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研究成果
高中生物实验教学策略研究
发布时间:2014-11-02 00:00:00  发布人:章青

高中生物实验教学策略研究

  青(江苏省苏州实验中学215011

本文发表在《教学与考试》2013年第12期上

  要:本文从教学实践中总结了高中生物实验教学的基本策略,包括实验操作步骤的规范性、实验材料选择的科学性、实验试剂选择的可靠性、设计实验过程的严密性、实验方法拓展的多样性,通过这种教学达到提高学生实验能力、实现实验教学高效性的目的。

关键词:高中生物  实验教学  策略

 

生物学是一门以实验为基础的自然科学,现代生物学的发展尤其依赖于科学实验。在中学生物实验中,课程标准所倡导的探究性学习,有许多活动也是通过实验来进行的。在生物学科的各种考试中,实验所占的比分都比较高,如江苏省的高考试题中实验或以实验为背景的试题占四分之一,而实验类试题往往是学生学习的薄弱环节,这就要求高中生物教学中应用合理的策略进行有效的实验教学,从而培养学生的实验探究能力。大家在高中实验教学中从细节出发,以课本实验为基础进行拓展与延伸,从以下环节出发进行实验教学,取得了一定的效果,供大家参考。

1 实验操作步骤的规范性

高中生物实验中的操作步骤有明确的规定,而这些实验操作步骤是在长期的实践中总结出来的,是科学严谨的。只有通过操作才能体验到实验操作步骤的重要性,因为一个步骤操作错误往往就会导致实验的失败。目前一些学校由于条件的限制或者是课时的限制,造成学生实验不能正常开设,致使学生对实验的步骤规范性问题没有深刻地体会,这样在解答有关实验操作步骤的实验时容易出现错误。如一次生物教师基本功竞赛的实验考查中,课题为设计实验辨别两个没有贴标签的烧杯中清水与0.3g/mL的蔗糖溶液,在监考中发现,个别老师装片没有标号,结果是观察出来了,但忘记了这两个装片中的溶液是取自哪个烧杯,从而导致判断错误。这个现象说明实验中取两块载玻片,贴上标签这个步骤看似简单,但它是不可以缺少的。这个案例虽然是教师的实验,但同样可以看出实验操作步骤的重要性。

实验操作步骤的规范性,要求实验操作步骤严格按照课本的要求进行,这是基本的操作规则和范式。如显微镜的操作中,先用低倍镜观察后再用高倍镜观察,换高倍镜时应从侧面观察物镜是否碰擦装片,换上高倍镜后只能调节细准焦螺旋等。还有“观察植物细胞有丝分裂的实验”中,操作步骤中装片制作是核心,装片的制作步骤为:解离—漂洗—染色—制片,这个步骤是必须遵循的,并且在这个过程中,各步处理的时间要掌握好,否则就不能观察到细胞中的染色体,然后要根据染色体的形态特征来判断细胞所处的时期,并且通过统计各时期的细胞数目,来确定不同时期的细胞在细胞周期中所占的比例。

2012年江苏省高考生物第15题:下列关于“观察洋葱根尖分生组织细胞有丝分裂”的叙述,错误的是:

A.解离和压片都有利于根尖分生区细胞分散

B.先用低倍镜找到分生区细胞,再换用高倍镜观察

C.显微镜下绝大多数细胞中能观察到染色体

D.探究有丝分裂日周期性可为实验取材时机提供依据

注:江苏省教育科学“十二五”规划立项课题《“整合、优选、发展”教学实践策略研究》阶段性成果,课题批准文号:R-c/2011/11


答案为C。经高考阅卷抽样检测,这题的难度系数为0.218,在选择题中属于难题水平,显然与大家预测的不同。考生之所以没有选C,显然因为没有做过这个实验,缺乏实验的感性认识,如果做过实验的话,就会明白,由于多数细胞处于分裂间期,在显微镜视野下面看不到染色体。

2013年江苏省第9题考查了减数分裂实验,也涉及到显微镜的使用方法。类似的还有微生物的平板划线法、涂布稀释法操作步骤、叶绿体色素的提取与分离实验、DNA提取与鉴定实验、果酒、果醋与腐乳的制作等实验过程,对于实验步骤的要求非常严格。这些实验操作简单,但对步骤要求严格规范,一个步骤操作不当就会导致实验的失败。

2 实验材料选择的科学性

正确选择实验材料是生物学实验是否成功的前提,在科学史上有很多经典实验的成功原因之一就是选择了合适的实验材料,如孟德尔用豌豆做实验材料,摩尔根用果蝇做实验发现了基因位于染色体上,基因工程中常用的受体细胞是原核生物,DNA是遗传物质的实验中选择噬菌体来进行标记实验,生长素的生理作用实验中选择胚芽鞘进行实验,研究种群数量的动态变化一般选择细菌等单细胞的生物进行实验等等。

从上面实验材料的选择可以看出,要想获得理想的实验效果,必须注意到实验材料本身所具有的特点。如“检测生物组织的还原糖”的材料需选择还原糖含量高的材料,甘蔗和甜菜由于蔗糖含量高,属于非还原糖,所以不能作为实验材料;“探究酵母菌的呼吸方式”的实验材料一般选择既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸的生物(如酵母菌)。在遵循科学性的基础之上选择的实验材料必须有良好的实验效果,结果应该易于观察或检测。例如“检测生物组织中的还原糖、脂肪、蛋白质”所使用的材料不能有很深的自身颜色影响;选择哺乳动物成熟的红细胞作为“体验细胞膜制备”的实验材料是因为这些红细胞本身特殊的形状和颜色便于观察,并且其细胞中没有细胞核及膜结构的细胞器,这样得到的膜只有细胞膜,排除了其他膜成分对结果的干扰;选择紫色洋葱鳞片茎表皮作为“探究植物细胞的吸水和失水”的实验材料可以清晰地看到紫色大液泡体积与颜色深浅的明显变化。

在实验材料的选择时,还要考虑到实验过程中的无关变量可能对实验材料产生的影响。如“探究温度对酶活性影响的实验”,不能选择过氧化氢与过氧化氢酶,原因是加热也会促使过氧化氢分解,这样对实验结果造成干扰,一般选择淀粉与淀粉酶来探究温度对酶活性影响的实验。

3 实验试剂选择可靠性

在设计实验时,需选择合理的检测指标与试剂,因为对实验结果的检测也要考虑反应体系中的实际情况,同时这些检测试剂的选择也应该以对照组与实验组有明显区别为标准。如在用淀粉酶溶液、淀粉溶液、蔗糖溶液进行酶的专一性实验时,检测实验结果的试剂不能选择碘液,因为淀粉已经分解为麦芽糖,麦芽糖与碘液不反应,而蔗糖不论是否分解都不会与碘液发生反应,因而选择可以区分还原糖和非还原糖的斐林试剂进行检测。此外,“探究温度对酶活性影响的实验”中,用淀粉溶液与淀粉酶溶液进行实验时,选择的检测试剂则不宜用斐林试剂,因为斐林试剂使用时需要加热,最后也会影响低温组的实验结果,此时则用碘液检测为宜。

在实验时还应根据实验材料的不同灵活选择实验试剂,同时根据实验的目的来选择合适的检测试剂,如做质壁分离实验时,一般用紫色洋葱外表皮,用0.3g/mL的蔗糖溶液,观察到的现象是液泡呈紫色,细胞壁与原生质层之间是无色。此时,有人认为看到的“无色部分”并不只是原生质层与细胞壁之间的部分,还包括了原生质层,因为原生质层也是无色的。那么,如何解决这个问题呢?如果选择白色的内表皮来做实验,而在蔗糖溶液中加一种不能进入细胞的色素(如伊红),这样质壁分离后,在原生质层外是红色,而原生质层及液泡均为无色,这样就可以解决这个问题。如果用苔藓的叶来做这个实验,由于是单层细胞,细胞质中有叶绿体呈绿色,一旦发生质壁分离,液泡周围的细胞质中有叶绿体,这样用0.3g/mL的蔗糖溶液做实验时,发生质壁分离时,原生质层与细胞壁之间仍然为无色,还是无法解决这个问题。这些实验说明,实验试剂的选择应该与实验材料相匹配,只有这样才能得到真正的实验结果,达到实验目的。如2013年江苏省高考第23题,是探究温度、pH对酶活性的影响实验中选用材料与试剂的合理性问题,主考查实验材料选择的是否合理,以及材料与试剂是否匹配。

4 设计实验过程的严密性

设计实验时,在选择了合适的实验材料后,实验过程是否科学合理是实验成败的关键。设计实验过程时,应充分考虑各种情况,控制无关变量,排除可能对实验结果造成影响的各种因素。

编号

所加的溶液

反应条件

1

蒸馏水

无酶的中性介质

2

稀盐酸

无酶的酸性介质

3

稀碳酸钠溶液

无酶的碱性介质

4

酶提取液

酶处于中性介质

5

酶提取液+1滴稀盐酸

酶处于酸性介质

6

酶提取液
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