浅谈新课标下生物对照类实验的开设

李 亨

摘要:在高考中实验设计是重点、也是难点,尤其是对照类实验是高考的热点,也是在教学及研究中经常用到的,如何在教学中训练、提高学生解决这方面问题的能力,笔者认为在搞清楚理论的同时让学生自己设计实验,并减少小组人数,让学生亲自做实验,能取得较好的效果。

关键词:对照实验 开设 操作 方法

生物学是研究生命现象和生命活动规律的科学。它是一门理论与实践相结合的学科。学习生物学不仅要学习生物学知识,还要学习科学探究的方法,培养科学探究能力。亲自进行科学探究是学习生物学的重要方式。观察、调查和实验以及资料分析等,都是科学探究活动。在通过实验进行探究的过程中,除了实验组外,往往还要设置对照组。我们把这种实验叫对照实验。

无论是课本上的实验,还是考题中的实验或者是科研中做的实验,好多都要设置对照组,进行对照实验。对照实验遵循“可行性原则、科学性原则、简洁性原则、可重复性原则、对照性原则、单一变量原则”。实验之前首先要对学生讲清楚设置对照实验的科学方法。

一、设置对照实验的方法

分析生物课本中的一些实验和历届高考生物试题不难发现,只要是研究未知因素对实验过程和实验结果是否有影响作用的实验设计,都需要设置对照实验。主要集中在生理现象观察,物质成分鉴定,物质性质探索,生物实习和研究性学习的实验等方面。

常用的对照方法有以下四种。

1. 空白对照:指不给对照组任何处理因素。

如“验证胰高血糖素具有升高血糖的生理作用”实验中,一只鼠为实验鼠,腹腔注射胰高血糖素;另一只鼠为对照鼠,腹腔注射等容量的生理盐水。

此对照方法在设计对照实验中使用的频率最高。

2. 自身对照:指对照和实验都在同一研究对象身上进行。

如“验证胰岛素具有降低血糖作用”实验中,首先给A组小鼠注射适量的胰岛素溶液,当A组小鼠出现低血糖症状时,给其注射适量葡萄糖溶液,观察其活动状况。本实验是同一研究对象在实验前后的对照。

3. 条件对照:指虽给对象施以某种实验处理,但不是所要研究的处理因素,这种处理是作为对照意义的。

如在“验证甲状腺激素促进幼小动物发育”的实验中,存在以下实验组和对照组。

甲组:饲喂甲状腺激素(实验组)

乙组:饲喂甲状腺激素抑制剂(条件对照组)

丙组:对蝌蚪不作任何处理(空白对照)

4. 相互对照:指不单设对照组,而是几个实验组相互对照。

如“验证温度对唾液淀粉酶活性影响”的实验中,60℃、O℃、37℃之间的对照;“验证pH值对唾液淀粉酶活性影响”的实验中不同pH值溶液之间的对照。

在有些实验中还同时设置了多种对照实验。如“验证Ca2+在血液凝固中的作用”和“验证胰岛素具有降低血糖作用”的实验中均用到了空白和自身两种对照,这样,经过比较和对照,更能充分地说明实验变量对实验结果的影响。

二、控制实验组数,减少小组人数

班大人多,导致组数多、每组人数多是好多学校不能取得应有实验效果的原因之一。

首先,如果人数多,教师在分析实验时纪律可能就得不到保证,因此就会出现不认真听、听不清楚、不认真想、不认真做的现象。

其次,组数多了就可能使学生得不到有效的指导,组员多了可能只有个别学生在操作,很多学生不能亲自动手体验而出现浪费时间甚至在一边玩耍的现象。

所以,建议一次实验不超过10组,每组不超过4人(以2人为宜)。这样人人可以动手提高操作能力,并能在操作过程中不断发现问题、分析问题、解决问题,也可以在小组之间比较、讨论,得到教师有效的指导。

三、实验仪器、材料齐全规范

仪器、材料的正确、齐全与否是实验成功的前提。课本上学生实验的用品实验员要提前准备齐全,并放在实验桌上,或者让学生设计实验方案后,根据他的需要,再提供给他材料。

四、实验方案设计

实验前教师可以根据所讲的对照实验的方法,让学生首先设计实验方案,提高学生的思维能力。每个小组设计好以后再进行相互讨论,最后教师再强调实验步骤及注意事项。

1. 分析实验目的,确定实验变量

实验变量是在实验中由实验者所操纵,给定的因素或条件。确定实验变量,即明确实验要研究的因素。这需要仔细分析实验目的和原理。

例如,为了证明酶具有高效性,高中生物教材中安排了“比较H2O2酶和Fe3+催化效率的实验”,在这个实验中,要证明酶这种生物催化剂具有高效性,那么确定实验变量就是“催化剂”。

2. 弄清实验原理控制无关变量

无关变量是实验中除实验变量以外的影响实验变化和结果的因素或条件。因为我们已经分析过对照实验遵循单一变量原则,除我们确定的实验变量外,其他的在对照组和实验组中应该是完全一样的。如证明“酶具有高效性”的实验中,除了催化剂的种类不一样外,其他因素(包括实验温度、反应物的种类、数量以及所加催化剂的量等)都应该是完全一样的。

3. 设计合理的实验步骤

根据实验目的和原理确定了实验变量、无关变量和反应变量后,接着设计合理、严密的实验步骤。

如:按照H2O2化学反应过程设计实验进行“相互对照”:将猪肝研磨液(含H2O2酶)加入到H2O2溶液中作为实验组,将FeCl3加入到H2O2溶液中作为对照组,对照的结果看H2O2酶催化H2O2分解的速率与FeCl3催化H2O2分解的速率的快慢。实验中如果没有Fe3+催化作为对照,H2O2酶催化H2O2反应的速率再快,也不能得出H2O2酶具有高效性的结论,因为这个结论本身就是相对于普通催化剂而言的。

这个看上去很简单的实验,如果我们平时没有让学生进行思考讨论,自行设计实验方案,而是机械地给出实验步骤让学生按部就班地做,那么再遇到类似的实验设计题学生就又不一定会做了。

例如:09年高考题全国卷(二)32. 已知2H2O2=2H2O+O2↑ , 可以通过观察反映过程中O2的生成速度(即气泡从溶液中释放的速度)来判断H2O2分解反应的速度。请用所给的实验材料和用具设计实验,使其能同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性。要求写出实验步骤,预测实验结果,得出结论,并回答问题。其实这考的就是课本上的对照实验,学生也知道这是做过的一个实验,由于当时没有自己去思考设计,只是机械地做了,很多同学得分很低。

五、学生亲自操作

在得出设计方案以后,每个学生应亲自操作,提高操作能力及加深印象。并和其他小组进行相互对照,看实验现象是否一致,如果有差异,讨论各自的实验步骤和加试剂的量是否一致,操作是否规范,找出问题的原因。

六、讨论得出结论

根据实验现象总结得出结论,再和其他小组进行讨论,然后教师根据每组的实验情况归纳总结,上升到理论知识。

参考文献:

[1] 许红星,《设计对照实验的基本原则》,《中学生理科应试》,2002年第8期

[2] 周美珍,《生物教育学》,浙江教育出版社,1992