例談高中生物學(xué)中的“實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/h1>
2023-08-14 02:16:46嚴(yán)開銀
教學(xué)考試(高考生物) 2023年4期
嚴(yán)開銀
(1.浙江省建德市壽昌中學(xué) 2.浙江師范大學(xué)教師學(xué)院)
生物學(xué)是實(shí)驗(yàn)科學(xué),許多規(guī)律、結(jié)論都是通過實(shí)驗(yàn)得出,因此生物學(xué)的學(xué)習(xí)離不開實(shí)驗(yàn)。浙科版普通高中生物學(xué)教科書必修1“致同學(xué)們”中將實(shí)驗(yàn)定義為“人為地改變某些條件來考察生命現(xiàn)象的變化,以探究生命現(xiàn)象內(nèi)在的因果關(guān)系,認(rèn)識生命活動的內(nèi)在規(guī)律的方法”。簡單地說,在生物學(xué)中,實(shí)驗(yàn)是一種探究生命活動的方法。實(shí)驗(yàn)既是生物學(xué)形成和發(fā)展的基礎(chǔ),也是學(xué)生獲取生物學(xué)知識和習(xí)得能力的重要手段,還是學(xué)業(yè)質(zhì)量水平考查的內(nèi)容和方式。在生物學(xué)學(xué)業(yè)水平考試和等級性考試中,與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的考查內(nèi)容通常高于30%,考查內(nèi)容涉及實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃怼⑺悸坊虿襟E、結(jié)果及結(jié)論等方面。學(xué)生在解答實(shí)驗(yàn)類問題時(shí),往往出現(xiàn)偏題、跑題等答非所問的現(xiàn)象,究其原因主要為實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟磺逦?/p>
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑趯?shí)驗(yàn)中的價(jià)值
實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菍?shí)驗(yàn)內(nèi)容的重要組成部分,是實(shí)驗(yàn)活動的目標(biāo)和指南,實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)等通常圍繞著實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行。下面主要從實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)方向與實(shí)驗(yàn)預(yù)期及結(jié)論三個(gè)方面的影響來闡述。
1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康臎Q定實(shí)驗(yàn)材料的選擇
實(shí)驗(yàn)成功與否,離不開合適的實(shí)驗(yàn)材料。實(shí)驗(yàn)材料的選擇需要考慮多種因素,但實(shí)驗(yàn)?zāi)康臎Q定了實(shí)驗(yàn)材料需具備的基本條件。例如,在“檢測生物組織中的糖類”實(shí)驗(yàn)的中“檢測還原糖”實(shí)驗(yàn),選擇了梨和白蘿卜作為實(shí)驗(yàn)材料而未選用甘蔗汁,其原因?yàn)閷?shí)驗(yàn)?zāi)康摹皺z測還原糖”要求實(shí)驗(yàn)材料中含有還原糖,而甘蔗中的糖主要為蔗糖(非還原糖),通常不用甘蔗汁作為實(shí)驗(yàn)材料?；趯?shí)驗(yàn)?zāi)康挠謫枮槭裁床贿x用葡萄這樣富含葡萄糖的水果作為實(shí)驗(yàn)材料?其原因?yàn)槎鄶?shù)葡萄為有色葡萄,而還原糖鑒定是通過使用本尼迪特試劑水浴加熱下產(chǎn)生紅黃色沉淀進(jìn)行鑒定,有色水果本身的顏色會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾。所以,用于檢測還原糖的實(shí)驗(yàn)材料應(yīng)為無色但富含還原糖的水果或蔬菜。
再例如,在探究溫度對酶活性的影響實(shí)驗(yàn)中,為什么不使用過氧化氫酶作為實(shí)驗(yàn)材料?因過氧化氫酶的底物為過氧化氫,受熱易分解,溫度除對酶產(chǎn)生影響外,對過氧化氫本身也有影響,所以不使用過氧化氫酶作為實(shí)驗(yàn)材料。
“噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)”證明了DNA是遺傳物質(zhì),該實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵原因是T2噬菌體的成分簡單,僅由DNA和蛋白質(zhì)組成,且增殖時(shí)間短,適于通過觀察生殖過程中DNA或蛋白質(zhì)的變化來研究“誰是遺傳物質(zhì)”。
2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康臎Q定實(shí)驗(yàn)方向
實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊簿褪谴鉀Q的研究問題,決定了實(shí)驗(yàn)研究方向。如在“植物的礦質(zhì)代謝”中,實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑椤膀?yàn)證某種礦質(zhì)元素是否為植物的必需礦質(zhì)元素”時(shí),就要使用實(shí)驗(yàn)的減法原理進(jìn)行自變量設(shè)計(jì)。從邏輯學(xué)原理看,如果A可以推出B,就稱A是B的充分條件;同時(shí),非A推出非B則稱A是B的必要條件。因此,為證明“某種礦質(zhì)元素是植物正常生長的必要條件”,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用反證法。具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為“以缺乏某元素的完全營養(yǎng)液一組為實(shí)驗(yàn)組,而以完全營養(yǎng)液一組為對照組”。
在“證明唾液淀粉酶具有專一性”實(shí)驗(yàn)中,則需要在蔗糖溶液和淀粉溶液均加入等量且適量的淀粉酶溶液,以此證明唾液淀粉酶對淀粉有催化作用,對蔗糖沒有催化作用。在這里使用A是B的充分條件,實(shí)驗(yàn)變量設(shè)計(jì)采用加法原理。
再如:在“艾弗里證明DNA是遺傳物質(zhì)”實(shí)驗(yàn)中,既通過提純的S型菌DNA、蛋白質(zhì)、莢膜多糖分別與R型菌混合培養(yǎng),只有S型菌DNA混合培養(yǎng)組獲得S型菌,直接證明“DNA是細(xì)菌轉(zhuǎn)化的充分條件”;也通過S型菌DNA中添加DNA酶后與R型菌混合培養(yǎng)不能獲得S型菌,反證“DNA是R型菌轉(zhuǎn)化為S型菌的必要條件”,即沒有DNA時(shí)不能發(fā)生轉(zhuǎn)化,該實(shí)驗(yàn)依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?同時(shí)運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)變量設(shè)計(jì)的“加法原理”和“減法原理”,證明了DNA是細(xì)菌轉(zhuǎn)化的充分必要條件。從以上實(shí)驗(yàn)可知,當(dāng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑樘角蠼Y(jié)果時(shí),使用實(shí)驗(yàn)的加法原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn);當(dāng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑樽粉櫵菰磿r(shí),使用實(shí)驗(yàn)的減法原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。
3.實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹该鲗?shí)驗(yàn)預(yù)期及結(jié)論
實(shí)驗(yàn)結(jié)論是對研究問題的回答,直接具體地反映出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。例如“探究酵母菌?xì)胞呼吸的方式”實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖墙獯鸾湍妇?xì)胞呼吸的方式是什么。實(shí)驗(yàn)在有氧與無氧條件下,通過對細(xì)胞呼吸產(chǎn)物的鑒定,進(jìn)而證明酵母菌存在兩種不同的細(xì)胞呼吸方式。但多數(shù)教師和學(xué)生誤將該實(shí)驗(yàn)結(jié)論總結(jié)為“酒精是酵母菌進(jìn)行厭氧呼吸的產(chǎn)物” “需氧呼吸不產(chǎn)生酒精” “需氧呼吸比厭氧呼吸產(chǎn)生的CO2多”等,這樣的結(jié)論并未對研究問題作出回答,沒有真正回應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果并參照實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡贸龅膶?shí)驗(yàn)結(jié)論應(yīng)為“酵母菌的細(xì)胞呼吸方式有需氧呼吸與厭氧呼吸兩種,其厭氧呼吸產(chǎn)生二氧化碳和酒精”。
同時(shí),由于探究性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中目的含義不一樣,所以兩類實(shí)驗(yàn)的預(yù)期結(jié)果也存在差異。具體說來,驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和結(jié)論是確定的,依據(jù)自變量與因變量的關(guān)系,可用逆推法(由結(jié)論推出相應(yīng)的結(jié)果),得出唯一的結(jié)果與結(jié)論;但在探究性實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)結(jié)果有多種可能,因而結(jié)論是不確定的,在探究性實(shí)驗(yàn)中一般先將自變量與因變量所對應(yīng)的多種可能關(guān)系全部考慮,再用逆推法推理出各種可能對應(yīng)的結(jié)果,因此結(jié)果與結(jié)論不唯一。例如“驗(yàn)證某種子發(fā)芽過程中能進(jìn)行產(chǎn)酒精的厭氧呼吸”實(shí)驗(yàn)只需要設(shè)計(jì)如圖裝置,并出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果“裝置一著色液滴不動,裝置二著色液滴右移”即能證明。而“探究某種子發(fā)芽可進(jìn)行的呼吸方式”實(shí)驗(yàn),利用如圖裝置進(jìn)行探究,則可能出現(xiàn)表1中展示的多種實(shí)驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)而得出不同結(jié)論。
表1 探究某種子發(fā)芽時(shí)細(xì)胞呼吸方式結(jié)果及結(jié)論記錄表
裝置一
裝置二圖 驗(yàn)證或探究某種子發(fā)芽時(shí)細(xì)胞呼吸裝置
二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡母拍畋嫖?/h2>
實(shí)驗(yàn)是一種科學(xué)研究方法,也是解決或解答某一具體問題而進(jìn)行的探究或驗(yàn)證過程。因此,實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊卮稹耙骄炕蝌?yàn)證的某一事實(shí)”或“做了某實(shí)驗(yàn)后,要解決什么問題”?；\統(tǒng)來看,實(shí)驗(yàn)?zāi)康目煞譃閮深?一類是驗(yàn)證已有的結(jié)論,另一類是通過合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)施,證實(shí)假設(shè)合理并得出相應(yīng)結(jié)論。依據(jù)以上兩類實(shí)驗(yàn)?zāi)靠蓪?shí)驗(yàn)分為兩類,即驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與探究性實(shí)驗(yàn)。在具體實(shí)驗(yàn)中,通常是研究一種因素改變對另一種因素的影響,所以實(shí)驗(yàn)?zāi)康臅鴮懪c表達(dá)通常為“探究(或驗(yàn)證)自變量對(研究對象)因變量的影響”,其中包含了實(shí)驗(yàn)的類型、研究對象、因變量和自變量。
從實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩x看,實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹邪藢?shí)驗(yàn)研究的問題和假設(shè)。例如“探究影響酶催化功能的因素——pH對過氧化氫酶的影響”,實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹疤骄縫H對過氧化氫”中隱含了實(shí)驗(yàn)研究問題“過氧化氫酶的最適pH是多少”以及實(shí)驗(yàn)假設(shè)“不同pH下酶的活性不同”。從中可以看出實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪B接著實(shí)驗(yàn)研究問題,直接反映出實(shí)驗(yàn)假設(shè),為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)指明方向,為實(shí)驗(yàn)結(jié)論提供參考標(biāo)準(zhǔn)。因此,實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)研究問題、研究假設(shè)不同,但又相互關(guān)聯(lián)。
同時(shí),還要注意實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟煌趯?shí)驗(yàn)教學(xué)目的。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖腔诮鉀Q具體科學(xué)問題,而實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的是基于學(xué)生學(xué)習(xí)或發(fā)展需求?！皩?shí)驗(yàn)教學(xué)目的”是在實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐瓿傻幕A(chǔ)上,再附加上學(xué)生需要發(fā)展的核心素養(yǎng)。例如“細(xì)胞通過分裂增殖”一節(jié)中,活動“制作和觀察根尖細(xì)胞有絲分裂臨時(shí)裝片,或觀察其永久裝片”中,“目的要求”為制備植物根尖的臨時(shí)裝片和觀察根尖分生區(qū)中有絲分裂不同時(shí)期的細(xì)胞。該活動的“目的要求”其實(shí)質(zhì)是“實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的”,是指在實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹膀?yàn)證植物根尖分生區(qū)細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂”基礎(chǔ)上,附加“制備根尖臨時(shí)裝片” “觀察臨時(shí)裝片”等科學(xué)探究素養(yǎng)提升的教學(xué)目的。因此,“實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹迸c“實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的”之間既有聯(lián)系又有區(qū)別。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)需注意區(qū)分“實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹迸c“實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的”,避免教學(xué)迷失方向。
三、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡慕虒W(xué)方法
實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜绱酥匾?但在具體實(shí)驗(yàn)類試題中,題干信息并不直接將實(shí)驗(yàn)?zāi)康某尸F(xiàn)出來,通常需要學(xué)生思考后才能發(fā)現(xiàn)問題背后的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?作為教師可通過引導(dǎo)學(xué)生在“讀”實(shí)驗(yàn)、“做”實(shí)驗(yàn)、“練”實(shí)驗(yàn)、“設(shè)”實(shí)驗(yàn)中養(yǎng)成重視實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊庾R,進(jìn)而提升實(shí)驗(yàn)探究能力。
1.學(xué)科學(xué)史,“讀”實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>
“讀”實(shí)驗(yàn),指教師引導(dǎo)學(xué)生解讀教材中各種科學(xué)史過程,選擇其中具體科學(xué)探究過程并分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?、方法、過程、結(jié)果及結(jié)論?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》中強(qiáng)調(diào)大概念教學(xué),大概念形成基于重要概念形成,重要概念形成又基于次位概念,次位概念建立在生物學(xué)有關(guān)事實(shí)和現(xiàn)象的基礎(chǔ)上。因此,在生物學(xué)教材中既明確展示了大量的實(shí)驗(yàn)活動要求和生物學(xué)科學(xué)史實(shí)驗(yàn),同時(shí)還有隱含在知識結(jié)論、旁欄資料及課后練習(xí)中的隱性實(shí)驗(yàn)。在科學(xué)史中有相當(dāng)豐富的實(shí)驗(yàn)探究歷程,這些內(nèi)容為實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡慕虒W(xué)提供了很好的材料,作為教師應(yīng)該善于使用這些科學(xué)史素材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)康慕虒W(xué)。例如:在學(xué)習(xí)光合作用的發(fā)現(xiàn)歷程中,涉及“1648—1653年比利時(shí)醫(yī)生海爾蒙特柳苗栽培實(shí)驗(yàn)” “1771年英國化學(xué)家普利斯特利實(shí)驗(yàn)” “1779年英格豪斯實(shí)驗(yàn)” “1864年德國科學(xué)家薩克斯” “1880年德國科學(xué)家恩吉爾曼實(shí)驗(yàn)” “20世紀(jì)40年代美國科學(xué)家魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)”等。在展示以上實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果后,可引導(dǎo)學(xué)生分析自變量、因變量、因變量檢測指標(biāo),并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果推出實(shí)驗(yàn)結(jié)論后,理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)材料選擇、方向和結(jié)論的關(guān)系。同理,在酶、遺傳物質(zhì)、生長素等物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)歷程的科學(xué)史中,也存在著上述教學(xué)問題鏈,同樣可以用于實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡慕虒W(xué)。
2.在活動中,“做”實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>
“做”實(shí)驗(yàn),指在理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡幕A(chǔ)上,動手進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)操作,熟悉實(shí)驗(yàn)儀器、相關(guān)試劑的作用及相關(guān)操作步驟,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方法和技能的運(yùn)用。但在具體的學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,多數(shù)“學(xué)生實(shí)驗(yàn)”并沒有充分達(dá)成實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｕ驹趯W(xué)生角度分析原因時(shí)可以看到,學(xué)生對生物學(xué)實(shí)驗(yàn)充滿興趣,做起實(shí)驗(yàn)也非常積極,但往往缺少目的性。例如:“模擬孟德爾雜交實(shí)驗(yàn)”中,其實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的是“通過模擬實(shí)驗(yàn),認(rèn)識和理解等位基因分離和配子隨機(jī)結(jié)合與性狀間的數(shù)量關(guān)系”。但在該模擬實(shí)驗(yàn)操作中,常常僅關(guān)注子代基因型及性狀表現(xiàn),卻忽略了實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹獙Φ任换蚍蛛x的研究,即關(guān)注雌雄個(gè)體各自產(chǎn)生的配子種類及比例。因此,教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)注意三點(diǎn):一是在實(shí)驗(yàn)前,注意到實(shí)驗(yàn)用品準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)的同時(shí),應(yīng)對實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行問題設(shè)計(jì);二是在實(shí)驗(yàn)中,注重實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)要求的同時(shí),應(yīng)注意實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶唧w實(shí)驗(yàn)操作的指導(dǎo)作用;三是在實(shí)驗(yàn)后,強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、器材整理的同時(shí),應(yīng)對照實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡贸鰧?shí)驗(yàn)結(jié)論并進(jìn)行討論。在具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,可以在實(shí)驗(yàn)前用5～8分鐘進(jìn)行討論,明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、設(shè)計(jì)和理解操作過程;實(shí)驗(yàn)中用25～30分鐘進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作;實(shí)驗(yàn)后用3～5分鐘圍繞實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行總結(jié)。最終,通過具體實(shí)驗(yàn)操作,引導(dǎo)學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑趯?shí)驗(yàn)中的核心位置。
3.改編練習(xí),“練”實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>
“練”實(shí)驗(yàn),是指在平時(shí)的生物學(xué)學(xué)習(xí)中,適時(shí)精選實(shí)驗(yàn)類習(xí)題進(jìn)行改編或重組并用于練習(xí),以加深對實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識的理解和掌握。通過實(shí)驗(yàn)類練習(xí)創(chuàng)造情境,指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行材料選擇、儀器運(yùn)用和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)等,達(dá)到提升生物學(xué)核心素養(yǎng)的目的,實(shí)現(xiàn)知識和能力的遷移。在“練”實(shí)驗(yàn)中,包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康念悊栴}的改編練習(xí),即在改編練習(xí)中發(fā)掘問題用于實(shí)驗(yàn)?zāi)康慕虒W(xué),為學(xué)習(xí)生物學(xué)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
例(2021年1月,浙江選考卷,第30題改編):1897年德國科學(xué)家畢希納發(fā)現(xiàn),利用無細(xì)胞的酵母汁可以進(jìn)行乙醇發(fā)酵;還有研究發(fā)現(xiàn),乙醇發(fā)酵的酶發(fā)揮催化作用需要小分子和離子輔助。某研究小組為驗(yàn)證上述結(jié)論,利用下列材料和試劑進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
材料和試劑:酵母菌、酵母汁、A溶液(含有酵母汁中的各類生物大分子)、B溶液(含有酵母汁中的各類小分子和離子)、葡萄糖溶液、無菌水。
實(shí)驗(yàn)共分6組,其實(shí)驗(yàn)處理和結(jié)果如表2。
表2
回答下列問題:
(1)該實(shí)驗(yàn)的目的是什么?(驗(yàn)證小分子和離子輔助對乙醇發(fā)酵的酶催化作用發(fā)揮的影響或驗(yàn)證乙醇發(fā)酵的酶發(fā)揮催化作用需要小分子和離子輔助)
(2)表中第①、②組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對照的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁?(證明酵母菌能利用葡萄糖溶液進(jìn)行乙醇發(fā)酵)
(3)表中第①、②、⑤組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對照的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁?(證明無細(xì)胞酵母汁能利用葡萄糖溶液進(jìn)行乙醇發(fā)酵)
(4)表中第①、②、③、④、⑤、⑥組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對照的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁?(證明完整的酵母汁才能利用葡萄糖溶液進(jìn)行乙醇發(fā)酵)
(5)若表中再增加一組實(shí)驗(yàn)⑦“葡萄糖溶液+A溶液+去除了離子M的B溶液”,且該實(shí)驗(yàn)“無乙醇生成”,請問實(shí)驗(yàn)⑦與其他實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對照的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁?(證明B溶液中離子M是乙醇發(fā)酵的必需條件)
4.聯(lián)系生活,“設(shè)”實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>
“設(shè)”實(shí)驗(yàn),是指在“讀” “做” “練”的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生對現(xiàn)實(shí)生活中的生命活動現(xiàn)象進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)(或假設(shè))其中的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、步驟、預(yù)期結(jié)果和結(jié)論,并討論交流設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題及解決的方法。例如:生活中為了催熟柿子等水果,人們往往會在柿子中放入熟透的香蕉或蘋果并密封。若將該操作視為一個(gè)實(shí)驗(yàn),則這個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的是什么?多數(shù)同學(xué)會回答“證明乙烯具有催熟水果的作用”。但在思考后學(xué)生就會發(fā)現(xiàn)缺少對照實(shí)驗(yàn)。在加設(shè)一組未成熟香蕉的對照實(shí)驗(yàn)之后,又可以提出新問題,通過有無香蕉的對照實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜻_(dá)成“證明乙烯具有催熟水果的作用”的實(shí)驗(yàn)?zāi)康膯?學(xué)生經(jīng)思考后又會發(fā)現(xiàn),該實(shí)驗(yàn)只能證明“熟透的香蕉對未成熟的水果有催熟效果或作用”。但該實(shí)驗(yàn)中水果含有多種物質(zhì),并不能證明乙烯作為單一變量起到了催熟水果的作用。借此,學(xué)生學(xué)會在明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕A(chǔ)上重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),提升科學(xué)思維水平。
實(shí)驗(yàn)是生物學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn),明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?向上可以追問實(shí)驗(yàn)研究問題和假設(shè),從而明確實(shí)驗(yàn)方向;向下可以指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)原理運(yùn)用、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì),明確實(shí)驗(yàn)預(yù)期與結(jié)論?？傊?實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菍?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)分析、實(shí)驗(yàn)評價(jià)的基礎(chǔ),在高中生物學(xué)課程中應(yīng)充分重視。
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嚴(yán)開銀
(1.浙江省建德市壽昌中學(xué) 2.浙江師范大學(xué)教師學(xué)院)
生物學(xué)是實(shí)驗(yàn)科學(xué),許多規(guī)律、結(jié)論都是通過實(shí)驗(yàn)得出,因此生物學(xué)的學(xué)習(xí)離不開實(shí)驗(yàn)。浙科版普通高中生物學(xué)教科書必修1“致同學(xué)們”中將實(shí)驗(yàn)定義為“人為地改變某些條件來考察生命現(xiàn)象的變化,以探究生命現(xiàn)象內(nèi)在的因果關(guān)系,認(rèn)識生命活動的內(nèi)在規(guī)律的方法”。簡單地說,在生物學(xué)中,實(shí)驗(yàn)是一種探究生命活動的方法。實(shí)驗(yàn)既是生物學(xué)形成和發(fā)展的基礎(chǔ),也是學(xué)生獲取生物學(xué)知識和習(xí)得能力的重要手段,還是學(xué)業(yè)質(zhì)量水平考查的內(nèi)容和方式。在生物學(xué)學(xué)業(yè)水平考試和等級性考試中,與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的考查內(nèi)容通常高于30%,考查內(nèi)容涉及實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃怼⑺悸坊虿襟E、結(jié)果及結(jié)論等方面。學(xué)生在解答實(shí)驗(yàn)類問題時(shí),往往出現(xiàn)偏題、跑題等答非所問的現(xiàn)象,究其原因主要為實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟磺逦?/p>
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑趯?shí)驗(yàn)中的價(jià)值
實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菍?shí)驗(yàn)內(nèi)容的重要組成部分,是實(shí)驗(yàn)活動的目標(biāo)和指南,實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)等通常圍繞著實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行。下面主要從實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)方向與實(shí)驗(yàn)預(yù)期及結(jié)論三個(gè)方面的影響來闡述。
1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康臎Q定實(shí)驗(yàn)材料的選擇
實(shí)驗(yàn)成功與否,離不開合適的實(shí)驗(yàn)材料。實(shí)驗(yàn)材料的選擇需要考慮多種因素,但實(shí)驗(yàn)?zāi)康臎Q定了實(shí)驗(yàn)材料需具備的基本條件。例如,在“檢測生物組織中的糖類”實(shí)驗(yàn)的中“檢測還原糖”實(shí)驗(yàn),選擇了梨和白蘿卜作為實(shí)驗(yàn)材料而未選用甘蔗汁,其原因?yàn)閷?shí)驗(yàn)?zāi)康摹皺z測還原糖”要求實(shí)驗(yàn)材料中含有還原糖,而甘蔗中的糖主要為蔗糖(非還原糖),通常不用甘蔗汁作為實(shí)驗(yàn)材料?；趯?shí)驗(yàn)?zāi)康挠謫枮槭裁床贿x用葡萄這樣富含葡萄糖的水果作為實(shí)驗(yàn)材料?其原因?yàn)槎鄶?shù)葡萄為有色葡萄,而還原糖鑒定是通過使用本尼迪特試劑水浴加熱下產(chǎn)生紅黃色沉淀進(jìn)行鑒定,有色水果本身的顏色會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾。所以,用于檢測還原糖的實(shí)驗(yàn)材料應(yīng)為無色但富含還原糖的水果或蔬菜。
再例如,在探究溫度對酶活性的影響實(shí)驗(yàn)中,為什么不使用過氧化氫酶作為實(shí)驗(yàn)材料?因過氧化氫酶的底物為過氧化氫,受熱易分解,溫度除對酶產(chǎn)生影響外,對過氧化氫本身也有影響,所以不使用過氧化氫酶作為實(shí)驗(yàn)材料。
“噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)”證明了DNA是遺傳物質(zhì),該實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵原因是T2噬菌體的成分簡單,僅由DNA和蛋白質(zhì)組成,且增殖時(shí)間短,適于通過觀察生殖過程中DNA或蛋白質(zhì)的變化來研究“誰是遺傳物質(zhì)”。
2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康臎Q定實(shí)驗(yàn)方向
實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊簿褪谴鉀Q的研究問題,決定了實(shí)驗(yàn)研究方向。如在“植物的礦質(zhì)代謝”中,實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑椤膀?yàn)證某種礦質(zhì)元素是否為植物的必需礦質(zhì)元素”時(shí),就要使用實(shí)驗(yàn)的減法原理進(jìn)行自變量設(shè)計(jì)。從邏輯學(xué)原理看,如果A可以推出B,就稱A是B的充分條件;同時(shí),非A推出非B則稱A是B的必要條件。因此,為證明“某種礦質(zhì)元素是植物正常生長的必要條件”,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用反證法。具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為“以缺乏某元素的完全營養(yǎng)液一組為實(shí)驗(yàn)組,而以完全營養(yǎng)液一組為對照組”。
在“證明唾液淀粉酶具有專一性”實(shí)驗(yàn)中,則需要在蔗糖溶液和淀粉溶液均加入等量且適量的淀粉酶溶液,以此證明唾液淀粉酶對淀粉有催化作用,對蔗糖沒有催化作用。在這里使用A是B的充分條件,實(shí)驗(yàn)變量設(shè)計(jì)采用加法原理。
再如:在“艾弗里證明DNA是遺傳物質(zhì)”實(shí)驗(yàn)中,既通過提純的S型菌DNA、蛋白質(zhì)、莢膜多糖分別與R型菌混合培養(yǎng),只有S型菌DNA混合培養(yǎng)組獲得S型菌,直接證明“DNA是細(xì)菌轉(zhuǎn)化的充分條件”;也通過S型菌DNA中添加DNA酶后與R型菌混合培養(yǎng)不能獲得S型菌,反證“DNA是R型菌轉(zhuǎn)化為S型菌的必要條件”,即沒有DNA時(shí)不能發(fā)生轉(zhuǎn)化,該實(shí)驗(yàn)依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?同時(shí)運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)變量設(shè)計(jì)的“加法原理”和“減法原理”,證明了DNA是細(xì)菌轉(zhuǎn)化的充分必要條件。從以上實(shí)驗(yàn)可知,當(dāng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑樘角蠼Y(jié)果時(shí),使用實(shí)驗(yàn)的加法原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn);當(dāng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑樽粉櫵菰磿r(shí),使用實(shí)驗(yàn)的減法原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。
3.實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹该鲗?shí)驗(yàn)預(yù)期及結(jié)論
實(shí)驗(yàn)結(jié)論是對研究問題的回答,直接具體地反映出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。例如“探究酵母菌?xì)胞呼吸的方式”實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖墙獯鸾湍妇?xì)胞呼吸的方式是什么。實(shí)驗(yàn)在有氧與無氧條件下,通過對細(xì)胞呼吸產(chǎn)物的鑒定,進(jìn)而證明酵母菌存在兩種不同的細(xì)胞呼吸方式。但多數(shù)教師和學(xué)生誤將該實(shí)驗(yàn)結(jié)論總結(jié)為“酒精是酵母菌進(jìn)行厭氧呼吸的產(chǎn)物” “需氧呼吸不產(chǎn)生酒精” “需氧呼吸比厭氧呼吸產(chǎn)生的CO2多”等,這樣的結(jié)論并未對研究問題作出回答,沒有真正回應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果并參照實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡贸龅膶?shí)驗(yàn)結(jié)論應(yīng)為“酵母菌的細(xì)胞呼吸方式有需氧呼吸與厭氧呼吸兩種,其厭氧呼吸產(chǎn)生二氧化碳和酒精”。
同時(shí),由于探究性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中目的含義不一樣,所以兩類實(shí)驗(yàn)的預(yù)期結(jié)果也存在差異。具體說來,驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和結(jié)論是確定的,依據(jù)自變量與因變量的關(guān)系,可用逆推法(由結(jié)論推出相應(yīng)的結(jié)果),得出唯一的結(jié)果與結(jié)論;但在探究性實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)結(jié)果有多種可能,因而結(jié)論是不確定的,在探究性實(shí)驗(yàn)中一般先將自變量與因變量所對應(yīng)的多種可能關(guān)系全部考慮,再用逆推法推理出各種可能對應(yīng)的結(jié)果,因此結(jié)果與結(jié)論不唯一。例如“驗(yàn)證某種子發(fā)芽過程中能進(jìn)行產(chǎn)酒精的厭氧呼吸”實(shí)驗(yàn)只需要設(shè)計(jì)如圖裝置,并出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果“裝置一著色液滴不動,裝置二著色液滴右移”即能證明。而“探究某種子發(fā)芽可進(jìn)行的呼吸方式”實(shí)驗(yàn),利用如圖裝置進(jìn)行探究,則可能出現(xiàn)表1中展示的多種實(shí)驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)而得出不同結(jié)論。
表1 探究某種子發(fā)芽時(shí)細(xì)胞呼吸方式結(jié)果及結(jié)論記錄表
裝置一
裝置二圖 驗(yàn)證或探究某種子發(fā)芽時(shí)細(xì)胞呼吸裝置
二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡母拍畋嫖?/h2>
實(shí)驗(yàn)是一種科學(xué)研究方法,也是解決或解答某一具體問題而進(jìn)行的探究或驗(yàn)證過程。因此,實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊卮稹耙骄炕蝌?yàn)證的某一事實(shí)”或“做了某實(shí)驗(yàn)后,要解決什么問題”?；\統(tǒng)來看,實(shí)驗(yàn)?zāi)康目煞譃閮深?一類是驗(yàn)證已有的結(jié)論,另一類是通過合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)施,證實(shí)假設(shè)合理并得出相應(yīng)結(jié)論。依據(jù)以上兩類實(shí)驗(yàn)?zāi)靠蓪?shí)驗(yàn)分為兩類,即驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與探究性實(shí)驗(yàn)。在具體實(shí)驗(yàn)中,通常是研究一種因素改變對另一種因素的影響,所以實(shí)驗(yàn)?zāi)康臅鴮懪c表達(dá)通常為“探究(或驗(yàn)證)自變量對(研究對象)因變量的影響”,其中包含了實(shí)驗(yàn)的類型、研究對象、因變量和自變量。
從實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩x看,實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹邪藢?shí)驗(yàn)研究的問題和假設(shè)。例如“探究影響酶催化功能的因素——pH對過氧化氫酶的影響”,實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹疤骄縫H對過氧化氫”中隱含了實(shí)驗(yàn)研究問題“過氧化氫酶的最適pH是多少”以及實(shí)驗(yàn)假設(shè)“不同pH下酶的活性不同”。從中可以看出實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪B接著實(shí)驗(yàn)研究問題,直接反映出實(shí)驗(yàn)假設(shè),為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)指明方向,為實(shí)驗(yàn)結(jié)論提供參考標(biāo)準(zhǔn)。因此,實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)研究問題、研究假設(shè)不同,但又相互關(guān)聯(lián)。
同時(shí),還要注意實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟煌趯?shí)驗(yàn)教學(xué)目的。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖腔诮鉀Q具體科學(xué)問題,而實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的是基于學(xué)生學(xué)習(xí)或發(fā)展需求?！皩?shí)驗(yàn)教學(xué)目的”是在實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐瓿傻幕A(chǔ)上,再附加上學(xué)生需要發(fā)展的核心素養(yǎng)。例如“細(xì)胞通過分裂增殖”一節(jié)中,活動“制作和觀察根尖細(xì)胞有絲分裂臨時(shí)裝片,或觀察其永久裝片”中,“目的要求”為制備植物根尖的臨時(shí)裝片和觀察根尖分生區(qū)中有絲分裂不同時(shí)期的細(xì)胞。該活動的“目的要求”其實(shí)質(zhì)是“實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的”,是指在實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹膀?yàn)證植物根尖分生區(qū)細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂”基礎(chǔ)上,附加“制備根尖臨時(shí)裝片” “觀察臨時(shí)裝片”等科學(xué)探究素養(yǎng)提升的教學(xué)目的。因此,“實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹迸c“實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的”之間既有聯(lián)系又有區(qū)別。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)需注意區(qū)分“實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹迸c“實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的”,避免教學(xué)迷失方向。
三、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡慕虒W(xué)方法
實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜绱酥匾?但在具體實(shí)驗(yàn)類試題中,題干信息并不直接將實(shí)驗(yàn)?zāi)康某尸F(xiàn)出來,通常需要學(xué)生思考后才能發(fā)現(xiàn)問題背后的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?作為教師可通過引導(dǎo)學(xué)生在“讀”實(shí)驗(yàn)、“做”實(shí)驗(yàn)、“練”實(shí)驗(yàn)、“設(shè)”實(shí)驗(yàn)中養(yǎng)成重視實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊庾R,進(jìn)而提升實(shí)驗(yàn)探究能力。
1.學(xué)科學(xué)史,“讀”實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>
“讀”實(shí)驗(yàn),指教師引導(dǎo)學(xué)生解讀教材中各種科學(xué)史過程,選擇其中具體科學(xué)探究過程并分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?、方法、過程、結(jié)果及結(jié)論?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》中強(qiáng)調(diào)大概念教學(xué),大概念形成基于重要概念形成,重要概念形成又基于次位概念,次位概念建立在生物學(xué)有關(guān)事實(shí)和現(xiàn)象的基礎(chǔ)上。因此,在生物學(xué)教材中既明確展示了大量的實(shí)驗(yàn)活動要求和生物學(xué)科學(xué)史實(shí)驗(yàn),同時(shí)還有隱含在知識結(jié)論、旁欄資料及課后練習(xí)中的隱性實(shí)驗(yàn)。在科學(xué)史中有相當(dāng)豐富的實(shí)驗(yàn)探究歷程,這些內(nèi)容為實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡慕虒W(xué)提供了很好的材料,作為教師應(yīng)該善于使用這些科學(xué)史素材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)康慕虒W(xué)。例如:在學(xué)習(xí)光合作用的發(fā)現(xiàn)歷程中,涉及“1648—1653年比利時(shí)醫(yī)生海爾蒙特柳苗栽培實(shí)驗(yàn)” “1771年英國化學(xué)家普利斯特利實(shí)驗(yàn)” “1779年英格豪斯實(shí)驗(yàn)” “1864年德國科學(xué)家薩克斯” “1880年德國科學(xué)家恩吉爾曼實(shí)驗(yàn)” “20世紀(jì)40年代美國科學(xué)家魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)”等。在展示以上實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果后,可引導(dǎo)學(xué)生分析自變量、因變量、因變量檢測指標(biāo),并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果推出實(shí)驗(yàn)結(jié)論后,理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)材料選擇、方向和結(jié)論的關(guān)系。同理,在酶、遺傳物質(zhì)、生長素等物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)歷程的科學(xué)史中,也存在著上述教學(xué)問題鏈,同樣可以用于實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡慕虒W(xué)。
2.在活動中,“做”實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>
“做”實(shí)驗(yàn),指在理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡幕A(chǔ)上,動手進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)操作,熟悉實(shí)驗(yàn)儀器、相關(guān)試劑的作用及相關(guān)操作步驟,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方法和技能的運(yùn)用。但在具體的學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,多數(shù)“學(xué)生實(shí)驗(yàn)”并沒有充分達(dá)成實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｕ驹趯W(xué)生角度分析原因時(shí)可以看到,學(xué)生對生物學(xué)實(shí)驗(yàn)充滿興趣,做起實(shí)驗(yàn)也非常積極,但往往缺少目的性。例如:“模擬孟德爾雜交實(shí)驗(yàn)”中,其實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的是“通過模擬實(shí)驗(yàn),認(rèn)識和理解等位基因分離和配子隨機(jī)結(jié)合與性狀間的數(shù)量關(guān)系”。但在該模擬實(shí)驗(yàn)操作中,常常僅關(guān)注子代基因型及性狀表現(xiàn),卻忽略了實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹獙Φ任换蚍蛛x的研究,即關(guān)注雌雄個(gè)體各自產(chǎn)生的配子種類及比例。因此,教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)注意三點(diǎn):一是在實(shí)驗(yàn)前,注意到實(shí)驗(yàn)用品準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)的同時(shí),應(yīng)對實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行問題設(shè)計(jì);二是在實(shí)驗(yàn)中,注重實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)要求的同時(shí),應(yīng)注意實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶唧w實(shí)驗(yàn)操作的指導(dǎo)作用;三是在實(shí)驗(yàn)后,強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、器材整理的同時(shí),應(yīng)對照實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡贸鰧?shí)驗(yàn)結(jié)論并進(jìn)行討論。在具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,可以在實(shí)驗(yàn)前用5～8分鐘進(jìn)行討論,明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、設(shè)計(jì)和理解操作過程;實(shí)驗(yàn)中用25～30分鐘進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作;實(shí)驗(yàn)后用3～5分鐘圍繞實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行總結(jié)。最終,通過具體實(shí)驗(yàn)操作,引導(dǎo)學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑趯?shí)驗(yàn)中的核心位置。
3.改編練習(xí),“練”實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>
“練”實(shí)驗(yàn),是指在平時(shí)的生物學(xué)學(xué)習(xí)中,適時(shí)精選實(shí)驗(yàn)類習(xí)題進(jìn)行改編或重組并用于練習(xí),以加深對實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識的理解和掌握。通過實(shí)驗(yàn)類練習(xí)創(chuàng)造情境,指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行材料選擇、儀器運(yùn)用和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)等,達(dá)到提升生物學(xué)核心素養(yǎng)的目的,實(shí)現(xiàn)知識和能力的遷移。在“練”實(shí)驗(yàn)中,包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康念悊栴}的改編練習(xí),即在改編練習(xí)中發(fā)掘問題用于實(shí)驗(yàn)?zāi)康慕虒W(xué),為學(xué)習(xí)生物學(xué)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
例(2021年1月,浙江選考卷,第30題改編):1897年德國科學(xué)家畢希納發(fā)現(xiàn),利用無細(xì)胞的酵母汁可以進(jìn)行乙醇發(fā)酵;還有研究發(fā)現(xiàn),乙醇發(fā)酵的酶發(fā)揮催化作用需要小分子和離子輔助。某研究小組為驗(yàn)證上述結(jié)論,利用下列材料和試劑進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
材料和試劑:酵母菌、酵母汁、A溶液(含有酵母汁中的各類生物大分子)、B溶液(含有酵母汁中的各類小分子和離子)、葡萄糖溶液、無菌水。
實(shí)驗(yàn)共分6組,其實(shí)驗(yàn)處理和結(jié)果如表2。
表2
回答下列問題:
(1)該實(shí)驗(yàn)的目的是什么?(驗(yàn)證小分子和離子輔助對乙醇發(fā)酵的酶催化作用發(fā)揮的影響或驗(yàn)證乙醇發(fā)酵的酶發(fā)揮催化作用需要小分子和離子輔助)
(2)表中第①、②組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對照的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁?(證明酵母菌能利用葡萄糖溶液進(jìn)行乙醇發(fā)酵)
(3)表中第①、②、⑤組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對照的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁?(證明無細(xì)胞酵母汁能利用葡萄糖溶液進(jìn)行乙醇發(fā)酵)
(4)表中第①、②、③、④、⑤、⑥組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對照的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁?(證明完整的酵母汁才能利用葡萄糖溶液進(jìn)行乙醇發(fā)酵)
(5)若表中再增加一組實(shí)驗(yàn)⑦“葡萄糖溶液+A溶液+去除了離子M的B溶液”,且該實(shí)驗(yàn)“無乙醇生成”,請問實(shí)驗(yàn)⑦與其他實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對照的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁?(證明B溶液中離子M是乙醇發(fā)酵的必需條件)
4.聯(lián)系生活,“設(shè)”實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>
“設(shè)”實(shí)驗(yàn),是指在“讀” “做” “練”的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生對現(xiàn)實(shí)生活中的生命活動現(xiàn)象進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)(或假設(shè))其中的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、步驟、預(yù)期結(jié)果和結(jié)論,并討論交流設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題及解決的方法。例如:生活中為了催熟柿子等水果,人們往往會在柿子中放入熟透的香蕉或蘋果并密封。若將該操作視為一個(gè)實(shí)驗(yàn),則這個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的是什么?多數(shù)同學(xué)會回答“證明乙烯具有催熟水果的作用”。但在思考后學(xué)生就會發(fā)現(xiàn)缺少對照實(shí)驗(yàn)。在加設(shè)一組未成熟香蕉的對照實(shí)驗(yàn)之后,又可以提出新問題,通過有無香蕉的對照實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜻_(dá)成“證明乙烯具有催熟水果的作用”的實(shí)驗(yàn)?zāi)康膯?學(xué)生經(jīng)思考后又會發(fā)現(xiàn),該實(shí)驗(yàn)只能證明“熟透的香蕉對未成熟的水果有催熟效果或作用”。但該實(shí)驗(yàn)中水果含有多種物質(zhì),并不能證明乙烯作為單一變量起到了催熟水果的作用。借此,學(xué)生學(xué)會在明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕A(chǔ)上重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),提升科學(xué)思維水平。
實(shí)驗(yàn)是生物學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn),明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?向上可以追問實(shí)驗(yàn)研究問題和假設(shè),從而明確實(shí)驗(yàn)方向;向下可以指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)原理運(yùn)用、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì),明確實(shí)驗(yàn)預(yù)期與結(jié)論?？傊?實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菍?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)分析、實(shí)驗(yàn)評價(jià)的基礎(chǔ),在高中生物學(xué)課程中應(yīng)充分重視。
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