关于生物实验中变量和原则的探讨-初中-生物-教案

“关于生物实验中变量和原则的探讨”教学设计新疆石河子第一中学何铮教学分析人教版高中生物必修1第5章《细胞的能量供应和利用》第1节《降低化学反应活化能的酶》。本节内容包括“酶的作用和本质”和“酶的特性”两部分内容，本节课以探究酶的特性为主线，通过对实验的设计分析，帮助学生在掌握实验目的、原理的基础之上，确定实验方法，准确设置对照实验和控制变量。在科学、合理的实验设计过程中，通过对照实验的设置达到对变量的控制是整个实验的灵魂。通过对酶专一性实验的探究引起学生对细胞内化学反应的兴趣，在掌握生物实验一般方法的同时，培养学生的实验设计、操作和分析等多方面的能力。为第三节：呼吸作用，第四节：光合作用的学习，无论在知识上，还是在方法上都具有积极的意义。本节内容还包括一个学生实验“过氧化氢在不同条件下的分解”和一个探究实验“温度对酶活性的影响”。科学、合理的设置对照实验、严格操纵实验变量，控制无关变量，尽可能的消除实验误差，获得较准确的因变量是本节关键。这些都是新课程中探究性学习必须具备的素质。教师利用课本资源，加强学生实验能力的训练非常必要。我校教学班级较多（三个年级，每个年级26个班级），实验室数量有限，无法连续两节课开设不同实验。因此，我把本节教学内容做一调整，第一课时完成学生实验和探究实验，针对生物实验中变量和原则进行探讨。第二课时对“酶的作用和本质”以及“酶的特性”理论知识进行归纳汇总。指导思想1、在新课程实施中，应注意培养学生的科学思维、科学方法、科学精神等生物科学素养，本节课按照课标要求，倡导探究性教学，鼓励学生主动参与、合作学习、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。2、在学习本节内容时，学生已经具备了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、在本节课中，通过让学生演示过氧化氢在不同条件下分解的实验引入、引导学生阅读教材、提出问题实现知识的呈现和情景创设等，激发学生的求知欲，指导学生设计实验，引导学生进行实验探究并对一些简单的实验方案作出恰当的评价和修订，让学生掌握实验的设计原则的同时，提高学生的实验操作和实验分析等多方面的能力，进而提高学生的生物学素养，在此基础之上，引导学生构建数学模型，画出并深入理解自变量与因变量关系的曲线图。让学生充分体会到要揭示某一因素与所研究的问题间的必然联系，就应该正确地确定变量，并在实验中加以控制。实验的成功与否取决于实验中变量的控制的严密程度，而恰当的比喻，形象生动的生活事例，既可以使课堂引人入胜，又可以创设情景，激发兴趣，充分调动学生探究的积极性。教学过程中不仅重视知识的获取，而且更加突出地培养学生的学习能力，体现了“教为主导，学为主体”的思想。学情分析我校位于农八师，属于重点中学，生物实验室设备较好，能够保证每2位同学一组独立完成有关酶的特性的探究性实验操作。但是每个年级教学班级较多（26个教学班级），连续两节课同时开不同实验有点紧张。本班学生主要来自农八师各中学，部分来自外地州，均为择优录取的学生，学生在初中阶段已学习了生物学知识和化学知识，初中生物学习了关于“食物消化”的知识，对“酶”的作用有一定的认识。教学目标知识目标：1、总结在生物实验中与变量有关的概念和控制方法2、举例说明实验设计的基本原则：单一变量原则和对照原则能力目标：1、 通过酶的专一性的实验和探究，学生学会学会如何调控自变量，控制无关变量、学会观察和检测因变量的变化以及设置对照组的方法。2、 通过“探究温度对酶活性的影响”实验，进一步提高设计实验和独立操作的能力，提高观察、分析、判断的思维能力。3、 学生能运用所学酶的特性的相关知识解释日常生活中的生物学问题。情感态度价值观：认识生物科学的价值，形成质疑、求实、创新、合作和勇于实践的科学精神和严谨的科学探索态度。教学重、难点教学重点：1、生物实验中的自变量、因变量、无关变量的含义和控制。2、单一变量原则和对照原则。教学难点：实验中控制变量的科学方法。六、教法与学法在本节教学中，让学生进行有关的实验和探索，引导学生掌握通过控制变量进行实验探究的科学方法，让学生在实验过程中给主动思考，发现问题，通过小组合作、班级合作解决问题。通过多媒体辅助教学，更加形象、直观的给学生呈现对照实验。引导学生建构数学模型，培养学生通过现象解释本质的洞察能力。七、教学手段多媒体动画演示、演示实验、分组探究实验八、教学过程教学步骤教师的组织和引导学生活动教学意图引入回顾过氧化氢在不同条件下的分解，请学生上台演示该实验，并请其他同学对实验现象和实验结果进行比较和分析。上述实验说明了酶的一个特性——高效性。进行实验操作，分析实验结果引导学生自己动手操作，主动观察实验现象，循序渐进的讨论，引发兴趣。概念一个完整的实验设计方案应包括实验项目、假设、预期、实验观察和收集数据、分析推论、书面实验报告等几个方面，实验方法步骤中必须遵循单一变量，对照性原则。科学、合理地控制变量的单一性，设置对照实验可以使实验方案简洁、明了，且使实验更具有说服力和可信度。请同学们阅读课本79页，找出变量、自变量、因变量、无关变量、对照实验的定义，并参照定义找出刚才演示实验中的变量。如何设置对照实验呢？我们举例说明。阅读课本，自主学习，了解相关概念，同学间相互交流。找出实验中的变量和对照实验。引导学生认真阅读，尝试从课本中获取相应的知识，培养严谨的科学思维和科学态度。对照实验的设置方法一我们知道淀粉和蔗糖都是非还原性糖，淀粉在酶的作用下水解为麦芽糖，蔗糖在酶的作用下水解为葡萄糖和果糖。麦芽糖、葡萄糖、果糖均属还原性糖。问：如何通过实验来验证是否为还原性糖？现有材料淀粉、蔗糖、唾液淀粉酶溶液、蔗糖溶液，要探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用，应该如何设计实验？如何判断淀粉酶催化了糖的水解呢？巡视，解决学生的疑问，找出不同思路的小组展示实验设计步骤，请其他小组点评。提出问题，请同学们实验后回答：问1：哪支试管在加入斐林试剂后再加热会出现砖红色沉淀？问2：出现砖红色沉淀的原因是什么？问3：实验结论是什么？上述实验说明了酶的又一个特性——专一性。在本实验中，绝大多数同学没有设置专门的对照组，而是用两个实验组相互对照。这是设置对照实验中的一种方法——相互对照请学生举例说明学过的实验中的相互对照。质疑：如果在实验中两支试管都出现砖红色，会是什么原因造成的呢？如何避免实验误差？学生积极思考，回答：还原糖能够与斐林试剂在50-65℃水裕条件下发生氧化还原反应，生成砖红色沉淀。学生分组讨论，找出自变量、因变量和无关变量，设计实验步骤。经过多组讨论修正，有两种思路，分别按各自思路进行实验操作。思路一：换底物不换酶1、取两支试管，编号1、2，分别加入2ml可溶性淀粉溶液和蔗糖溶液。2、分别加入2ml唾液淀粉酶溶液，混匀并在37℃保温5min。3、分别加入斐林试剂1ml，混匀，并在沸水浴中保温2min。4、观察实验现象，对实验结果进行比较分析。思路二：换酶不换底物1、取两支试管，编号1、2，都加入2ml淀粉溶液。2、分别加入2ml唾液淀粉酶溶液和2ml蔗糖酶溶液，混匀并在37℃保温5min。3、分别加入斐林试剂1ml，混匀并在沸水浴中保温2min。4、观察实验现象，对实验结果进行比较分析。学生讨论，分析得出：在加入淀粉溶液和淀粉酶的试管中。回答：试管中出现了还原性糖。回答：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。学生讨论、分析得出：观察植物向光性实验中，利用生长状况相同的胚芽鞘在不同条件下处理。验证植物根的向地性，在实验中，不同方向放置植物。温度、PH值影响酶活性等。学生讨论回答：可能是实验中的无关变量引起的。可能是蔗糖在酶的催化下水解成还原性糖。这酶可能来自于微生物。最好在实验前先用斐林试剂检验蔗糖的纯度。也可能是试管没洗干净，残留的有还原性糖。让学生自己动手，提高实验设计和操作的能力。引导学生明确两个原则：对照原则、控制变量原则。对照实验的设置方法二问：根据酶的专一性，催化蔗糖水解的是哪一种酶？思考：验证蔗糖酶能催化蔗糖水解。实验变量、实验组、对照组应如何处理？滴加蒸馏水的试管的实验对象没有做实验处理，这种情况下的对照——空白对照思考：举例说明实验中用到空白对照的情况。小结：如：还原糖鉴定实验中，一组加入斐林试剂，一组不加。用甲状腺激素饲喂蝌蚪与正常情况下不做任何处理的属于空白对照。回答：蔗糖酶小组讨论分析，回答：自变量是蔗糖酶，因变量蔗糖水解速率，无关变量为加入试剂的量、实验温度等。实验组滴加蔗糖酶溶液，对照组滴加等量的蒸馏水。学生讨论、举例分析。如探究生长素类似物促进扦插的枝条生根实验的预实验中单设的用蒸馏水培养扦插枝条的一组。激发学生的学习兴趣，体现学生的主体地位。对照实验的设置方法三如果在刚才验证蔗糖酶催化蔗糖水解的实验中，只用一支试管，加入酶前后用斐林试剂检验蔗糖是否被水解，即对照组与实验组在同一对象上进行，不另设对照组，这种这几对照试验的方法称之为自身对照。这种方法简便，关键是看清楚实验前后现象变化的差异，实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化则为实验组。举例：探究胰腺在血糖调节中的功能，胰腺切之前（对照组）和切之后（实验组）作为对照。思考：学过的实验或做过的习题中有哪些实验是自身对照？小结：多媒体动画演示质壁分离和复原实验、德国萨克斯和美国恩格尔曼所做的关于光合作用的实验。学生积极思考，举例说明。如：质壁分离与复原等。以学生为主体，帮助学生将所学知识条理化。对照实验的设置方法四设置对照实验中还有一种方法——条件对照，即给对照组施加部分实验因素，但不是所研究的实验处理因素。这种方法是指不论实验组还是对照组的对象都做不同条件的处理，目的是通过得出两种对立的结论，已验证实验结论的正确性。如：“探究甲状腺激素的生理功能”实验。多媒体演示实验设计方案和实验实施流程：甲组：饲喂甲状腺激素（实验组）乙组：饲喂甲状腺激素抑制剂（条件对照）丙组：不饲喂药剂（空白对照）该实验既设置了条件对照，又设置了空白对照，通过比较、对照，更能充分说明实验变量——甲状腺激素能催进生长发育。课堂反馈：请用DNA酶作试剂，选择适当的材料用具，验证促进R型细菌转化成S型细菌的物质是DNA，并预测实验结论。用现有材料，设计实验“探究温度对酶活性的影响”，进行实验操作，并对结果进行分析，绘制自变量与因变量关系的曲线图。巡视，对有疑问的小组进行指导，纠正学生操作中的错误。如：（1）酶和底物都需分别在同一温度下处理一段时间，以防止由于两种溶液的温度不同而使混合后的溶液温度发生变化，影响实验结果。（2）淀粉与相应温度的淀粉酶混合后，应在所控温度下继续保温一段时间，以确保淀粉充分水解。（3）实验中不宜选用斐林试剂，因为斐林试剂与还原糖只有在加热条件下才会有砖红色沉淀生成，而该实验需要严格控制温度。小组讨论，设计实验步骤，进行实验操作学以致用，在自主探究、合作探究及师生讨论过程中，巩固所学知识，提高培养分析问题，解决问题的能力。课堂小结生物实验通过对照实验的设置，达到对变量的控制，是整个实验设计的灵魂。因变量的确是非常重要，因为任何一个科学实验的结论都是从因变量所表现出来的数据或状态中推导分析出来的。同时，对其他无关变量应进行控制，设置对照试验，尽可能的消除实验误差，确保实验的严谨和科学性，使实验结论更具有说服力。请学生小结本节课的收获和心得体会。解答学生疑问，并对提出新问题的学生进行表扬。谈本节课的心得体会，提出实验过程中未解决的疑问。鼓励学生积极思考，自主学习，激发学生的学习兴趣。作业为了验证血浆中的无机盐含量对红细胞形态的影响，现提供加入了柠檬酸钠溶液的活鸡血，生理盐水，10%NaCl溶液，蒸馏水，试管，滴管，显微镜操作器材等，请设计实验，并预期结果。学生根据自己的情况，可独立设计，也可小组合作设计完成。促进学生进一步掌握知识，学会灵活运用，巩固提升学习效果。九、教学反思如何结合教材要求和实验设计专题训练，使学生认识到变量分析在实验中的重要性，并掌握行之有效的分析方法，是值得我们在教学中认真探索的。本节课旨在通过对实验的设计分析，帮助学生确定实验方法，准确设置对照实验和控制变量。强调探究的有效性、自主性，调动学生的学习热情，充分发挥学生的主体地位，引导学生在设计探究性实验的过程中，去思考、反思、领悟，在掌握生物实验一般方法的同时，提升学生的逻辑思维和表达、实验设计、操作和分析等多方面的能力，培养严谨的科学思维和科学态度。本节课值得肯定的方面：一是采用了引导探究式的教学方法，教师通过创设自主合作的学习情景、平等融洽的人际环境，激发学生的学习积极性。教师由单纯的信息表达者转变成信息的加工者、组织者，处于主导地位；学生不是被动地接受知识，而是在观察和思考中，愉快地学习，处于主体地位。课堂教学过程中通过师生互动、生生互动，让课堂充满了活力，新课改理念得到了落实。二是本节课以“生物实验中变量和原则的探讨”过程为主线贯穿始终，课堂教学思路十分清晰，挖掘了教学内容中地科学探究内涵，充分利用它，让学生感受、理解知识的