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生物學實驗是生物科學探究的基礎,生物學實驗一般可以分為兩類,一類是驗證性實驗,另一類是探究性實驗。探究性實驗是指實驗者在不知曉實驗結(jié)果的前提下,通過自己實驗、探索、分析、研究得出結(jié)論,從而形成科學概念的一種認知活動。它比驗證性實驗更具有靈活性和未知性。
探究性實驗設計是對學生在學習思維的一種很好的訓練和開發(fā),是培養(yǎng)科學型實驗人才的一種最基礎的訓練。教師在教學中如何進行探究性實驗設計和指導學生掌握探究性實驗設計的方法和規(guī)律呢,筆者在多年的高中教學中總結(jié)出了以下幾點,以供大家參考和借鑒:
一、理清思路,頭腦中有一條明確的主線
剛進入高中的學生,邏輯思維的能力很有限,自主實驗和探究的能力非常差。如何讓他們逐步掌握探究性實驗的特點和規(guī)律,學會探究呢?在我的實踐中我發(fā)現(xiàn),首先要讓他們認識實驗探究的基本原理,在頭腦中形成一條明確的主線。
我引導學生這樣思考問題,我們想干什么,研究光對種子萌發(fā)有什么影響;想一想,影響種子萌發(fā)的因素有哪些?光對種子萌發(fā)有影響嗎?誰做過實驗證明過,都沒有。因為在初中所學知識中研究過水、適宜的溫度和充足的氧氣對種子萌發(fā)的影響,還真沒有研究過光對種子萌發(fā)的影響。也就是說這是一個我們未知的問題,那么我們怎樣才能知道光對種子萌發(fā)有沒有影響呢?讓它在光下萌發(fā),看光對它有沒有影響,那么它原先不是在光下的嗎?這實際上就是我們平時說的環(huán)節(jié)中的“提出問題”和“作出假設”,并依據(jù)此設計實驗步驟的過程。
二、認識在探究性實驗中的各種變量及其含義
變量,或稱因子,是指實驗過程中所作的特定因素或條件。按性質(zhì)不同,通??煞譃槿悾簩嶒炞兞?、反應變量和無關變量。
實驗變量,也稱為自變量,指實驗中由實驗者所操縱的因素或條件。反應變量,亦稱因變量,指實驗中由于實驗變量而引起的變化和結(jié)果。通常,實驗變量是原因,反應變量是結(jié)果,二者具有因果關系。實驗的目的在于獲得和解釋這種前因后果。例如,在“探究光對植物種子萌發(fā)的影響”實驗中,有沒有光就是實驗變量,種子萌發(fā)的結(jié)果就是反應變量(因變量)。而由于低溫、適溫、高溫條件變化,唾液淀粉酶水解淀粉的活性也隨之變化,這就是反應變量,該實驗即在于獲得和解釋溫度變化(實驗變量)與酶的活性(反應變量)的因果關系。
無關變量,也稱控制變量,指實驗中除實驗變量以外的影響實驗現(xiàn)象或結(jié)果的因素或條件。顯然,無關變量會對反應變量有干擾作用,例如,“探究光照對種子萌發(fā)的影響”的這一實驗中,水分、溫度及氧氣都是需要控制的量,即都是無關變量。又如“探究溫度對酶活性的影響”實驗中除實驗變量(低溫、適溫、高溫)以外,PH、試管潔凈程度、唾液新鮮程度、可溶性淀粉濃度和純度、試劑溶液的劑量、濃度和純度,實驗操作程度,溫度處理的時間長短等等,都屬于無關變量。
三、明白對照實驗的概念和意義
對照是實驗控制的手段之一,目的還是在于消除無關變量對實驗結(jié)果的影響。實驗對照原則是設計和實施實驗的準則之一。通過設置實驗對照對比。既可排除無關變量的影響,又可增加實驗結(jié)果的可信度和說服力。
通常,一個實驗總分為實驗組和對照組。實驗組,是接受實驗變量處理的對象組,說的通俗些就是指對生物或材料進行了與原生活狀態(tài)不同的改變,可以是增加條件,也可以是減少條件;對照組,也稱控制組,對實驗假設而言,是不接受實驗變量處理的對象組,即保持生物或材料原有狀態(tài)的分組,如上面所設計的“光對種子萌發(fā)的影響”實驗組是光下的那一組,而如果是“光對植物幼苗的影響”,那么實驗組就是暗處的那一組了。因為種子的萌發(fā)是通常是不見光的,而幼苗的生長通常是在光下進行的。這樣,從理論上說,由于實驗組與對照組的無關變量的影響是相等的,被平衡了的,故實驗組與對照組兩者之差異,則可認定為是來自實驗變量的效果,這樣的實驗結(jié)果是可信的,設置實驗對照是為了增強實驗的可信度。
四、對探究性實驗的步驟有一個明確的輪廓
設計探究實驗的步驟是學生最為頭疼的問題,為了減少學生設計上的困難,我在教學中首先將探究性實驗的步驟列了一個通用模式,即所有的探究性實驗都有這么三個步驟:
第一步,設計對照(也就是把該準備好的都準備好,如試管、培養(yǎng)皿等編號,材料等分)
第二步,對照組和實驗組的具體操作,主要體現(xiàn)兩者的區(qū)別;
第三步,記錄實驗結(jié)果,并確定檢驗結(jié)果所用的衡量標準。
總之,探究性實驗設計的教學是一個訓練學生思維的方法和過程,也是一個艱苦的過程,需要教師努力去實踐和探索。實驗設計是實驗的起點,需要一步步引導學生從認識到掌握最后達到靈活運用的程度。
參考文獻:
[1]余亞蕾.高中生物探究性實驗教學設計思路《中學時代》.2012(06)
[2]陶海濱.高中生物學實驗題中的理論及解題探討《生物學通報》2008年07期
一、創(chuàng)建情境,提高教學的直觀化效果
教學過程中不可離開教學情境枯燥地解讀課本,我在實踐中總是試想著如何提高學生的課堂參與度,讓學生在互動活動中自己發(fā)現(xiàn)規(guī)律,體驗獲知的,加深對知識的印象。
例如,我在和學生一起學習“傳染病的傳播途徑”這一部分內(nèi)容時,邀請幾個學生參與了一個小游戲:第一個同學手沾些面粉,接著與第二個同學握手,然后第二個同學又與第三個同學握手……最后,讓參與游戲的幾個同學將手攤開讓其他同學觀察。游戲結(jié)束,傳染病的傳播途徑的一個結(jié)論也就得到了:接觸傳播是傳染病的一種傳播途徑。
再例如,我在和學生一起學習“輸送血液的泵――心臟”這部分內(nèi)容時,從教學內(nèi)容來看,因為抽象,學生難以理解,傳統(tǒng)做法是借助于掛圖和模型進行教學,靜態(tài)的、遠離學生生活的圖形顯得呆板、無趣。我在這一節(jié)借助于多媒體給學生播放了一段視頻,直觀地顯現(xiàn)這一生理過程,與教學內(nèi)容息息相關的重點部位,借助于慢放、特寫的手段提醒學生注意。學生在觀看視頻的過程中,直觀地感受心臟的四個腔室,隨著視頻感知血液循環(huán)動態(tài)的過程。通過該情境的創(chuàng)設,學生對血液循環(huán)有了很直觀的感受,很輕松地就理解并掌握了這部分知識。教學過程中,教師通過情境的創(chuàng)設起到了啟發(fā)學生思維的作用,不是將知識直接灌輸,承擔著學生學習協(xié)助者的角色。實踐經(jīng)驗表明,在情境中學習,學生的學習興趣比較高,更有利于思維的深入和發(fā)散。
二、適當留白,讓學生自主生成問題
“提出一個問題比解決一個問題更重要!”學生自主生成問題的過程是其思維處于較高水平對教學內(nèi)容進行分析的過程,新課程指出學生是教學的主體,我們不能總是提出問題讓學生解決,還應鼓勵學生自己質(zhì)疑。所以我認為在初中生物課堂教學中,應根據(jù)教材內(nèi)容的難易程度,科學地設計教學活動方式,鼓勵學生自己發(fā)現(xiàn)并提出問題,將生成性問題作為課堂的生長點,實現(xiàn)知識的學習。
例如,我在和學生一起學習“生物圈中的綠色植物”一節(jié)內(nèi)容時,就放手讓學生自主學習,根據(jù)自己的自主分析,提出不明白的地方。從學生的生成性問題來看,他們會問一些自己感興趣的問題:
問題1:在生物圈中有哪些綠色植物?
問題2:一粒小小的種子是如何發(fā)展為一棵大樹的?
問題3:綠色植物與人類的關系怎么樣?……
問題是學生自主生成的,所以他們更希望自己能夠得到答案,求知欲望和探究欲望較為強烈。此時,適當?shù)匾龑Ь涂梢詫W生帶進多姿多彩且無限神秘的植物界,和學生每向前探究一步,問題也會隨之而來,課堂在不斷生成問題、解決問題的過程中潛行,認知和能力逐漸深化了。
三、分組討論,多邊互動,突破重點
面對學生課堂生成的問題,我認為我們教師不應該直接予以回答,可以留給學生幾分鐘時間進行小組討論。學生在討論和交流的時候,教師可以適當?shù)赜枰渣c撥,對于學生中好的做法和思路應予以展示和分享,對于學生間共存的疑問,我們教師再集體講授。
1 生物課堂教師觀念的轉(zhuǎn)變
由傳統(tǒng)課堂變?yōu)樘骄啃詫W習的課堂,教師首先必須轉(zhuǎn)變幾個觀念:由教師本位變?yōu)閷W生本位,由注重學習的結(jié)果變?yōu)樽⒅貙W習的過程,由注重知識的傳授變?yōu)樽⒅貙W生綜合素質(zhì)的提升和可持續(xù)發(fā)展。例如:高中生物課,有關生物學實質(zhì)和微觀的內(nèi)容較多,此時探究式教學可以利用多媒體或模擬實驗,以講述或討論的方式,引導學生提出研究的方法、建議或?qū)嶒炘O計的思路,讓學生了解生物學結(jié)論形成的過程,尤其是科學史的發(fā)展過程,因此重在培養(yǎng)學生的思維能力、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識。但教學安排不要為了探究而探究,中學生物課內(nèi)容中,可探究的內(nèi)容有很多,但有些內(nèi)容不適宜進行探究,因此探究式教學一定要符合教師和學生的實際。
2 生物課堂探究式教學的實踐
2.1在教學設計中,要善于分析教材,挖掘教材
例如:對必修3“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”中“植物生長素的發(fā)現(xiàn)”這一節(jié)的教學,我根據(jù)教材所提供的資料,按照科學家發(fā)現(xiàn)生長素的歷史過程,引導學生分析:假如你是當年的達爾文、詹森、拜爾、溫特,在觀察到植物向光性之后,會有哪些思考和推測?對這些思考和推測,你將采取何種來加以驗證?引導學生設計實驗方案,作出實驗假設和預期。在此基礎上,進一步引導學生分析達爾文、詹森、拜爾、溫特的設計巧妙之處,還有哪些不足,怎樣修改實驗方案;分析實驗中的現(xiàn)象、產(chǎn)生的結(jié)果,怎樣從實驗現(xiàn)象推導出科學結(jié)論。通過這種引導學生深入主動的探索,可以發(fā)展學生的能力,幫助學生掌握科學的方法,有利于培養(yǎng)學生的科學素質(zhì)。
2.2在教學活動中,正確而有效地引導學生主動探索是最佳的課堂教學雙邊活動
新教材盡量將驗證性的實驗改成探索性的研究過程或以探索性方式提出問題,促使學生在不知曉實驗結(jié)果的前提下,通過自己的實驗、探索、分析、研究得出結(jié)論從而形成科學概念。由于這種實驗或思維活動條條框框少,學生的思維不受到限制,所以它不僅能激發(fā)學生對所學知識的濃厚興趣,還能培養(yǎng)學生觀察問題、分析問題、解決問題的能力,對于培養(yǎng)學生良好的科學素質(zhì)及邏輯思維和創(chuàng)造性思維能力大有裨益。例如,關于糖類、脂肪和蛋白質(zhì)的鑒定實驗,與老教材相比,新教材用了“嘗試”一詞,更注重學生對實驗方法的探究。顯然后者更能體現(xiàn)新課程改革的精神。在實際教學中,我根據(jù)新教材的這些特點,首先讓學生討論:通過自學教材,我們可以用什么方法來鑒定糖類、脂肪和蛋白質(zhì)?需要哪些器材?需要記錄哪些數(shù)據(jù)?為了能夠記錄好這些數(shù)據(jù),我們需要設計表格,那么,怎樣來設計這份表格呢?在相互討論的基礎之上,確定好實驗方案和操作步驟及相關表格之后,引導學生完成實驗,讓學生設計記錄表格的內(nèi)容,要求學生填寫實驗預測結(jié)果和實測結(jié)果,然后進行比較,得出結(jié)論,這對培養(yǎng)學生的實驗設計能力有很大的幫助。
2.3在教學活動中,探究方式的多樣化
例如:《基因工程的原理》是典型的貫徹探究性學習精神的課堂。整一節(jié)課就是問題探究式的教學。通過一連串的問題,既注重新舊知識的網(wǎng)絡構(gòu)建,又很好地引導了學生的思維,激發(fā)了他們的探究欲望。學生解決問題的過程實際上就是進行探究的過程。這節(jié)課還設置了不同層次和形式的探究活動。如:對圖片的探究,觀察大腸桿菌結(jié)構(gòu)模式圖,總結(jié)出質(zhì)粒的特點;以問題探討的形式探究培育熒光豬的方法;以小組活動形式探究EcoRI酶的剪切方式;以小組活動的方式探究基因工程的操作步驟。通過不同的活動培養(yǎng)了學生多方面的科學探究方法與技能,切實提高了學生的科學素養(yǎng)。尤以最后一個探究活動為典型。新課程標準中相關的教學目標是學生在學習了基因工程的操作步驟后,再利用剪刀等工具進行模擬操作。本課中,教師作了大膽的創(chuàng)新,改為先由學生探究基因工程的操作過程,并在此過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,總結(jié)出基因工程的基本操作步驟。實踐證明,這種新的實施方法使學生能力得到了更好的發(fā)揮。從這也可以證明,具體進行教學的時候,教師可靈活處理教材,探究形式應多樣化,對課本上的探究活動可根據(jù)實際需要作大膽創(chuàng)新,或適當進行增刪。最重要的是要使探究精神真正地貫徹到課堂中。
3 生物課堂進行探究式教學的思考