逍遥学能 2014-07-18 01:04
1 实验分析要科学、严谨
教材编者注重自主探究能力的培养，有时不把实验分析详细表述出来，编者偏重于整体编写思路，对每一个小局部难以做到精雕细琢，这都会留下了一些思考与分析的空间。所以，教材上的实验分析往往有完善或改进之处，如果照本宣科地进行实验（资料）分析，不一定严谨，可能给学生留下疑惑，达不到理想的教学效果。进行实验分析的教学，教师应该遵循科学性原则先进行严谨、全面的实验分析，找出实验分析的关键点、盲点及拓展方向，然后依据正确的教学策略与教育教学理念进行教学设计，从细节着手巧设疑问、激活思维，引导质疑、猜测、分析、类比、判断。
2 设置有效问题引导实验分析
培养思维能力是进行实验分析的重要教学目标，实现目标的关键是探究问题的有效性。教“细胞核”一节课做“资料1-黑白美西螈核移植实验”的分析时，如果把“资料1”完整呈现后照本宣科地讨论“问题1”，学生能不加深思地做出判断而答出正确答案，思维的深度不够、过程性不强。如果在呈现实验方法之后、呈现结果之前追加一问：在实验结果还未明显显现之前，你预测一下会有哪些可能的结果？可得出什么相应的结论？结果学生答出了“黑色”、“白色”、“灰色”和“斑马色”及对应的结论，其中的“斑马色”可能老师都没有想到。教材的“问题1”有点诱导式提问的嫌疑，不是有效探究问题，追加的这一问，真正引发了学生思维，因为拓展了学生的思维空间、提高了思维强度[1]。进行实验分析的教学时，要注意设置有效问题引起对重要实验现象或结果的质疑与关注、引领学生明确思维的目标指向，从而激活思维，拓展思维空间和突破思维的难点、盲点。
3 依据教学理念与学生素质选择教法
完成哺乳动物红细胞的吸水与失水实验的分析后，设问：如果将成熟的植物细胞置于不同浓度的外界溶液中，成熟的植物细胞会发生怎样的变化？引导将红细胞吸、失水原理迁移到植物细胞，以成熟植物细胞的细胞壁与原生质层的结构与生理特点为据进行分析，探讨预测成熟植物细胞处于不同浓度溶液中时的形态结构变化，启导“发现”质壁分离及其复原现象。这样的教学程序实现了实验情境与结果的迁移，跟先实验后分析的教学程序比较，在训练学生的探究与分析能力方面更有效[2]。先呈现实验结果后分析解释也是一种教法，偏重点不同和学习难度降低，因材施教而已。
4 先做铺垫降低难度
生物学的实验分析，往往要运用数理及化学原理，但其他课程学习某些相关原理比较靠后，因此，在引导进行实验分析之前，要把相关原理交代清楚先做好铺垫。例如分析过氧化氢在不同条件下的分解实验，就要把活化分子和活化能等化学概念与原理交代清楚：化学反应的进行，是常态分子吸收一定的能量后变成的活化分子，单位空间内活化分子的比率增加，活化分子之间的有效碰撞增多，反应速度加快。有些物质分子要吸收较多的能量才能变成活化分子，反应不易进行或速度慢。单位数量的物质由常态分子转变为活化分子需要的能量叫做活化能（J/mol），有些物质在催化剂的作用下改变了化学反应的途径，降低了活化能，使常态分子容易变成活化分子。
表1．过氧化氢在不同条件下的分解实验
甲组
乙组
丙组
丁组
过氧化氢
等量且适量
条 件
常温
90℃
加入FeCl3溶液
加入肝脏研磨液
结 果
未产生气泡
缓慢产生气泡
快速产生气泡
超快速产生气泡
乙组与甲组比较，H2O2在加热的条件下可以分解，是H2O2在加热的条件下获得了了能量，获得一定能量后的H2O2分子变成了活化分子，能够进行化学反应。丙组加入FeCl3溶液，丁组加入的肝脏研磨液（过氧化氢酶）不能使H2O2分子获得能量却能使H2O2分子容易分解，是因为FeCl3和过氧化氢酶改变了反应途径，降低了活化能，使H2O2由常态分子转变为能够进行反应的活化分子需要的能量变少。丁组的反应速度显著比丙组快，说明过氧化氢酶降低活化能的效果比FeCl3更显著，在过氧化氢酶作用下，单位空间内活化分子的数量更多，过氧化氢酶的催化效率更高。
如果不先做活化分子与活化能方面的铺垫，引导学生进行实验分析，只能是教师唱独角戏。所谓的实验分析，难以使学生获得深刻的体验体会，很可能就成了以实验情境承载知识结论的传授课。不过，对于基础较差的学生也没有必要把问题搞得太复杂。
5 改变实验条件后引导重新预测分析
按教材要求完成正常的实验操作并获得结果后，提出假设改变实验的部分条件，让学生预测分析条件改变后的实验结果，能够强化学生对实验原理与操作的认识。例如完成提取叶绿体中的色素实验后，提出以下问题供学生思考：（1）如果某同学在提取色素的过程中忘了在研钵中添加CaCO3，他提取的色素溶液的颜色是怎样的？（2）如果某同学用水稻的叶黄素缺失突变体做色素提取实验，将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析（从上至下），与正常叶片相比，实验结果将是怎样的？（光吸收差异不显著，色素带缺第2条）
6 巧质（置）疑引导捕捉疑点，激发创新思维
教材试图将细胞大小与物质运输的关系这一模拟实验的结果迁移到细胞以解释细胞不能无限长大，得出的实验结论之一是细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞的物质运输效率就越低。但是，观察实验结果的方法是测量NaOH在一定时间内的扩散深度，也可得出“细胞太大，物质从细胞外围部分远距离运送到细胞中心部分有困难”的结论，这一结论又会生出疑问：细胞是由小长大的、持续生活的，细胞长到较大体积的过程中，细胞中心的物质有足够时间扩散到外围部分，外围部分的物质也能扩散到细胞中心，细胞质的流动还可以使这种胞内的物质运输加速。因此，实验的情境跟活细胞及其物质运输有较大区别，模拟实验与真实的细胞生命活动之间的平行关系不明显，教材所述实验结论不够深刻却又不易被学生理解，且缺乏说服力，难以充分说明细胞不能无限长大的主要原因[3][4]。所以，在学习基础好的班级，计算完NaOH扩散到琼脂块的体积与整个琼脂块的体积的比值后，设置“如果延长琼脂块在NaOH溶液中的浸泡时间，NaOH在较大琼脂块中的扩散深度增加，NaOH扩散到琼脂块的体积与整个琼脂块的体积的比值将会发生什么变化”一问引导学生质疑，把实验分析引向更严谨、更深刻而又易理解的角度，即联系物质跨膜运输的各种方式，立足于细胞膜的物质转运能力是有限度的，用数学模型解析大小不同的细胞的细胞膜相对于细胞需要的负担大小，得出更科学的结论，即：（1）局部细胞膜的负担跟细胞的半径成正比，（2）细胞太大，细胞内部的物质扩散、传递的速度变慢，细胞内生命活动的调控与缓冲不灵敏。
7 注重推理启导“发现”
引导学生讨论与分析教材提供的有关科学发现的资料时，应先充分发掘资料中的思维素材并以适宜方式呈现，然后设置恰当的问题，引起学生对关键之处的关注进而启发学生思考，使学生真真有所“发现”。教孟德尔的自由组合定律时，进行实验结果的讨论与分析不妨用表格呈现结果并设置以下问题引导思考而诱导“发现”。
表2．孟德尔两对相对性状的杂交实验
①
亲本
黄色园粒（YYRR）×（yyrr）绿色皱粒
②
F1基因型
黄色园粒（YyRr）
③
F2表现型
黄色园粒
黄色皱粒
绿色园粒
绿色皱粒
④
F2部分基因组成
Y＿R＿
Y＿rr
yyR＿
yyrr
⑤
F1配子传给F2的部分基因
YR
Yr
yR
yr
⑥
对F1配子比例与受精方式、几率的推测
⑦
对推测的验证及实验结论
纯种黄色园粒与绿色皱粒豌豆杂交，F2中每对相对性状的分离比是多少？说明每一对相对性状的遗传符合什么规律？F2中的单个性状有亲本不具有的新性状吗（无）？
F2中不同于亲本表现型的新类型新在哪里（亲本性状的重新组合）？ F2的四种表现型说明F1通过配子向F2传递了什么基因？
F1黄色园粒（YyRr）在遵循分离定律的前提下，能形成哪几种基因组合的配子？
F1形成配子，除了控制同一种性状的基因的相互分离外，还有什么特点（非等位基因重新组合。还不能得出“自由”组合的结论）？
F1的四种雌配子和四种雄配子相互受精，有多少种受精方式？（演示受精方式的表格，填写得到的F2的基因型与表现型）若要使得到的F2的表现型比例为9?3?3?1，每一种受精方式得到的、具有均等发育机会的受精卵各自占多少比例？怎样才能得到该比例？
根据刚才的分析推导，请提出假设解释出现9?3?3?1这一比例的原因……
设计上述教学环节就是要启导学生发现YyRr形成配子的方式，发现YR、Yr、yR及yr四种配子比例均等和参与受精的机会均等，使学生在分析推导的过程中有所感悟，能自己提出解释出现9?3?3?1这一比例的假设。没有一定的思维深度和严密的逻辑推理，就缺乏有效的思维探究过程，对探究实验结果的探究分析就会变成知识的传授。
8 适度进行批判性分析
生长素的发现，先后经过了多位科学家的实验探究。每位科学家的探究实验都是阶段性的，存在局限，各位科学家的探究受到之前的探究成果的启示或以之前的探究成果为依据，因此，各位科学家的探究又是前后衔接而具有连续性的。通过批判性的实验分析，对各位科学家的探究过程与成果进行评价，指出解决的问题（得出的实验结论）与局限，指出受之前的实验探究的启示及对之后的实验探究的影响，对培养学生的科学态度、科学探究能力和实验分析能力是有益的。
表3．科学家发现生长素的研究过程及评价
实验研究的过程
实验结论
评 价
1．达尔文的实验
（图1）
单侧光照射使胚芽鞘尖端产生某种刺激，该刺激传递到下部的伸长区时，造成背光面比向光面生长快
达尔文没有弄清“刺激”是什么？是物理信号还是化学物质？“刺激”是促进背光面生长还是抑制向光面生长
2．鲍森·詹森的
实验（图2）
胚芽鞘尖端产生的刺激，可以通过琼脂片传递给下部
印证“刺激”的存在和可以向下传递，不能说明刺激的本质和作用
3．拜尔的实验
（图3）
胚芽鞘的弯曲生长，是尖端产生的刺激物在下部分布不均匀造成，尖端产生的刺激可能是一种化学物质
只有提取到这种物质并验证它的作用，才能真正证实拜尔的观点──刺激是一种化学物质
4．温特的实验
（图4）
证明刺激是一种化学物质，推测它有类似动物激素的作用，命名为生长素
受鲍森·詹森实验的启示，用琼脂块收集刺激物质生长素，观察生长素对胚芽鞘下部的影响是促进生长。不能说明生长素是什么化学物质，不能说明单侧光使生长素在胚芽鞘下部背光侧分布多的原因：单侧光使生长素向背光侧运输呢还是使向光侧的部分生长素分解？
5．尿液中提取
吲哚乙酸
具有类似生长素的作用
生长素可能是吲哚乙酸，为提取并分离生长素提供了线索
6．从高等植物分
离到吲哚乙酸
确认吲哚乙酸就是生长素
生长素最终被发现。以上实验不能说明单侧光使生长素在胚芽鞘下部背光侧分布多的原因