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高中生物實驗的能力培養:高中生物實驗教學中的能力培養
生物學是一門實驗性科學。對高中學生來說,生物實驗教學主要包括常見的儀器、器具、藥品的使用能力,還有對實驗程序的理解能力,對實驗結果的分析能力,對實驗中出現的異常情況的處理能力等。
一、讓學生明確儀器的原理和藥品的特性,是培養學生使用它們的能力的基礎
“知其然,應該知其所以然”。對儀器的原理、藥品的特性不了解,使用起來就會帶有盲目性,就不可能形成使用能力。例如,學生對低倍鏡和高倍鏡的選擇上,經常不能根據觀察對象的特點和觀察目的進行合理的選擇來使用,學生常常由于好奇心的驅使和對低倍鏡、高倍鏡特點的無知,總是一上來就用高倍鏡,認為高倍鏡總比低倍鏡觀察清楚。這種盲目性,是由于學生不了解顯微鏡的基本原理,不了解高倍鏡放大倍數大,分辨率高,但所看到的實際面積小,即視野小。而且倍數越高,看到材料的厚度就越薄,高倍鏡適宜觀察局部和細節。低倍鏡所看到的面積大,適宜觀察材料的整體結構,以及尋找觀察目標。只要學生了解了這些基本原理,才能正確選用低、高倍鏡。由低倍鏡換高倍鏡時,如果圖像不太清晰,只需調節細準焦螺旋,就可以看清圖象了。至此學生只有了解了上述的基本原理和操作方法,才能正確使用高倍鏡。另外,如果鏡中有污染的花斑或異物,就會影響對微細結構的觀察,清除花斑或異物,也是形成使用能力的一個方面。清除污染物,首先應確定污染物在目鏡、物鏡還是裝片(或切片)上。因此應讓學生了解目鏡在鏡筒上可用手做圓周轉動,裝片(或切片)在載物臺上可用手向任意一個方向移動或用移動器上下左右移動,如污染物在裝片(或切片)上,移動裝片(切片),污染物則隨之移動而反方向移動,否則,污染物就在物鏡上。在清除直鏡筒的顯微鏡目鏡和物鏡上的污染物時,還應讓學生了解先后順序,應先摘下物鏡,然后再摘下目鏡,試擦完畢裝上時,則應先裝目鏡后裝物鏡,因為這樣可以防止因摘裝目鏡時與鏡筒摩擦下來的塵渣沿鏡筒落入物鏡的內部。
在明確學生實驗中藥品的使用能力方面:例如,在觀察植物細胞的有絲分裂實驗中,應讓學生了解龍膽紫或洋紅是與染色體結合的堿性染料,堿性染料是指有色離子是陽離子的染料,而不是染液的pH呈堿性。這樣就引出了一個問題,醋酸起什么作用?應讓學生了解2 %醋酸是染料的溶劑,在染色時增加了細胞的通透性,而不引起細胞膨脹,利于染液的離子進入細胞而使細胞核內的染色體著色。在觀察根對礦質元素離子的交換吸附現象時,要讓學生了解自來水中有許多陽離子,可以將已交換吸附在根細胞表面的亞甲基藍陽離子交換下來,使藍色的根變淺,而影響實驗效果,從而使學生明確為什么用蒸餾水沖洗根上的浮色,并且知道整個過程中所用的蒸餾水不能被污染。在提取葉綠體色素中,要讓學生了解葉綠體色素是有機物,可以溶于有機溶劑。了解在葉綠素中的Mg易被葉子的細胞液內的有些有機酸的H取代而轉變成去Mg 的葉綠素,影響對色素的觀察,從而使學生明確為什么要用丙酮作提取劑,為什么一定不要讓層析液沒及濾紙上的濾液細線,為什么在研磨前要加入堿性鹽——少量的碳酸鈣。當然,也只是在這個基礎上學生才能靈活地運用它。
總而言之,教師要善于把實驗儀器及藥品性質、使用原理講清,這對提高學生使用它們的能力大有好處。
二、培養學生善于分析實驗程序
一個較為復雜的實驗過程是設計人員長期辛勤勞動的結晶,它往往是經過幾十次甚至上百次的反復摸索。所以,學生實驗中,不能單純地用實驗指導進行“按方抓藥”出現結果就行了。而要指導學生去分析實驗中每一步驟的作用,每一個處理意義以及各步驟之間的聯系,從中學習解決問題、研究事物的方法。例如,在觀察植物細胞有絲分裂實驗過程中,大致為:培養10%HCI解離漂洗染色壓片。 要讓學生了解根尖放在10%HCI溶液中是為了溶解細胞間的果膠質, 使根尖細胞間變得松散,便于壓片,否則根尖細胞很難壓散,不利在鏡下觀察。另外,通過10%HCI的處理,使細胞迅速死亡, 讓細胞分別保留各自的分裂狀態。漂洗是為了沖洗解離液(10%HCI),否則影響染色效果。 又如用龍膽紫或醋酸洋紅溶液染色的目的是,這兩種染料易使細胞核內的染色體著色,從而增大細胞核與周圍部分的反差,便于觀察染色體分布和變化,壓片的目的是使細胞分散開,變成單層,否則光線無法透過會影響觀察。加清水是起潤滑劑和利于細胞分散的作用,壓片時,在蓋玻片上再加一片載玻片的目的是防止手指與蓋玻片直接觸壓,會將極薄的蓋玻片壓碎(在鏡下觀察前應將載玻片取下,并注意不要讓蓋玻片移位)。在葉綠體中色素的提取和分離實驗中,制備濾紙條時,應讓學生了解將濾紙剪成長10厘米是因為胡蘿卜素在紙條上擴散的距離約為9 厘米左右;寬1厘米是利于劃出齊而均勻的濾液細線, 去兩角為了使層析液在紙條上擴散速度均衡,后兩者都是為了擴散出四條平行的色帶。在距去兩角的一端1厘米處用鉛筆畫一橫線, 目的是為劃濾液細線提供參照線并且防止層析時在盛有3毫升層析液的燒杯(100毫升)中,濾液細線被層析液沒及。劃濾細線時還應讓學生知道干燥后重復劃2—3次,是為了增加色素的分子數,以便在紙條上走出四條明顯的色素帶來。如果在不干燥的情況下連續劃線,色素會隨濾液中的液體(如丙酮)在紙條上的擴散而擴散,劃出的濾液細線較寬,其結果是相鄰的兩條色帶會發生部分重疊。因此,在實驗中,應根據學生程度和涉及原理的難易不同,由教師講清或提出問題讓學生思考,使學生既知道實驗應怎么做,也知道為什么這樣做。
三、培養學生善于分析實驗現象
在實驗中,經常存在著對實驗結果的記錄,而輕視對實驗過程中間出現某些現象的記錄,重視結果而不重視分析結果,重視對成功實驗的肯定,而不重視對實驗中的失敗查找原因等現象。這不利于學生實驗能力的提高。例如,在觀察植物有絲分裂的實驗中,在顯微鏡的某個視野中,要讓學生了解為什么看到的細胞多數為間期的細胞。在質壁分離和復原的實驗中要讓學生了解液泡的體積大小、顏色變化如何。在葉綠體中色素提取和分離實驗中四種色素彼此分離的原理是什么,這一原理單靠高中教科書中的知識還不夠,應讓學生了解濾紙是一種吸附劑,層析液是一種展開劑,四種色素的化學結構和性質不同,它們在濾紙上吸附能力不同,在層析液中(展開劑)溶解度不同,因此,四種色素隨著層析液在濾紙條上的擴散速度就不同,胡蘿卜素溶解度大而吸附力小,擴散速度快,葉綠素b溶解度小而吸附力大,擴散速度則慢。
在實驗中,因某種原因,個別學生的實驗結果不明顯或失敗,
老師應指導學生查找原因。如葉綠體中色素提取和分離的實驗結果四條色素帶部分或全部不明顯,老師可提示:(1)是否丙酮用量過多, 濾液太稀;(2)是否用的新鮮葉,是否用的全部是幼嫩的葉;(3)劃濾液細線時是否重復的次數少了一些;(4 )層析時濾紙條上的濾液細線是否被層析液沒及過。在質壁分離和復原的實驗中,有的學生很快就觀察到質壁分離和復原現象。但有的學生雖然在步驟方法上都按要求進行了,但沒有發現質壁分離現象,教師應啟發學生尋找原因:取下的表皮是否是死亡的角質層細胞?是否由于未用蔗糖溶液浸泡材料?是否蔗糖溶液被原清水稀釋而造成濃度不夠?是否視野太亮,反差度小而未能看清?還有的學生雖然質壁分離了卻不能復原,教師也詢問一下,是否蔗糖溶液濃度自行加高了?是否質壁分離時間太久而造成細胞死亡?
總之,在生物教學過程中,教師應加強對學生的能力的培養,定會事半功倍,提高教學質量。
高中生物實驗的能力培養:新課程下高中生物實驗教學的必要性
創新是一個民族進步的靈魂,是國家興旺發達的不竭動力。面對科學技術的發展和知識經濟的挑戰,我國的教育總體上還存在著不相適應的狀況,尤其在應試教育的影響下,學生動手實驗操作綜合能力和知識創新能力的培養成為教育的難點。生物學是一門以實驗為基礎的實踐性與理論性很強的學科,因此高中生物教學必須重視實驗教學,實驗教學對一個高中生的生物學習有著至關重要的作用。
科學教育的主要目的是提高全體學生的科學素養。公民的科學素養主要包括:科學觀念,科學精神,科學態度,科學知識,科學方法和科學的實踐能力等方面。生物科學作為由眾多生物學事實和理論組成的知識體系,是在人們不斷探究的過程中逐步發展起來的。生物課程是自然科學課程,在培養學生科學素養方面有著重要任務。
實驗是一種以認識為直接目的的探索活動,是人類認識客觀世界的事物、性質和規律,從而能動地改造客觀世界的實踐活動。進入 21世紀以來,生物科學的發展尤其以現代生物科學理論和現代生物學實驗作支撐。因此,生物學實驗是生物科學形成和發展的基礎,是中學生物學教學的重要組成部分,是達成高中生物課程目標的基本途徑和方法。21世紀的人才應該是具有創新意識和豐富的實踐經驗的高素質的人才,高中生物課程承擔著培養具有實驗、實踐能力和創新意識的未來社會人才的任務。所以,生物學實驗是生物學教學的重要基礎,是生物學教學的重要內容,是生物學教學的重要方法。
實驗內容是高中生物新課程“內容標準”的重要組成之一。與現行教學大綱相比較,高中生物新課程的實驗內容、數量和類型都有顯著地變化。《標準》中必修1模塊列有實驗5個,探究4個,資料搜集和分析2個,參觀1個。《大綱》中列有實驗6個,研究性課題1個。《標準》中不僅實驗數目多,而且有各種實驗類型,通過這些多樣的實驗可以鍛煉和培養學生的多種能力。例如,通過《標準》中的《觀察DNA、RNA在細胞中的分布》、《檢測生物組織中的還原糖、脂肪和蛋白質》、《觀察線粒體和葉綠體》、《葉綠體色素的提取和分離》等實驗,培養實驗操作技能和實驗觀察能力;通過5、6、8和9等實驗,接受科學探究方法的訓練,培養其科學探究能力;通過5和10,培養其實驗創新能力;通過11和12搜集有關細胞研究和應用方面的信息,培養學生搜集、處理和交流信息的能力。其中實驗和探究,一方面緊扣學習的核心內容,另一方面涉及多種方法和技能。但是,《大綱》中的6個實驗基本上都是驗證性實驗,在能力培養方面比較單一。
另外,在必修2“遺傳與進化”和必修3“穩態與內環境”的《標準》中包含的實驗內容和類型也都明顯多于《大綱》,它們不僅可以幫助學生領悟假說——演繹、理解系統分析、建立數學模型、取樣調查等方法,而且對于學生領悟科學方法也十分重要。《標準》中選修1“生物技術實踐”的內容全部是實驗課,共選擇了13項課題,其中包含的具體實驗內容,多數將設計成探究性實驗,以培養學生設計實驗、動手操作、收集證據等科學探究的能力,增進學生對生物技術應用的了解。而《大綱》中選修部分僅列有實驗2個,實習1個,形式和能力培養方面都很單一。
新課程下高中生物實驗教學非常重視能力目標的培養,可以使學生具有較強的觀察能力,能夠根據觀察所得的現象發現問題、提出問題,并通過分析提出自己的見解。在實驗中,經常存在著對實驗結果的記錄,而輕視對實驗過程中間出現某些現象的記錄,重視結果而不重視分析結果,重視對成功實驗的肯定,而不重視對實驗中的失敗查找原因等現象,這些都非常不利于學生實驗能力的提高。例如,在觀察根尖分生組織細胞有絲分裂的實驗中,在顯微鏡的某個視野中,要讓學生了解為什么看到的細胞多數為間期的細胞。在質壁分離和復原的實驗中要讓學生了解液泡的體積大小、顏色變化如何。在葉綠體中色素提取和分離實驗中四種色素彼此分離的原理是什么,這一原理單靠高中教科書中的知識還不夠,應讓學生了解濾紙是一種吸附劑,四種色素的化學結構和性質不同,它們在濾紙上吸附能力不同,在層析液中溶解度不同,因此,四種色素隨著層析液在濾紙條上的擴散速度就不同,胡蘿卜素溶解度大而吸附力小,擴散速度快,葉綠素b溶解度小而吸附力大,擴散速度慢。
新課程下高中生物實驗教學可以使學生初步掌握科學研究的基本過程和方法。例如,讓學生明確實驗儀器的原理和藥品的特性,掌握選擇實驗儀器、實驗材料的方法,是培養學生使用它們的能力的基礎。對儀器的原理、藥品的特性不了解,使用起來就會帶有盲目性,就不可能形成使用能力。學生在對低倍鏡和高倍鏡的選擇上,經常不能根據觀察對象的特點和觀察目的進行合理的選擇,學生常常由于好奇心的驅使和對低倍鏡、高倍鏡特點的不了解,總是一開始就用高倍鏡,認為高倍鏡總比低倍鏡觀察清楚。這種盲目性,是由于學生不了解顯微鏡的基本原理,不了解高倍鏡放大倍數高,分辨率高,但所看到的視野小。因此,高倍鏡只適宜觀察局部和細節。低倍鏡放大倍數低,但看到的細胞多,適宜觀察材料的整體結構,以及尋找觀察目標。只有學生了解了這些基本原理,才能正確選擇和使用低倍鏡、高倍鏡。
新課程下高中生物實驗教學非常注重強化過程訓練。實驗教學不僅要求學生掌握各項基本技能,如顯微鏡使用、臨時裝片制作等,還要求學生能使各項實驗基本技能系統化、整體化,并達到融會貫通,熟練運用到新情境中去解決新問題。因此,實驗教學必須強調過程訓練。以探究性實驗為例,具體要求是:觀察要仔細、客觀;根據觀察提出的問題要有一定的研究價值;假設是經過周密的思考,針對問題提出的一種答案,用來解釋觀察的現象;實驗要設計正確的方法和步驟,為了增強說服力,還需要設置對照組,實驗常常要重復多次,結果才;得出結論要有充分的事實依據。
新課程下高中生物實驗教學注重讓學生說出自己的情感和體驗。在實驗的過程中伴隨著豐富的情感體驗,這種體驗往往比記住科學結論更有價值,這是科學素養的重要組成部分之一。而社會的發展告訴我們懂感悟、會評價、能表達是一個未來社會人的必備素質。所以,讓學生把自己的真實感受表達出來并認真傾聽別人的感受,從中有所感悟這是十分必要的。當然在培養學生學會自評和互評的過程中, 教師更應懂得如何去正確的評價學生。教師對學生的評價可以貫穿整個活動的始終,在活動過程中評價學生可以指導學生進行探究,在活動結束后評價學生可以激起學生學習的信心和興趣。另外,教師評價要注意不能用同一尺度來評價所有學生,不同的學生其興趣、能力、特點都會有所差異。因此,不能用同一標準來評價。否則,會影響某些學生學習的積極性和興趣。適當的評價對于那些在活動中存在嚴重不足的學生來說,可以激起他們的上進心和自信心。
新課程下高中生物實驗教學的實施還面臨著一些困難。實驗教學要想實現三維目標絕不是短時間、幾次實驗就可以奏效的,它是一個長期的漸進的過程,要抓住每次實驗的機會。有時侯知識性內容的教學占據了課堂的大多時間,使得探究性實驗的時間不充足,難度也加大。教師的認識和能力有待進一步提高。由于考試分數和升學率的問題,仍有一部分教師只重視實驗理論的教學,只關心學生能否做好高考生物實驗題,對實現教學中學生的能力目標和情感態度價值觀目標的積極性不大,要求也不高。教學設備不充足,尤其很多學校的實驗設備落后、陳舊,根本無法滿足新課程下高中生物實驗的需要。缺乏社會的支持,尤其是缺乏學生家長的配合。家長們往往認為高考不考察實驗操作,生活中也不注重對學生生活自理能力的培養,這些都限制了學生動手能力的培養和實驗意識的提高。不管目前生物實驗教學中的困難有多大,我們高中生物老師應該認識到實驗教學的重要性,要想盡一切辦法去開展實驗,讓學生的能力在實驗中得到提高.
高中生物實驗的能力培養:淺談高中生物實驗教學中的能力培養
生物學是一門實驗性科學。對高中學生來說，生物實驗教學主要包括常見的儀器、器具、藥品的使用能力 ，還有對實驗程序的理解能力，對實驗結果的分析能力，對實驗中出現的異常情況的處理能力等。
一、讓學生明確儀器的原理和藥品的特性，是培養學生使用它們的能力的基礎
“知其然，應該知其所以然”。對儀器的原理、藥品的特性不了解，使用起來就會帶有盲目性，就不可能 形成使用能力。例如，學生對低倍鏡和高倍鏡的選擇上，經常不能根據觀察對象的特點和觀察目的進行合理的 選擇來使用，學生常常由于好奇心的驅使和對低倍鏡、高倍鏡特點的無知，總是一上來就用高倍鏡，認為高倍 鏡總比低倍鏡觀察清楚。這種盲目性，是由于學生不了解顯微鏡的基本原理，不了解高倍鏡放大倍數大，分辨 率高，但所看到的實際面積小，即視野小。而且倍數越高，看到材料的厚度就越薄，高倍鏡適宜觀察局部和細 節。低倍鏡所看到的面積大，適宜觀察材料的整體結構，以及尋找觀察目標。只要學生了解了這些基本原理， 才能正確選用低、高倍鏡。由低倍鏡換高倍鏡時，如果圖像不太清晰，只需調節細準焦螺旋，就可以看清圖象 了。至此學生只有了解了上述的基本原理和操作方法，才能正確使用高倍鏡。另外，如果鏡中有污染的花斑或 異物，就會影響對微細結構的觀察，清除花斑或異物，也是形成使用能力的一個方面。清除污染物，首先應確 定污染物在目鏡、物鏡還是裝片（或切片）上。因此應讓學生了解目鏡在鏡筒上可用手做圓周轉動，裝片（或 切片）在載物臺上可用手向任意一個方向移動或用移動器上下左右移動，如污染物在裝片（或切片）上，移動 裝片（切片），污染物則隨之移動而反方向移動，否則，污染物就在物鏡上。在清除直鏡筒的顯微鏡目鏡和物 鏡上的污染物時，還應讓學生了解先后順序，應先摘下物鏡，然后再摘下目鏡，試擦完畢裝上時，則應先裝目 鏡后裝物鏡，因為這樣可以防止因摘裝目鏡時與鏡筒摩擦下來的塵渣沿鏡筒落入物鏡的內部。
在明確學生實驗中藥品的使用能力方面：例如，在觀察植物細胞的有絲分裂實驗中，應讓學生了解龍膽紫 或洋紅是與染色體結合的堿性染料，堿性染料是指有色離子是陽離子的染料，而不是染液的pH呈堿性。這樣就 引出了一個問題，醋酸起什么作用？應讓學生了解2 ％醋酸是染料的溶劑，在染色時增加了細胞的通透性，而 不引起細胞膨脹，利于染液的離子進入細胞而使細胞核內的染色體著色。在觀察根對礦質元素離子的交換吸附 現象時，要讓學生了解自來水中有許多陽離子，可以將已交換吸附在根細胞表面的亞甲基藍陽離子交換下來， 使藍色的根變淺，而影響實驗效果，從而使學生明確為什么用蒸餾水沖洗根上的浮色，并且知道整個過程中所 用的蒸餾水不能被污染。在提取葉綠體色素中，要讓學生了解葉綠體色素是有機物，可以溶于有機溶劑。了解 在葉綠素中的Mg易被葉子的細胞液內的有些有機酸的H取代而轉變成去Mg 的葉綠素，影響對色素的觀察，從而 使學生明確為什么要用丙酮作提取劑，為什么一定不要讓層析液沒及濾紙上的濾液細線，為什么在研磨前要加 入堿性鹽——少量的碳酸鈣。當然，也只是在這個基礎上學生才能靈活地運用它。
總而言之，教師要善于把實驗儀器及藥品性質、使用原理講清，這對提高學生使用它們的能力大有好處。
二、培養學生善于分析實驗程序
一個較為復雜的實驗過程是設計人員長期辛勤勞動的結晶，它往往是經過幾十次甚至上百次的反復摸索。 所以，學生實驗中，不能單純地用實驗指導進行“按方抓藥”出現結果就行了。而要指導學生去分析實驗中每 一步驟的作用，每一個處理意義以及各步驟之間的聯系，從中學習解決問題、研究事物的方法。例如，在觀察 植物細胞有絲分裂實驗過程中，大致為：培養10％HCI解離漂洗染色壓片。 要讓學生了解根尖放在10 ％HCI溶液中是為了溶解細胞間的果膠質， 使根尖細胞間變得松散，便于壓片，否則根尖細胞很難壓散，不利 在鏡下觀察。另外，通過10％HCI的處理，使細胞迅速死亡， 讓細胞分別保留各自的分裂狀態。漂洗是為了沖 洗解離液（10％HCI），否則影響染色效果。 又如用龍膽紫或醋酸洋紅溶液染色的目的是，這兩種染料易使細 胞核內的染色體著色，從而增大細胞核與周圍部分的反差，便于觀察染色體分布和變化，壓片的目的是使細胞 分散開，變成單層，否則光線無法透過會影響觀察。加清水是起潤滑劑和利于細胞分散的作用，壓片時，在蓋 玻片上再加一片載玻片的目的是防止手指與蓋玻片直接觸壓，會將極薄的蓋玻片壓碎（在鏡下觀察前應將載玻 片取下，并注意不要讓蓋玻片移位）。在葉綠體中色素的提取和分離實驗中，制備濾紙條時，應讓學生了解將 濾紙剪成長10厘米是因為胡蘿卜素在紙條上擴散的距離約為9 厘米左右；寬1厘米是利于劃出齊而均勻的濾液細 線， 去兩角為了使層析液在紙條上擴散速度均衡，后兩者都是為了擴散出四條平行的色帶。在距去兩角的一端 1厘米處用鉛筆畫一橫線， 目的是為劃濾液細線提供參照線并且防止層析時在盛有3毫升層析液的燒杯（100毫 升）中，濾液細線被層析液沒及。劃濾細線時還應讓學生知道干燥后重復劃2—3次，是為了增加色素的分子數 ，以便在紙條上走出四條明顯的色素帶來。如果在不干燥的情況下連續劃線，色素會隨濾液中的液體（如丙酮 ）在紙條上的擴散而擴散，劃出的濾液細線較寬，其結果是相鄰的兩條色帶會發生部分重疊。因此，在實驗中 ，應根據學生程度和涉及原理的難易不同，由教師講清或提出問題讓學生思考，使學生既知道實驗應怎么做， 也知道為什么這樣做。
三、培養學生善于分析實驗現象
在實驗中，經常存在著對實驗結果的記錄，而輕視對實驗過程中間出現某些現象的記錄，重視結果而 不重視分析結果，重視對成功實驗的肯定，而不重視對實驗中的失敗查找原因等現象。這不利于學生實驗能力 的提高。例如，在觀察植物有絲分裂的實驗中，在顯微鏡的某個視野中，要讓學生了解為什么看到的細胞多數 為間期的細胞。在質壁分離和復原的實驗中要讓學生了解液泡的體積大小、顏色變化如何。在葉綠體中色素提 取和分離實驗中四種色素彼此分離的原理是什么，這一原理單靠高中教科書中的知識還不夠，應讓學生了解濾 紙是一種吸附劑，層析液是一種展開劑，四種色素的化學結構和性質不同，它們在濾紙上吸附能力不同，在層 析液中（展開劑）溶解度不同，因此，四種色素隨著層析液在濾紙條上的擴散速度就不同，胡蘿卜素溶解度大 而吸附力小，擴散速度快，葉綠
素b溶解度小而吸附力大，擴散速度則慢。
在實驗中，因某種原因，個別學生的實驗結果不明顯或失敗，老師應指導學生查找原因。如葉綠體中色素 提取和分離的實驗結果四條色素帶部分或全部不明顯，老師可提示：（1）是否丙酮用量過多， 濾液太稀；（ 2）是否用的新鮮葉，是否用的全部是幼嫩的葉；（3）劃濾液細線時是否重復的次數少了一些；（4 ）層析時 濾紙條上的濾液細線是否被層析液沒及過。在質壁分離和復原的實驗中，有的學生很快就觀察到質壁分離和復 原現象。但有的學生雖然在步驟方法上都按要求進行了，但沒有發現質壁分離現象，教師應啟發學生尋找原因 ：取下的表皮是否是死亡的角質層細胞？是否由于未用蔗糖溶液浸泡材料？是否蔗糖溶液被原清水稀釋而造成 濃度不夠？是否視野太亮，反差度小而未能看清？還有的學生雖然質壁分離了卻不能復原，教師也詢問一下， 是否蔗糖溶液濃度自行加高了？是否質壁分離時間太久而造成細胞死亡？
總之，在生物教學過程中，教師應加強對學生的能力的培養，定會事半功倍，提高教學質量。
高中生物實驗的能力培養:高中生物實驗效果提高方式
教師更新教育理念
教師讓學生直接到實驗室做實驗,學生什么也不會,數次實驗后學生沒有任何收獲,造成這些現象的原因就是教師的觀念沒有更新,實驗不能當做是理論的鞏固,實驗在每個生命規律的發現中都起到的至關重要的作用,沒有實驗假說就永遠到不了定律,只有在實驗的基礎上,通過分析總結才能獲得新知。所以教師必須更新理念,讓學生帶著問題到實驗中去,真正成為實驗的主人,才能真正地找到答案。
不斷提高教師的專業素養
教師的專業素養是實驗課堂有效的基礎,是駕馭實驗課堂的基本能力。因此,每一堂實驗課之前,教師一定要先做預實驗,做到非常嫻熟,且能預知實驗中會出現的各種情況,要做到這點,對教師的專業素養要求非常高,需要不斷地積累和收集與生命科學相關的材料,不斷提高各種相關知識的豐富程度。
重視實驗小組建設,發揮小組合作優勢
絕大多數高中的生物實驗都需要分組,所以小組建設是高中生物分組實驗的前提和保障。實驗小組的分配合理能起到帶動和協調作用,現行的較好的分配原則是按照學生的各方面的能力實行組間同質、組內異質分配,這樣分配能較大限度地發揮組內優勢,分工不同讓學生學會合作,學會交流,尤其是新課標實行后,內容擴大增多,還增加了不少探究性實驗,這就更需要組內和組間集思廣益、取長補短,共同發展、實現共贏。
實驗課的課前準備也是很好的資源
實驗的準備是一個工作量大且煩的工作。不少老師也正是因此而放棄生物實驗的。我們可以把實驗課的課前準備讓給學生來做,實踐表明這是一種很好的資源,參與準備的學生會比其他同學更理解實驗、喜歡實驗、熱愛實驗,更容易激發他們學習生物的興趣。我曾經做過實驗,讓生物成績最差的同學來參與準備實驗,后來這些同學都在生物方面都取得了巨大進步。
創新實驗更能激發學生興趣
生物課本中的實驗是一些比較經典的實驗,學生容易做,但這些實驗都有一些共同的特點,那就是課本上都有實驗的結果,學生會表現出冷淡。相反,如果對課本上的實驗在不違反原則的前提下進行適當的改造,學生無法預知實驗的結果,學生往往會充滿好奇,從而激發他們濃厚的興趣,如果能抓好這一點,就很容易讓學生產生強烈的求知欲。如在葉綠體色素的提取和分離實驗中,有的學生將濾紙條更換成白粉筆和圓形濾紙,效果奇特,學生獲得極大的滿足。因此,在平時的實驗中,要保護好學生的好奇心,這往往正是創新的源泉。
拓展時間和空間,較大限度利用資源
絕大部分學校的實驗室都是學生分組實驗時開放的,這樣在很大程度上限制了生物實驗的發展。另外,學校寶貴的資源也就大部分時間處于閑置狀態,造成了極大的浪費,而少部分同學平時產生的疑惑,或者在學習中產生了新思路、新方法,就不能及時到實驗室進行探究和驗證。所以實驗室可以采用預約開放、定時開放等不同的形式,來彌補實驗課時不足的現象。
縱觀教學現狀,實驗課成了教學的最薄弱環節,離課標要求相差甚遠。作為一名生物教師,要高度重視實驗對培養學生的素質和能力的重要性,運用有效的實驗教學策略,提升實驗教學的水平,讓學生真正成為實驗課堂教學的受益者。
高中生物實驗的能力培養:基于探究的高中生物實驗教學策略
[摘要] 科學 探究是學習生物學基本、有效的途徑之一,它有助于學生形成對生命世界的正確認識、對科學本質的理解和對生物學 規律 的領悟,應作為高中生物學教學的基本內容和方法。設計一個基于探究的實驗活動對于一般的實驗教學來說,只要能在兩方面加以改變,就可以將驗證式的實驗轉變成開放性探究實驗。一是改變實驗活動在整個教學中的優先次序,不要將實驗活動安排在教學的,讓學生在實驗前還不知道實驗的結果;第二是將以往只注重驗證課本理論的一些典型實驗項目,改變成比較重視探究過程的實驗讓學生加以探究。
以實驗為載體的探究是生物教學最顯著的特征,也是生物教師最常用、最擅長的手段。但是,在實踐中“實驗”與“探究”的結合并不象預想的那樣順暢。基于探究的實驗教學策略,是在吸收已往實驗教學改革中有益經驗的基礎上,探索一條有效、完整、開放的實驗教學方式,以回歸實驗教學在培養學生實證意識、思維品質、質疑精神等方面的作用和地位,為提高學生的科學素養服務。
一、問題的提出
從教學論的角度看,實驗教學是指在使用實驗儀器情景下的一種教學形態。高中生物實驗與其他理科實驗一樣,具有直觀、形象的特征,能高度濃縮地展示人們認識和發現某一知識、原理的過程,能幫助學生在較短時間內認識和理解相關的科學知識。但這種對實驗和實驗教學的認識,在本質上將它放在了知識教學的從屬地位,實驗教學的目標只是追求一個預設的結論。雖然在實驗教學的過程中,教師會注意對學生進行有關實驗技能、方法和探究思維等方面的訓練,但這些往往被放在次要的位置。
科學探究的提出給實驗和實驗教學以全新的視角。《生物課程標準(實驗)解讀》指出:“科學探究是生物學中不可缺少的、動態的部分”[1]。高中生物課程應該反映生物科學的“完整畫面 ”,應該將科學探究作為高中生物學教學的基本內容和方法。科學探究活動也是學生學習生物學基本、有效的途徑之一,它有助于學生形成對生命世界的正確認識、對科學本質的理解和對生物學規律的領悟。生物實驗作為教師轉變教學方式、實施科學探究的最有效的手段之一,具有強化學生實證意識、提升學生思維品質、培養學生質疑精神的重要作用,倡導基于探究的實驗教學策略,將學生置身于一種動態、開放、個性、多元的學習環境中,打破原有學科的封閉性和課程選擇的單一性,讓學生自主探索,主動求知,學會收集、分析和利用各種信息及信息資源,實質上就是在提高學生的科學素養。
二、如何在一般實驗中體現探究的思想
美國學者施瓦布曾經把科學實驗活動分成三個層次, [2]根據實際還可以加上一個層次,即將問題、方法步驟及答案均提供給學生,學生只要按此步驟去做實驗,驗證已知的結果,可稱之為零層次(見表1)。
探究也是分層次的,一些學者根據探究活動的難易程度以及學生參與探究程度的不同,將探究性實驗劃分了不同的層次(見表2)。[3]
至此,可以清楚地表明,驗證性實驗、演示實驗、學生實驗基本上屬于0水平探究,也就是沒有體現科學探究的基本精神,隨著有關實驗的問題確定、解決問題的程序和做結論等幾個方面學生參與程度的增加,探究的深度也不斷增加,直至開放式的研究。由此可見,隨著新課程將科學探究作為核心理念,實驗和實驗教學的作用得到了顯著的提高。
眾所周知,學科教學在知識的量上有明確的任務,探究性學習要花費更多的時間。一些老師之所以在實驗教學中傾向于低水平的探究,一方面是觀念的問題,視課堂的“亂”為洪水猛獸,怕失去對課堂的控制;另一方面是技能的問題,試問,從小到大,我們有多少教師有過探究性學習的經歷?
事實上,在實際教學中,教材已充分考慮到了這些因素,高層次、開放性探究實驗活動是十分有限的。學生在更多的時候需要從多種多樣的不同層次的探究實驗活動中學習各種科學探究方法和科學探究技能。因此,如何在一般實驗中體現探究的思想是教師的必然選擇,也是推進探究教學的必由之路。
那么,怎樣設計一個基于探究的實驗活動呢?
對于一般的實驗教學來說,只要能在兩方面加以改變,就可以將驗證式的實驗轉變成開放性探究實驗。一是改變實驗活動在整個教學中的優先次序,不要將實驗活動安排在教學的,讓學生在實驗前還不知道實驗的結果;第二是將以往只注重驗證課本理論的一些典型實驗項目,改變成比較重視探究過程的實驗讓學生加以探究。從實際上考慮,讓學生探究的必須是個難度不高而且沒有危險性的實驗,教師才能安心放手讓學生探究,而且實驗內容要能與上課內容直接相關,并且適合學生的程度,又不需額外增加太多教學時間,如此老師才易于安排和融入原來的教學進度中。所以從現有的實驗項目中挑選一些單元,改變原有實驗教學方式再加一些巧思即可達到目的。 三、基于探究的生物實驗教學活動設計案例
“酶的催化效率—過氧化氫分解”是高中生物學的一個重要教學內容,實驗的目的主要是,認識酶作為生物催化劑,與無機催化劑相比,有何特點?按照過去的方式,為了體現探究,教師通常把演示實驗改變成學生實驗,學生通過在兩支編號為1號和2號的試管中分別注入3mL2%過氧化氫溶液,然后在1號試管中加入雞肝勻漿或馬鈴薯勻漿少許,在2號試管中加入二氧化錳少許,作為催化劑,輕輕振蕩試管,觀察兩支試管中氣泡產生的多少和快慢來比較反應的速率,推理出生物催化劑過氧化氫酶和無機催化劑二氧化錳催化效率的高低,從而得出酶的催化作用具有高效性的特點。
這樣的實驗活動,場面熱鬧,學生不定地按照教師的指令動手做實驗,實驗的成功率也很高。可是,如果仔細分析,學生的行為實際上是對教師指令的被動回應:把雞肝勻漿和二氧化錳分別加入到盛有3mL2%過氧化氫溶液的試管中,使之產生一種預定的變化。這樣做,看似在觀察與探究,實質上仍然停留在“告訴事實、驗證結論”的水平,僅僅從過氧化氫酶和二氧化錳2個催化反應實驗的比較,并不能推理出生物催化劑比無機催化劑具有高效性的特點,顯然,學生思維加工的投入量不夠充足。
針對上述情況的改進課,如果我們對實驗進行改進和拓展,實驗探究的水平就會明顯提高。
(一)提出問題
經過日常生活的積累和化學課程的學習,學生已經了解到很多地方都需要催化劑,比如說:汽車尾氣排放催化裝置、 工業 制硫酸、合成氨、酶催化生物大分子等。并且在課堂上也已經學習了使用催化劑的幾個化學反應,如氯酸鉀催化受熱分解、雙氧水催化分解等。在理解元素周期律以后,還可引導學生分析討論“催化劑與化學反應的關系”。
一般情況下,學生大多能提出如下問題:催化劑與化學反應是否有一一對應的關系?催化劑是如何改變化學反應速率的?催化劑在化學反應中的特點是什么?這種超學科的知識整合,對于激發學生的探究熱情是十分有效的。
(二)猜想與假設
首先要 總結 問題,經過查閱資料、網上搜索、小組討論,在教師的引導下,學生提出自己的設想:催化劑與化學反應不是一一對應的關系,一種催化劑可以催化不同的化學反應,不同催化劑對同一反應的催化效果可能不一樣。
(三)實驗準備
1.知識準備。要求學生在課外查閱過氧化氫、二氧化錳、三氧化二鋁、雞肝、馬鈴薯等的相關物理和化學性質,以及和催化劑相關的知識。
2.器材準備。試管,衛生香,火柴,過氧化氫,二氧化錳,三氧化二鋁,雞肝勻漿(新鮮的和不新鮮的各一份),馬鈴薯勻漿(生的和熟的各一份)等。
(四)實驗探究
實驗探究過程如表3所示。
(五)實驗結論
1.二氧化錳,三氧化二鋁,雞肝勻漿,馬鈴薯勻漿,能加快過氧化氫的分解速率,故能作過氧化氫分解的催化劑。
2.新鮮的雞肝勻漿和生的馬鈴薯勻漿,催化效率大大高于二氧化錳、三氧化二鋁的催化效率。
3.不新鮮的雞肝勻漿、熟的馬鈴薯勻漿之所以催化效率降低,有可能是采購回來的肝臟不新鮮,或是制成的肝臟研磨液使用和存放時間過長而變質;熟的馬鈴薯勻漿可能是高溫導致過氧化氫酶失活,說明影響酶催化作用的因素很多。
基于探究的生物實驗教學策略是在提高學生 科學 素養課程目標指導下的實驗教學改進行動,它的亮點是挖掘課本實驗的內涵、拓展課堂實驗的功能、提升實驗教學的品質,充分體現“自主、探究、合作” 新課程理念,對于推進“以探究為核心的、多樣化的生物教學方式”具有一定的指導作用。