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【内容摘要】实验设计有关知识,在高中生物教材和教参中,没有系统的介绍。但在近几年高考生物试卷中均有出现,学生得分率不高。因此有必要向学生进行实验设计的方法、步骤的教学。教学中主要需向学生讲清楚以下内容:一、理清实验设计的方法、步骤,让学生有方可循。二、渗透有关实验理论,让学生有据可依。三、重视教材的实验性教学,变对知识的“结论式”教学为“过程式”教学。
【关键词】提高 实验设计 能力
所谓实验设计,是指正式进行科学试验之前,根据一定的目的要求,运用有关的原理制定的一套研究方案。这在近几年全国高考理综生物试题和各省单独命题理综生物试卷中均有出现,为此,笔者提出以下几点可提高学生实验设计能力的策略。
一、理清实验设计的方法、步骤,让学生有方可循
一个完整的实验设计方案,一般包括以下内容:
1.实验题目;2.提出假设;3.设计实验;4.预期结果;5.实验操作;6.观察和收集数据;7.分析数据得出结论;8.交流反思。
二、渗透有关实验理论,让学生有据可依
实验过程中的关键是对照实验的设置,对照实验的核心又在于变量的确定。因此有必要向学生渗透有关实验设计理论和对照理论。有助于提高学生的实验设计能力。
1.变量理论及其教学。变量指实验中特定的因素和条件,一般包括四种;①自变量和因变量。自变量指实验中由实验者所操纵、设定的因素和条件。因变量是指由自变量引起的变化和结果。即自变量为原因,因变量为结果,二者为因果关系。②控制变量和干扰变量。控制变量是指实验中除自变量以外影响实验变化的因素和条件。干扰变量是指实验中由于控制变量所引起的变化和结果。所以干扰变量会对因变量起干扰作用。在教学中可渗透变量理论教学,如在做课堂演示实验“温度条件对酶活性的影响”过程中,可边演示实验边讲解,并指出该实验中人为设定的低温(加冰水)、适温(37度水浴)、高温(加沸水)条件就是自变量。随着温度的改变,酶的活性也在改变,使反应结果发生改变,这就是因变量。而该实验的PH值、酶的浓度等是控制变量,会对实验结果产生一定的影响,即产生干扰变量。所以实验中应尽量平衡控制变量,即使PH值、酶浓度、底物浓度一致,尽量减小干扰变量对结果的影响。然后向学生提问:“PH值对酶活性影响”实验中,各变量该如何确定?并让学生讨论。这样,可以让学生领会到变量理论的实质,进一步指导实验的设计。
2.对照实验理论的内容及教学。设置对照的目的在于排除控制变量对结果的影响,即平衡干扰变量,使实验结果的可信度高,说服力强。由于控制变量对实验组和对照组的影响是相同的,所以对照组和实验组的差异就可以认定为来自自变量所引起的因变量。一般情况下,不设对照组而只有实验组的实验是没有意义的。
对照的形式一般有以下几种:①空白对照,指不给对照组任何处理条件。如在“验证酶的催化作用”的实验中,向甲试管加入稀唾液,再向乙试管加入等量的清水,一起水浴加热,比较它们的变化。则甲为实验组,乙为空白对照组。②自身对照,指实验组和对照组在同一研究对象上进行,一般单组实验就进行自身对照。如“观察植物细胞质壁分离和复原现象”实验中,在向临时装片加入蔗糖溶液之前为对照组,加入蔗糖溶液之后为实验组。自身对照的关键是要观察实验处理前后材料的变化。③相互对照,不专设对照组,而是把几个实验进行相互对照。如“验证植物对矿质元素的吸收具有选择性”实验中,用配制相同的培养液分别培养蕃茄和水稻,最后检测两组实验培养液中的元素变化。这两组实验就是相互对照。④条件对照,虽给实验材料某种处理,但也是为了对照,目的是增强实验结果的可信度。如“研究甲状腺激素对蝌蚪的影响”实验中,甲组:饲喂含甲状腺制剂的饲料;乙组:饲喂甲状腺抑制剂的饲料;丙组:饲喂正常饲料。其中丙组为空白对照,而乙组为条件对照。
三、重视教材的实验性教学,变对知识的“结论式”教学为“过程式”教学
我们必须转变传统的让学生对知识本身进行简单的理解和记忆的“结论式”教学,变为让学生通过对知识的发生、发展过程的认识,来进一步加深理解和掌握知识的“过程式”教学。也就是说,不仅要让学生“知其然”,还让学生“知其所以然”。这样做不仅可以提高学生对知识的理解、运用能力,同时也培养了学生实验设计能力和创新能力。事实上高中生物教材中蕴含了丰富的内容,可供学生实验设计能力的培养。如第二章“酶的作用”、“酶的特性”、“影响酶活性的因素”;第四章“生长素的发现过程”、“生长素的生理功能”、“动物激素的生理功能”等结论性的知识,都可以通过设计实验来验证得出。另外,在教学中还应渗透有关经典科学知识的的发现史,让学生受到科学家们进行科学研究时一些巧妙思维和方法的启迪,在他们的探索精神中受熏陶,如“光合作用的发现史”。这样有益于学生探索性实验思维的培养和科研品质的发展。
总之,通过学生实验设计方法、步骤和实验理论的介绍,以及教学方法的改进后。学生和以前相比,无论在平时的学习中和各种考试中,都反映出学生设计实验的能力提高显著,他们设计实验方案的严密性与科学性也有较大提高,极大提高了学习兴趣。
(作者单位:四川省古蔺县古蔺中学)
【关键词】提高 实验设计 能力
所谓实验设计,是指正式进行科学试验之前,根据一定的目的要求,运用有关的原理制定的一套研究方案。这在近几年全国高考理综生物试题和各省单独命题理综生物试卷中均有出现,为此,笔者提出以下几点可提高学生实验设计能力的策略。
一、理清实验设计的方法、步骤,让学生有方可循
一个完整的实验设计方案,一般包括以下内容:
1.实验题目;2.提出假设;3.设计实验;4.预期结果;5.实验操作;6.观察和收集数据;7.分析数据得出结论;8.交流反思。
二、渗透有关实验理论,让学生有据可依
实验过程中的关键是对照实验的设置,对照实验的核心又在于变量的确定。因此有必要向学生渗透有关实验设计理论和对照理论。有助于提高学生的实验设计能力。
1.变量理论及其教学。变量指实验中特定的因素和条件,一般包括四种;①自变量和因变量。自变量指实验中由实验者所操纵、设定的因素和条件。因变量是指由自变量引起的变化和结果。即自变量为原因,因变量为结果,二者为因果关系。②控制变量和干扰变量。控制变量是指实验中除自变量以外影响实验变化的因素和条件。干扰变量是指实验中由于控制变量所引起的变化和结果。所以干扰变量会对因变量起干扰作用。在教学中可渗透变量理论教学,如在做课堂演示实验“温度条件对酶活性的影响”过程中,可边演示实验边讲解,并指出该实验中人为设定的低温(加冰水)、适温(37度水浴)、高温(加沸水)条件就是自变量。随着温度的改变,酶的活性也在改变,使反应结果发生改变,这就是因变量。而该实验的PH值、酶的浓度等是控制变量,会对实验结果产生一定的影响,即产生干扰变量。所以实验中应尽量平衡控制变量,即使PH值、酶浓度、底物浓度一致,尽量减小干扰变量对结果的影响。然后向学生提问:“PH值对酶活性影响”实验中,各变量该如何确定?并让学生讨论。这样,可以让学生领会到变量理论的实质,进一步指导实验的设计。
2.对照实验理论的内容及教学。设置对照的目的在于排除控制变量对结果的影响,即平衡干扰变量,使实验结果的可信度高,说服力强。由于控制变量对实验组和对照组的影响是相同的,所以对照组和实验组的差异就可以认定为来自自变量所引起的因变量。一般情况下,不设对照组而只有实验组的实验是没有意义的。
对照的形式一般有以下几种:①空白对照,指不给对照组任何处理条件。如在“验证酶的催化作用”的实验中,向甲试管加入稀唾液,再向乙试管加入等量的清水,一起水浴加热,比较它们的变化。则甲为实验组,乙为空白对照组。②自身对照,指实验组和对照组在同一研究对象上进行,一般单组实验就进行自身对照。如“观察植物细胞质壁分离和复原现象”实验中,在向临时装片加入蔗糖溶液之前为对照组,加入蔗糖溶液之后为实验组。自身对照的关键是要观察实验处理前后材料的变化。③相互对照,不专设对照组,而是把几个实验进行相互对照。如“验证植物对矿质元素的吸收具有选择性”实验中,用配制相同的培养液分别培养蕃茄和水稻,最后检测两组实验培养液中的元素变化。这两组实验就是相互对照。④条件对照,虽给实验材料某种处理,但也是为了对照,目的是增强实验结果的可信度。如“研究甲状腺激素对蝌蚪的影响”实验中,甲组:饲喂含甲状腺制剂的饲料;乙组:饲喂甲状腺抑制剂的饲料;丙组:饲喂正常饲料。其中丙组为空白对照,而乙组为条件对照。
三、重视教材的实验性教学,变对知识的“结论式”教学为“过程式”教学
我们必须转变传统的让学生对知识本身进行简单的理解和记忆的“结论式”教学,变为让学生通过对知识的发生、发展过程的认识,来进一步加深理解和掌握知识的“过程式”教学。也就是说,不仅要让学生“知其然”,还让学生“知其所以然”。这样做不仅可以提高学生对知识的理解、运用能力,同时也培养了学生实验设计能力和创新能力。事实上高中生物教材中蕴含了丰富的内容,可供学生实验设计能力的培养。如第二章“酶的作用”、“酶的特性”、“影响酶活性的因素”;第四章“生长素的发现过程”、“生长素的生理功能”、“动物激素的生理功能”等结论性的知识,都可以通过设计实验来验证得出。另外,在教学中还应渗透有关经典科学知识的的发现史,让学生受到科学家们进行科学研究时一些巧妙思维和方法的启迪,在他们的探索精神中受熏陶,如“光合作用的发现史”。这样有益于学生探索性实验思维的培养和科研品质的发展。
总之,通过学生实验设计方法、步骤和实验理论的介绍,以及教学方法的改进后。学生和以前相比,无论在平时的学习中和各种考试中,都反映出学生设计实验的能力提高显著,他们设计实验方案的严密性与科学性也有较大提高,极大提高了学习兴趣。
(作者单位:四川省古蔺县古蔺中学)