实验设计解题三步曲
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关于高三生物实验复习教学思路的探索
刘建峰 (广东省汕头市澄海区苏北中学 515829)
生物学作为一门自然科学
各种生物学现象只有通过实验才能得到科学的解释
各种生物体的结构特征和生理功能必须通过实验才能观察和分析清楚
因此
实验教学在生物教学中具有不可动摇的重要地位
在人教版新课标高中生物教学大纲中
教材突出了实验内容多
实验形式多
实验要求多的特点
而在考试大纲中也对实验与探究能力提出了明确的要求
那么
在高三复习阶段
我们应该如何科学地在高一高二试验教学的基础上按考纲要求来进行实验的复习教学呢？
1． 结合实际情况
完成考纲所列实验
受到具体实验条件和教学课时安排的限制
许多实验可能按照课本的方法要求来做比较困难
但是这不应该成为不做实验的借口
如果能够进行恰当的教学处理
应该说所有的实验不但基本都能圆满完成
而且能够取得非常好的教学效果
我在具体的教学中主要采取以下几种处理方法：
1.1将同类实验加以合并
如实验器材相同的（分子与细胞部分的观察DNA、RNA在细胞中的分布；用显微镜观察多种多样的细胞；观察线粒体和叶绿体；观察细胞的有丝分裂；遗传和进化部分的观察细胞的减数分裂；稳态与环境部分的探究培养液中酵母菌数量的动态变化等都需要使用显微镜观察）；实验材料相同的（分子与细胞部分探究酵母菌的呼吸方式；稳态与环境部分的探究培养液中酵母菌数量的动态变化都是用酵母菌作为实验材料）；实验性质相同的（同属观察类实验
检测性实验
探究性实验
调查类实验
模拟性实验
应用性实验）
都可以考虑进行适当的合并
作为复习
合理地合并实验不但可以节约实验教学时间
还有利于学生对相关知识的重点强化和建立合理的知识联系
比如哪些实验用到了显微镜（是否需要使用高倍镜）？哪些实验材料在实验前后都保持其生物活性？等等
在合并实验后学生对相关内容及其联系的印象非常深刻
1.2 拓展实验
课本上有的实验内容比较简单
可以在原有的基础上进一步拓展延伸
这样既能够充分提高学生的实验兴趣
又可以使学生对相关问题的认识更加深入
很大程度上改进了复习的效果
例如:在必修一实验检测生物组织中的糖类
脂肪和蛋白质的基础上
可以做如下拓展:①
关于原理的问题拓展: 双缩脲反应只能用来检测蛋白质吗?②
实验材料种类的拓展:还可以提供哪些适合的
动物组织作为选择对象? ③
试剂的拓展:还原性糖和蛋白质还可以通过什么方法检测?检测淀粉的试剂可以替换成碘化钾溶液吗?
1.3简化和改进实验
对于部分操作较为繁杂的实验
使学生真正认识到课本上的实验在确定了实验原理之后
实验材料和用具
包括试剂药品的用量其实都是可以根据实际情况进行修改甚至简化的
这样就可以做到既节约实验时间
又不影响对实验的理解和掌握
例如：将叶绿体色素的提取和分离实验中的纸层析部分操作改成使用玻棒在干燥滤纸中心点样来实现；将DNA的粗提取部分操作改成：先将10毫升加了盐的洗洁精放入100克剁碎的洋葱中
捣碎后将洋葱过滤倒入烧杯
将澄清的溶液加入等量酒精后轻轻摇动
DNA将会以白色的"絮状物"出现 (洗洁精可以溶解洋葱的细胞壁
食盐保持溶液中的盐度与细胞液相当
酒精则可以萃取DNA
)
1.4 将原有演示实验和分组实验反置处理
以提高学生的实验兴趣
改善实验课堂教学效果
出于特殊的考虑
对部分耗时较长
操作较复杂的演示实验
可以不进行分组而改为老师协助学生演示
另外
对部分高一高二已经做过的简单实验
可以考虑播放实验视频(如显微镜的操作和使用)
并及时提出相关问题加以复习巩固
1.5 适当补充实验
由于必修二部分实验数量比较少
学生在复习到这里时总觉得理论的实验验证性不强
基于此
我们完全可以补充一些实验内容加以强化
例如
为了使学生较好地理解动物种群数量的调查方法标志重捕法
可以设计如下模拟实验:
实验步骤：
1) 在塑料糖果瓶中装入黑色围棋子100枚
2) 随意从瓶中抓取棋子并清点记录其数量
3) 取相同数量的白色围棋子装入瓶中
加盖后摇动瓶子1min左右
使黑白棋子尽量混合均匀
4) 打开瓶子
闭眼后从瓶子里随意抓取棋子
并分别清点记录抓得两种颜色棋子的数量
5) 重复以上实验2次以上
将所得数据填入并完成下面表格：
实验1
实验2
实验3
平均值
第1次抓取数
(标记总数a) 第2次抓取数
(标记个数b/抓取数c) 实验估测总个数ac/b 实际总个数
2．重视学生通过实验对经典结论的验证
以及对试验现象和结果进行科学的解释、分析和处理
例如：在进行探究酵母菌的呼吸方式实验时
可以精心设置以下一组问题让学生自己设计实验进行验证
并对可能出现的现象和结果进行合理的解释、分析和处理：①温度会影响酵母菌的呼吸速率吗？为什么？②酵母菌在有氧和无氧条件下繁殖的速率一样吗？请设计实验进行分析
③酵母菌无氧发酵时能够使发酵液的酒精浓度不断升高吗？为什么？④
你能设计实验证明酒精发酵过程中是否有二氧化碳的生成吗？通过讨论分析
学生能以温度作为自变量设计实验验证温度能明显影响酵母菌的呼吸速率
并能分析出是通过影响呼吸酶的活性而影响其呼吸速率的正确结论；能在稀释后镜检发现有氧呼吸和无氧呼吸的情况下酵母菌繁殖速率的差异
进而推导出能量对繁殖速率影响的结论；能够通过一段时间后酵母菌的大量死亡推导出酒精对酵母菌的毒害作用是导致发酵液酒精浓度不能持续升高的主要原因；能够用澄清石灰水检测二氧化碳的生成
进而确定酵母菌的无氧发酵产物有二氧化碳
当然
可能学生通过实验不能得到正确的结论
例如在设置不同温度梯度的情况下酵母菌的呼吸都不明显时
就应该及时引导学生分析可能的原因：①从培养对象的角度分析：是否是选用的酵母活性太差？②从实验变量的角度分析：是否是温度梯度设置不够合理？如温度梯度太大或太小
导致每组的温度设置都远远偏离最适温度？（可以查资料确定酵母菌的适宜发酵温度为25～28℃）③从无关变量的角度分析：是否培养液中添加的营养物质过少？并针对可能的原因进行逐一分析
最终确定导致实验失败的真正原因
3． 刻意培养学生运用科学的研究方法对生物学问题进行探究的能力
没有规矩
不成方圆
应该说
无论是使用哪一种研究方法对相关的生物学问题进行探究
都应该严格遵守实验设计的基本原则
如在实验步骤的具体设计上
是否遵守了单一变量原则
可重复性原则
对照性原则等等
在任何一个实验方案的实施过程中
都有必要反复强调这些原则
让学生象对待行为规范一样去遵守
需要注意的是
除了以上原则以外
实验步骤设计的有序性也是非常重要的
先做什么
后做什么
一定要认真推敲
就比如我们在说话时
如果表达的颠三倒四前言不搭后语
是根本不可能解释清楚甚至会完全理解错误的
4． 重视学生实验后的自我评价和成果交流
许多同学往往在实验成功之后就认为是万事大吉了
其实实验后对自己实验的评价
以及和其他同学进行实验成果的交流都是非常重要的
成功的经验可以共享
失败的教训也值得借鉴
只有通过认真的交流和探讨
才能真正理解实验从选材到操作的每一步要求的必要性
实验的主要目的不单单是为了成功完成实验过程
更重要的是为了知道如何才能成功；又有哪些因素可能导致实验失败
做到既动手
又动脑
5．选择典型题目
进行拆解整合式训练
由于实验设计题型本身的特殊性．在具体的教学中如果直接进行整体训练
一开始可能大部分同学
是无法接受的
所以不妨对一些典型的题目先进行拆解
让学生一次只解决题目中的一部分问题
最后再把整个题目整合给学生解答
必要时甚至于可以把参考答案编制成选择的形式让学生判断
这样做一方面可以降低难度
让学生能够做出准确的解答增强自信；另一方面
学生通过类似的练习
也有利于逐渐摸清实验设计题的一般命题意图和解题程序
例题：近些年来
世界范围内蛙类数量迅速减少
尽管其原因是多方面的
但科学家认为一个重要因素是：臭氧层变薄
目光中紫外线增加
使蛙卵发育中基因突变的几率大大增加
请用下面所提供的材料和用具设计一个实验来判定上述观点的正误
一、材料用具
蛙受精卵数百粒 玻璃水槽三个 紫外线发射器 水温调节棒 清水
小型空气泵 蝌蚪饲料 紫外线遮挡板
二、实验步骤：_____________________________________________
四、 实验的可能结果及其说明的结论
我们可以将上题先拆解为如下3个小题：
⑴． 臭氧层变簿
目光中紫外线增加
使蛙卵发育中基因突变的几率大大增加
为了确定紫外线的诱变作用
你认为对照组应该是( )
A使用紫外线发射器组 B使用紫外线遮挡板组
C正常目光照射组 D无对照组
⑵．下列能够影响蛙卵发育的环境因素包括：
A温度 B氧气 C紫外线 D水中的营养物质
⑶．如果基因突变会导致孵化率下降和畸形蝌蚪比例增加
各组的孵化率和畸形蝌蚪的比例有什么特点?
通过实际课堂教学发现
在把上述3道小题练习完之后再做原题
效果就好的多
综上所述不难看出
只要能够立足课本实验
把握考纲要求
合理分类、合并、拓展和加强设计方面的开放式训练
高三阶段的实验复习课完全可以上的有滋有味
高质高效