本含量。最好根据特定的设计类型估计出较适宜的样本含量。实验要素：一切影响实验结果的条件都称为影响要素实验效应：实验要素取不同程度时在实验单位上所产生的反响称为实验效应。实验设计的“六原那么〞对照原那么：主要包括空白对照组和非处置要素的实验对照组；随机原那么：尽量运用统计学知识来设计本人的实验，减少外在要素和人为要素的干扰。反复原那么：在一样实验条件下必需做多次独立反复实验。普通以为反复5次以上的实验才具有较高的可信度。最经济原那么平衡原那么弹性原那么(三)创新型实验教学设计和建议探求创新才干的主要要素是察看力、想象力、动手操作才干和发明力。完全开放式自主设计实验由学生独立完成以下过程：提出问题作出假设制定方案实施方案得出结论表达、交流例：探求植物花粉母细胞减数分裂学生作为主体完成：问题：植物的减数分裂过程能否与动物一样？假设：能够一样或不同实验设计：设计实验方案、实验步骤、实验方法等实施实验结果与分析：实验成败的缘由，表达、交流：实验结果、实验的关键步骤影响实验结果的主要要素取材分析：花药的大小药品与试剂分析：固定液的配制、染液的配制、药品的纯度等步骤及操作分析：漏做某个实验步骤，操作方法错误，操作不严厉显微镜的运用分析：例：植物花粉母细胞染色体制片实验资料：蚕豆、大葱、玉米等实验步骤：固定好的花蕾→→取材(剥出花药)→轻压→染色6-7min→加盖玻片→压片→轻敲→察看。涉及到的几个重要步骤：取材、固定、压片和染色、镜检植物花粉母细胞染色体制片难点和重点1〕花药的剥离2〕压片的轻重植物花粉母细胞染色体制片本卷须知1〕取大中小三种不同的花进展制片，以保证得到减数分裂各个时期的分裂相。2〕花粉母细胞大而圆，壁薄，留意与花药壁细胞区分。3)压片前先敲，可使细胞分散开；4)防止出气泡。百合的减数分裂前期的五个时期：〔四〕研讨几道高考题2001上海第39题〔l3分〕据药理研讨，一种茅草的根内含有降血糖的因子及多种有益于安康的成分，某公司将它开发成一种保健饮料。该产品能否适用于糖尿病患者，生物学兴趣小组的同窗以此作为研讨课题。请他完成下面的实验鉴定报告。〔1〕实验目的：鉴定一种茅草的根能否含有复原性糖和淀粉。〔2〕实验原理：复原性糖可用试剂、淀粉可用_____试剂来检测。〔3〕实验器材：一种茅草的根、所需试剂、刀片、载玻片、酒精灯、试管夹、火柴、滴管。〔4〕实验步骤：①鉴定复原性糖：____②鉴定淀粉：____〔5〕实验景象：____________〔6〕结果分析：_____________〔7〕在鉴定复原性糖的实验操作中应留意：______________2003上海42题〔11分〕在普通饲料中参与添加剂可以加速家禽和家畜的生长和增重。某饲料公司新近开发出两种新颖饲料添加剂1号和2号，委托某生物学小组实验这两种饲料的效果。请他为该小组设计一实验方案，方案中应包括：⑴实验详细步骤；⑵用直角坐标图直观地表示和比较实验结果；⑶实验要求在5周内终了。实验室有一批体重15g左右的小白鼠，可按需选用作为实验动物。〔四〕研讨几道高考题2004上海42题〔13分〕大麦种子构造如图1〔a〕发芽时，胚产生赤霉素。有人推测赤霉素分散到糊粉层，诱导合成淀粉酶，淀粉酶再分泌到胚乳中，使贮藏的淀粉分解，为胚生长发育提供物质和能量。有同学对此开展课题研讨，假设他是其中一员，请根据课题研讨要求，回答有关问题：课题一：赤霉素能否诱导淀粉酶合成。假设：赤霉素能诱导淀粉酶合成实验：供先资料——外表消毒的枯燥大麦种子假设干粒，将种子横切成两部分〔X部分无胚，Y部分有胚〕，如图1〔b〕所示。供选试剂——①蒸馏水②适当浓度的赤霉素溶液〔四〕研讨几道高考题方法——请在下表空格内填入适当的资料．试剂和用于定量测定的物质称号使用材料加入试剂测定物名称实验组对照组结果：假设假设成立，实验组和对照组的结果将如图2中的_______和________。〔四〕研讨几道高考题课题二：赤霉素诱导淀粉酶合成机粒能否与基因表达有关假设：赤霉素诱导淀粉酶合成与基因表达有关。实验：资料——同课题一试剂——①适当浓度的赤霉素溶液②放线菌素D〔mRNA合成抑制剂〕③亚铵环已酮〔蛋白质合成抑制剂〕。方法——设置三组，每组一切资料和参与试剂同课题一的实验组，定量测定生成物。16小时后,其中两组分别和人亚铵环已酬和放线菌素D,另一组作为对。结果：三组实验结果汇总于图3〔四〕研讨几道高考题讨论：①曲线b和c分别表示参与________和______后生成物量的变化。②参与放线菌素D，最终和参与亚胺环已酮一样，都能抑制生成物构成，阐明在种子萌生时的淀粉酶合成过程中，赤霉素的作用是影响基因表达的________过程。③曲线b和c不同的缘由是________。〔四〕研讨几道高考题2005上海40题〔12分〕萝卜贮藏根组织细胞中能否存在蛋白质和DNA？某生物小组对此进展研讨，他们从网上查阅资料得知：①蛋白质在10%NaCl溶液中可沉淀析出；②在蛋白质溶液中，参与双缩脲试剂，溶液呈现特有的颜色；③DNA溶于10%NaCl溶液但在95%酒精中呈白色絮状沉淀，析出。实验资料：白萝卜。实验器具：粉碎机、烧杯、漏斗、试管、滤纸、玻棒、镊子、载玻片、天平、纱布。药品及试剂：蒸馏水、NaCl、95%酒精、甲基绿染液、双缩脲试剂、蛋白质规范样品。请他根据所提供的条件参与实验设计并完成实验。一、资料处置：__________________________________________二、提取：______________________________________________三、鉴定及结果：________________________________________四、讨论：1．蛋白质在萝卜贮藏根组织细胞中所起的作用是_____________2．DNA主要来自萝卜贮藏根组织细胞的______________________〔四〕研讨几道高考题2004江苏42题〔11分〕环境污染对植物的生长发育有不同程度的影响。在一定程度上，植物在污染环境中也有继续坚持正常生命活动的特性，这种特性称为抗性。研讨植物的抗性对挑选具有净化环境的植物种类和维护环境有积极意义。〔1〕一项研讨阐明，植物对SO2的抗性与叶片上气孔密度和气孔大小等有关。所得数据如下表被测植物平均受害面积（％）气孔气孔密度（个／mm2）每个气孔面积（mm2）甲植物13.5218272乙植物33.4162426丙植物57.7136556〔四〕研讨几道高考题①该研讨阐明，植物对SO2的抗性与气孔的密度呈________关系，和每个气孔的面积呈____________关系。②在SO2污染严重的地域，最好选择表中________植物为行道树种。2〕工业消费中产生的SO2是酸雨〔pH＜5.6〕构成的主要缘由之一。有人设计实验研讨酸雨对植物的毒害作用。实验过程如以下图所示〔除图中特别阐明的外，其他条件甲、乙均一样〕：〔四