实验的指导能力.ppt

生物学实验指导能力,杨婷：90811015谢润：90811013,内容提要,生物学实验阶段性的分析,生物学实验的指导,生物学实验（biology experiment）,根据实验目的，实验者运用实验仪器、设备及装置等物质手段，在人为特定的实验条件下，通过实验观察和测量获得各种生物科学事实的一种科学研究方法。,生物学实验的功能,具有丰富人的感性认识的功能,是生物科学理论赖以产生的基础,是生物学理论运用于生产实践的桥梁和中介,是检验生物科学知识真理性的依据之一,相对于生物科学知识的间接现实性来说，生物学实验能将生物科学知识转化为直接现实的东西，具有直接现实性。比如，课本能告诉我们动植物细胞的结构，但是当我们进行实验时我们就能直观的看见细胞的结构组成。,生物学实验的类型,按学科性质来分,形态学实验：动物的细胞与组织,生理学实验：植物细胞的吸水和失水,生态学实验：调查井冈山植物群落的分布,分类学实验：昆虫的分类,遗传学实验：性状分离比的模拟实验,生物技术实验：PCR扩增目的基因,解剖学实验：青蛙的循环系统,按实验所处的环境,实验室实验：,自然实验：,在通常的自然环境中对实验对象加以考察的一种实践活动。优点是把观察自然的自然性和实验的主动性有机地结合起来，而不足之处则表现在缺少对某些因素的严格控制，因而实验结果的精确性相对较差。如，观察某种微量元素对作物产量的影响或某种昆虫的性外激素对某种昆虫的诱杀作用时，因为因素控制不够，实验结果可能不准确。,中学常见的生物学实验的类型,在实验室里，通过实验仪器和设备，在人为控制或改变实验对象的条件下，考察与研究实验对象的一种有目的、有计划的操作或实践活动。生物教学中的实验大多数属于这一类。如，植物光合作用产生淀粉的实验。,按实验的教学目的,验证性实验：,探究性实验：,对研究对象有了一定的了解，并形成了一定的认识或提出了某种假说后，为验证这种认识或假说是否正确而进行的实验。如验证人体呼出的气体中二氧化碳的含量增多的实验。,指探究实验对象的未知属性的实验。探究性实验多是从实验中“再发现”的实验。,你能举出自己在中学实验中遇到过的在一个实验过程中由于提出了新颖的想法而引发的探究性实验吗？,一位生物学教师在引导学生开展“探究影响鼠妇分布的环境因素”活动时，已经圆满地得出“鼠妇喜欢阴暗、潮湿的环境”的结论。突然，一位学生的“提问”引发了一个问题：鼠妇到底更喜欢阴暗环境呢，还是更喜欢潮湿环境?这位生物学教师这样处理了这一突发事件。教师：同学们根据这个实验结果，能得出什么结论?请大家讨论。学生：（学生讨论后回答）同学1鼠妇喜欢黑暗和潮湿，不喜欢光亮和干燥。同学2光和水这两种因素能影响鼠妇的分布。教师：同学们这个探究活动做得很成功。看来鼠妇喜欢黑暗和潮湿的环境，不喜欢光亮和干燥的环境。影响鼠妇分布的环境因素除了光、水这两个因素外，还有其他因素，比如温度，大家有能力来探究吗?学生：有!(学生很自信地回答)教师：那就请同学们在课后继续来探究吧!同学们对刚才的实验还有什么疑问吗?请提出。学生：很多小组同学说“没有”，有的摇头。这时，E组的一位同学在其他同学的鼓励下，举起右手，红着脸说：“老师，我们组想问你一个问题，既然鼠妇喜欢黑暗和潮湿，不喜欢光亮和干燥，那么黑暗和潮湿，鼠妇更喜欢哪个?光亮和干燥，鼠妇更不喜欢哪个呢?如果我们设计一对光亮、潮湿和黑暗、干燥的环境，鼠妇更喜欢哪个环境呢?”教师：(教师一怔，立即作出反应)这位同学很有创新精神，所提出的问题很有探究价值。哪位同学能告诉他如何探究这个问题呢，请各小组讨论一下。学生：(讨论、交流)(突然F组一位学生举手回答)老师，我们有现成的实验材料，何不做一做实验，来探究一下呢?(没等我答应，这位同学又接着说)我们设计光亮潮湿和黑暗干燥的环境，再放上鼠妇，看鼠妇在哪个环境里分布得多，不就行了?教师：同学们同意这个实验计划吗?(学生齐声回答：同意)那就请同学们来进行实验探究吧!学生：各小组进行实验探究，五六分钟后，实验结束并进行全班交流(学生的脸上露出惊奇和微笑)。教师：鼠妇更趋向于哪一个环境?学生：较多鼠妇爬到了“黑暗干燥”的环境中。教师：通过以上的学习，大家不仅学会了如何探究影响鼠妇分布的环境因素，更重要的是我们还学会了科学探究的一般方法，同时还学会了合作。(摘自汪忠：初中生物新课程案例与评析，高等教育出版社2004年版),探究性实验的基本步骤：,得出结论,交流结果,做出假设,制定计划,实施计划,提出问题,意义：有助于学生主动地获取生物科学知识，体验科学过程与方法，形成一定的科学探究能力和科学态度与价值观，培养创新精神。,按实验中量与质的关系,定性实验：,定量实验：,定性试验与定量实验的区别就在于一个是解决“有没有”、“是不是”的问题,另一个是着重在“有”和“是”的基础上解决“有多少”、“是多少”的问题。所以定量实验通常包含定性实验，它比定性实验具有更大的优越性。生物科学研究从定性到定量，是以与数学方法相结合为基础的，这是现代自然科学进步的显著特征之一。,有人认为现代生物学实验都应该是定量的实验，定性实验不科学。你赞成这样的观点吗？,指定性判断实验对象的各种属性、定性确定生物体结构与功能等的实验。其目的是解决“有没有”、“是不是”的问题。如影响酶活性的条件等。,指为了深入了解生命的本质特征，揭露各因素之间的数量关系、确定某些因素的数值等而进行的实验。探究酸雨对小麦种子萌发的影响的实验等。,模拟实验：是指在科学研究中，由于受客观条件的限制，不允许或不能对研究对象进行直接实验，为了取得对研究对象的认识，可通过模拟的方法，选定研究对象的替代物(即模型)，模拟研究对象(即原型)的实际情况，对替代物进行实验。模拟实验能够使研究对象微型化，也能使研究对象扩大化。例如，1953年美国科学家米勒(S.L.Miller)模仿原始地球大气层的气体，在封闭的玻璃仪器中探讨生命起源的实验就是一个模拟实验。在生物教学中，制作生态瓶研究生态系统稳定性的条件、模拟“酸雨”探究其对小麦种子萌发的影响等都是模拟实验。,这一实验都属于哪些类型？,探究影响鼠妇分布的环境因素阅读下列教学案例：【活动目的】探究哪些环境因素影响鼠妇的分布。【材料器具】培养皿、吸水纸、纸板等。【方法步骤】(1)学生分成若干组，每组在课前观察鼠妇的生活环境，捕捉鼠妇若干个(注意：不能破坏学校或社区的草坪或花坛等)。针对鼠妇的生活环境提出问题。(2)通过交流自己是在什么地方捕捉到鼠妇的，对影响鼠妇分布的主要环境因素作出假设。(3)利用教师提供的器具和实验室可利用的其他器具，设计一个实验方案用以验证自己的假设。(4)根据自己的实验设计，进行实验。观察并记录鼠妇在一定时间内的活动变化。(5)各组交流实验数据。分析小组和全班的数据，讨论实验数据是否支持假设。(6)讨论“环境中的阳光、温度、水分等因素对于鼠妇的分布有什么影响”问题后，交流与撰写探究报告。活动完成后将鼠妇放回大自然中。【评价】本探究案例是全日制义务教育生物课程标准(实验稿)中提出的探究性案例之一。它是许多国家生物教科书中都开展的一个探究性教学活动。,生物学实验的指导,全日制义务教育生物课程标准(实验稿)在教学建议中明确指出：“实验教学既是一类探究活动，也是生物学教学的基本形式之一。课程标准的内容标准部分列举的一些活动建议中，相当部分就是实验。”并明确提出“学校应逐步完善生物学实验室的建设、仪器设备和用具的配置，保证实验教学经费的投入。生物学教师也应创造条件，就地取材，因陋就简地开设好生物学实验”、“实验设计应该多样化。例如，可以采用比较规范的实验仪器设备设计实验，也可以设计低成本实验；可以采用生物材料设计实验，也可以设计模拟性实验；有条件的学校还可以适当引入多媒体技术进行虚拟实验。应鼓励学生参与设计实验”、“在重视定性实验的同时，也应重视定量实验，让学生在量的变化中了解事物的本质。教师应向学生提供机会学习量的测定，实事求是地记录、整理和分析实验数据、定量表述实验结果等”、“要注意实验安全教育。安全使用实验器具(如解剖器具、玻璃器皿、酒精灯等)和实验药品(酒精、酸、碱等)是生物学实验的基本技能，教师应强化安全教育，增强学生自我保护意识”等建议。,这说明生物教学中实验的重要性，也说明提高教师对实验指导能力的重要性。,生物学实验阶段性的分析,生物学实验的准备阶段,该阶段的重要任务是确定实验课题和设计实验方案,制定实验教学目标：指根据课程标准和教材的要求，结合本地、本校实际条件，具体确定每学期、每学年的实验教学的总目标、每个实验的子目标以及实验的具体要求。,选择实验材料：实验材料常常要受地区、季节的制约，因而必须提前准备。对实验所需的仪器、设备、器具和药品等也必须做好充分的准备。,实验预试：通过预试可确定选用哪些材料、哪些方法和怎样组织安排的效果较好，可发现哪些问题必须给以具体的指导，还可检验实验材料的数量和时间安排是否合理等。,布置预习实验：包括预习实验教材和有关的知识内容，收集部分实验资料，理解实验原理和技术、操作要求，设计探究性实验的方案等。,有人认为实验课没有必要撰写教案，因为实验的具体要求和步骤都写在黑板或实验手册上了。,生物学实验的实施阶段,采用分段实验的方式能够很好地组织学生有条不紊地完成比较复杂的实验。某教师在指导学生进行“观察植物细胞的结构和功能”实验时，将实验分成用肉眼、放大镜观察洋葱鳞片叶；撕取鳞片叶内表皮；制作临时玻片标本，观察细胞结构。,a、,b、,c、,d、,实验开始时，教师可以与学生一起讨论实验步骤、注意事项等，重点讲清操作中的关键问题，并进行必要的示范。,在学生实验过程中，教师要依据课程标准进行具体指导，在发现共性问题时，可暂停全班实验，进行集体指导。,在发现学生操作有错误或要领没有掌握时，应诱导启发学生自己纠正，不能包办代替。,e、,针对不同学生的实验情况提出一些问题，启发学生进行独立思考。,实验的结果处理阶段,在该阶段，教师应严格要求学生在认真实验、仔细观察的基础上如实地独立或合作完成实验作业，严防抄书、抄图和互相抄袭等。,有条件的学校，可在课外时间开放实验室，让学有余力、对生物学有兴趣的学生，在课后进一步探究。,有些教师认为绘制曲线图或柱形图不是生物课程的目标，而是数学课程的目标。你的观点是什么？,实验准备阶段的指导主要包括引导学生提出生物学实验问题和完成生物学实验的设计工作。,实验实施阶段的指导主要是引导学生科学地实施生物学实验。,实验结果处理阶段的指导主要包括引导学生处理实验的数据、根据数据得出结论，以及指导学生撰写实验报告等工作。,生物学实验问题的提出,通过解决探究性生物学实验的问题，直接或间接地为生物科学概念、理论等的建立和发展提供重要的实验事实。例如，通过“探究影响过氧化氢酶对过氧化氢催化反应的因素”实验，为学生形成酶促反应的概念、理解影响酶促反应的环境因素等知识提供了感性认识材料。,通过解决验证性生物学实验的问题，直接或间接地为生物科学概念、理论等的检验提供重要的实验事实。例如，学生通过“制作生态瓶”实验，可以为“在一个生态系统中生物成分越复杂，生态系统自动调节的能力越强”的知识提供实验事实。,通过解决应用性生物学实验的问题，培养学生运用知识和技能解决具体的生物学问题的能力。例如，“给庄稼施肥是否越多越好”、“是不是所有的植物生长都需要施加氮肥”等就是这类问题。,生物学实验的设计,应注意控制实验条件和实验因子，尽量减少实验误差，科学地设计对照，适当增加重复，以确保实验的准确性。,应掌握实验问题的性质、相关的理论知识和基本的实验技术。,进行实验设计时,设计实验方法时,尽量减少人为或偶然因素造成的实验误差。,关键是要设计对照。一般来说，无论采用什么样的实验方法都应设计对照，其方法很多。,应考虑重复实验的问题，只有在重复实验得到相同结果的基础上，才能得出可信度高的实验结论。,生物学实验的实施,指导学生正确了解误差的可能来源，这样有助于校正误差，提高实验结果的准确性。,系统误差：由实验方法、仪器和试剂、实验条件的控制以及实验者本身的主观因素造成的误差。,偶然误差：由难以察觉的原因，或由学生实验时的辨别差异以及某些不易控制的外界因素引起的误差。例如，温度、光照、气流、反应时间等的微小变化都可能引起偶然误差。,偶然误差常常可以通过进行多次平行实验（即重复实验）的方法，取其实验平均值予以校正。,生物学实验数据的处理和结论的得出,实验数据：通过观察或测量得到的实验结果,通过观察获得的实验数据，通常是对生物体的形态、结构、行为和生理现象等的记录，处理这些数据的主要方法是描述和绘图。,通过运用工具测量获得的数据，通常是可度量的数值，应该依照国家法定计量单位将测得的数据真实地记录下来。,a、,b、,在生物科学实验中常采用列表法和作图法来表示实验结果，这样可以使实验结果清楚、明了。,作图法：将实验所得的一系列数据之间的关系及变化情况，用图或线表示，如用柱形图、扇形图、坐标曲线图等形式表示，通过所得图形可以直观地分析实验数据。,列表法：是指将实验所得的各种数据整理成表格。在表格的第一行和第一列标出数据的名称和单位，其余行、列内只填写数字。,例如，在小麦种子萌发条件的探究实验中，可根据小麦种子的萌发情况，将实验数据整理成“小麦种子在不同pH条件下的萌发情况”表。,小麦种子在不同pH条件下的萌发情况,评价实验结果能对实验结果的可信度进行量化。在定性实验中，往往通过重复实验进行评价；而在定量实验中，一般用精确度来评价。,生物学实验报告的撰写,实验结束后，应及时整理和分析实验数据，写出实验报告。一份完整的实验报告应包括以下内容：,实验名称：准确、扼要，不能产生歧义。,实验反思：对实验的操作过程进行反思，总结得失，以防止下次实验犯同样的错误。,实验结果：整理并分析实验中的现象、数据，得出相应的结论。,实验步骤：简述自己的操作过程及方法，而不是完全照抄实验指导书，可以简明扼要地把实验步骤分步写出，也可用工艺流程图或表格形式按照先后的顺序表示，要写得准确明白，以便他人能够重复验证。,材料器具：对实验材料要写清来源及规格、浓度、配制方法等情况。,实验原理：简明扼要地阐述实验的主要理论依据，使未做过实验的人看后对实验有一个初步的了解。,实验目的：突出实验准备解决的问题和确立的目标。要实事求是，不夸大实验的真实内涵。,Thanks!,