生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)思考

初級的問題：實(shí)驗(yàn)依據(jù)的理論是什么？實(shí)驗(yàn)該怎樣做？規(guī)范的操作是怎樣的？實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虻玫绞裁礃拥慕Y(jié)果？實(shí)驗(yàn)要怎樣設(shè)計(jì)才是科學(xué)的？實(shí)驗(yàn)需要哪些儀器、設(shè)備、器具？實(shí)驗(yàn)失誤了怎樣改進(jìn)？實(shí)驗(yàn)的適用性如何？第一頁第二頁，共33頁。解決初級問題必要性生物學(xué)科的特點(diǎn)所決定通過實(shí)驗(yàn)理解書本知識必需性學(xué)生需要低層次問題的積累和解決的經(jīng)驗(yàn)為以后的學(xué)習(xí)或工作奠定基礎(chǔ)第二頁第三頁，共33頁。實(shí)驗(yàn)依據(jù)的理論是什么？或者說實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了什么理論，與哪些理論知識有關(guān)。例分離以尿素為氮源的微生物細(xì)菌繁殖和生長需要外界營養(yǎng)物質(zhì)（微生物培養(yǎng)需要添加的6要素：水、氮、碳、能量、無機(jī)鹽、維生素）細(xì)菌體內(nèi)的脲酶可以將動植物殘骸中的尿素轉(zhuǎn)化為植物吸收的NH3，以尿素作氮源培養(yǎng)的微生物是一類群。（如何檢驗(yàn)利用了尿素？）細(xì)菌生長需要糖原，在瓊脂培養(yǎng)基加糖能夠提供細(xì)菌糖原。第三頁第四頁，共33頁。實(shí)驗(yàn)該怎樣做？規(guī)范的操作是怎樣的？目標(biāo)明確效能最大誤差最小例用樣方法調(diào)查草地中某種雙子葉植物的種群密度

⑴判斷植物的分布類型⑵選擇合適的樣方規(guī)格⑶記數(shù)的順序⑷需要測量的指標(biāo)延伸⑴不同密度下的個(gè)體差異⑵根系與地上部分的相關(guān)性⑶在群落中的優(yōu)勢度如何⑷密度與樣方大小的關(guān)系第四頁第五頁，共33頁。實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虻玫绞裁礃拥慕Y(jié)果？例探究培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量的動態(tài)變化

不同的生物它所選擇的生態(tài)策略是不一樣的(生殖策略、防衛(wèi)策略、資源獲取與分配策略、取食策略、生活史策略等)微生物的種群變動是什么類型？為什么會是這種類型？影響微生物繁殖和生長的環(huán)境因素：pH、氧氣、水分、營養(yǎng)等指數(shù)增長模型是不是這個(gè)實(shí)驗(yàn)預(yù)期得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果？第五頁第六頁，共33頁。實(shí)驗(yàn)要怎樣設(shè)計(jì)才是科學(xué)的？實(shí)驗(yàn)方案不同于實(shí)驗(yàn)操作，需要設(shè)計(jì)操作規(guī)范，目的是為了避免實(shí)驗(yàn)誤差實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的科學(xué)性，是為了避免實(shí)驗(yàn)結(jié)論的片面、偏差例土壤微生物的分解利用

落葉是在土壤微生物的作用下腐爛的嗎?

如何證明？第六頁第七頁，共33頁。⑴對照組（條件控制）與實(shí)驗(yàn)組（條件變化組）⑵除有無微生物之外，其它條件相同⑶土壤取自相同的地塊⑷去除微生物以外的生物⑸實(shí)驗(yàn)組土壤滅活處理⑹落葉大小、數(shù)量相同，作無菌處理⑺落葉包埋土壤中⑻放入無菌處理的器皿，保持環(huán)境一定溫度與濕度⑼置于無菌環(huán)境第七頁第八頁，共33頁。實(shí)驗(yàn)組與對照組

實(shí)驗(yàn)組與對照組是相對的，實(shí)驗(yàn)組接受實(shí)驗(yàn)變量處理，對照組不接受實(shí)驗(yàn)變量處理。設(shè)立實(shí)驗(yàn)組與對照組，無關(guān)變量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響則被排除。1空白對照：2自身對照：3條件對照：4相互對照？甲狀腺對動物的影響減肥片對動物的影響實(shí)驗(yàn)組喂甲狀腺激素喂食不同劑量減肥片條件組喂甲狀腺抑制劑喂食高脂食物空白組正常飼養(yǎng)正常喂食第八頁第九頁，共33頁。T1T2T3k1k2k3k4k1k2k3k4k1k2k3k4a1a2a3a4a5a6a7a8第九頁第十頁，共33頁。實(shí)驗(yàn)需要哪些儀器、設(shè)備、器具？容器類：壓力容器、培養(yǎng)容器測試類：分光光度計(jì)、原子吸收、液相色譜觀察、記錄：顯微鏡、電鏡、數(shù)字卡尺、GPS定位、光量子儀、葉面積測定精密分析：電泳、蛋白質(zhì)分析、水質(zhì)分析、細(xì)菌分析條件模擬類：人工氣候室、光照培養(yǎng)箱、無菌室、超凈工作臺預(yù)處理類：切片機(jī)、離心機(jī)、搖床器械：剪、鑷、針、刀、移液槍、采集器第十頁第十一頁，共33頁。實(shí)驗(yàn)失誤了怎樣改進(jìn)？因?yàn)樵O(shè)計(jì)錯(cuò)誤所導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)結(jié)論偏離因?yàn)椴僮鞑灰?guī)范導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異，或因?yàn)榄h(huán)境因子變化太大，或條件控制不一致等需要承認(rèn)實(shí)驗(yàn)失誤是正常的——得到經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤：?要從設(shè)計(jì)方案的源頭開始檢查

?操作不規(guī)范，要檢查最有可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差過大的操作糾正錯(cuò)誤：重新設(shè)計(jì)更全面考慮可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差的影響因子第十一頁第十二頁，共33頁。實(shí)驗(yàn)的適用性如何？主要是設(shè)計(jì)方案可以被其它實(shí)驗(yàn)借鑒或沿用例確定某種物質(zhì)對作物生長的適宜范圍設(shè)立預(yù)實(shí)驗(yàn)，粗的濃度梯度，對各區(qū)間段細(xì)分濃度，逐段排除。用統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)差異性。實(shí)驗(yàn)重復(fù)：排除偶然性可以沿用到：有毒物質(zhì)對動物的毒作用（或環(huán)境因子）作用的表現(xiàn)：選擇明顯的（比如外部形態(tài)變化）、某種過程生理敏感的、檢驗(yàn)比較便利的第十二頁第十三頁，共33頁。高級的問題：實(shí)驗(yàn)有意義嗎？實(shí)驗(yàn)方法上有創(chuàng)新嗎？實(shí)驗(yàn)解決了應(yīng)用上的技術(shù)關(guān)鍵嗎？實(shí)驗(yàn)對相關(guān)領(lǐng)域的理論有補(bǔ)充嗎？實(shí)驗(yàn)拓展或加深人類對自然界的認(rèn)識嗎？實(shí)驗(yàn)改變了人類一些舊的觀念嗎？實(shí)驗(yàn)可應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)嗎？

第十三頁第十四頁，共33頁。實(shí)驗(yàn)有意義嗎？實(shí)驗(yàn)的意義在于人們的價(jià)值取向自然界的生命系統(tǒng)在沒有人類的干擾下是一個(gè)可以自我調(diào)節(jié)的平衡體，從這個(gè)意義上說，大部分的生物實(shí)驗(yàn)是沒意義的。但是，人類為了生存去探索自然規(guī)律，彌補(bǔ)對自然界的破壞，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展，這樣理解，許多實(shí)驗(yàn)就變得有意義了。實(shí)驗(yàn)的意義分為理論意義和實(shí)踐意義?！胺N群數(shù)量的動態(tài)變化”理論意義：結(jié)論對考察自然界中的種群變動有指導(dǎo)的作用；實(shí)踐意義：通過某種限制因子控制有害生物的種群數(shù)量的增加。第十四頁第十五頁，共33頁。實(shí)驗(yàn)方法上有創(chuàng)新嗎？

實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新，意味對某種問題的研究，進(jìn)行不同以往的思考（方向）、分析（方法）、解決（方案）。在中學(xué)實(shí)驗(yàn)中，由于學(xué)生接觸的研究、實(shí)驗(yàn)方法比較有限，完全的實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新幾乎不可能。對實(shí)驗(yàn)方法稍作改進(jìn)、變換，即可以視為創(chuàng)新——鼓勵(lì)。水華問題野外的調(diào)查（不能控制環(huán)境因子）模擬野外條件的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)野外控制條件的實(shí)驗(yàn)——封閉系統(tǒng)、半封閉系統(tǒng)、開放系統(tǒng)第十五頁第十六頁，共33頁。實(shí)驗(yàn)解決了應(yīng)用上的技術(shù)關(guān)鍵嗎？一些生產(chǎn)實(shí)際中迫切需要解決的問題：低成本低能耗的污水處理技術(shù)、迅速降解無殘留的生物農(nóng)藥、農(nóng)產(chǎn)品的人工繁殖和高產(chǎn)技術(shù)等。鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中考慮如何將實(shí)驗(yàn)運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中。例酵母菌種群增長→環(huán)境因子的影響→控制培養(yǎng)條件→高產(chǎn)第十六頁第十七頁，共33頁。實(shí)驗(yàn)對相關(guān)領(lǐng)域的理論有補(bǔ)充嗎？

即使在經(jīng)典的生物實(shí)驗(yàn)中也有可能會有新的發(fā)現(xiàn)→新的觀點(diǎn)→新的理論對新的發(fā)現(xiàn)重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究就有可能會形成新的觀點(diǎn)例水華問題習(xí)慣認(rèn)為水體出現(xiàn)水華是不好的

那么，換個(gè)角度或立場去認(rèn)識它→有沒有對人類環(huán)境有利的一面呢？→可不可以利用水華去除水體（或其它環(huán)境）中某些有害物質(zhì)呢？第十七頁第十八頁，共33頁。實(shí)驗(yàn)拓展或加深人類對自然界的認(rèn)識嗎？蝙蝠吸血或捕食昆蟲真的是這樣嗎？觀察蝙蝠是困難的（飛行速度快、夜行性）如何觀察？需要建立一個(gè)半封閉的、模擬自然的蝙蝠生存環(huán)境。捕獲一些蝙蝠，在新環(huán)境中適應(yīng)。觀察（高速攝影機(jī)）→統(tǒng)計(jì)分析第十八頁第十九頁，共33頁。實(shí)驗(yàn)改變了人類一些舊的觀念嗎？

長期以來我們一直以為海洋具有較高的初級生產(chǎn)力，但是研究表明，較高的初級生產(chǎn)力僅僅局限在沿岸帶和潮涌區(qū)。

為什么？有許多人認(rèn)為，人類只要將那些瀕危動物（脊椎動物類）保護(hù)起來，就可以避免滅絕。研究表明，最小的種群數(shù)量應(yīng)不低于80~100只。

為什么？第十九頁第二十頁，共33頁。實(shí)驗(yàn)可應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)嗎？例水產(chǎn)品的人工繁殖實(shí)驗(yàn)⑴調(diào)查產(chǎn)卵場的環(huán)境特點(diǎn)⑵生物體在繁殖期間的生理特征⑶生物體在繁殖期間的行為表現(xiàn)⑷外界條件的刺激⑸藥物的催熟⑹受精過程⑺孵化技術(shù)還有細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、污水生物處理技術(shù)等第二十頁第二十一頁，共33頁。我們該如何實(shí)施中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)高考所反映的：我們在實(shí)施中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)所表現(xiàn)出的一些缺失——現(xiàn)象觀察與結(jié)果分析表達(dá)的邏輯性描述的科學(xué)性設(shè)計(jì)的縝密性書寫的規(guī)范性操作的熟練性第二十一頁第二十二頁，共33頁。表達(dá)的邏輯性例無錫飲水水源受污染問題⑴因?yàn)楦粻I養(yǎng)化導(dǎo)致藍(lán)藻大量繁殖、死亡釋放毒素，使水質(zhì)惡化。⑵問題的關(guān)鍵是富營養(yǎng)化⑶那么，表達(dá)富營養(yǎng)化的產(chǎn)生原因以及過程、如何消除以確保水安全是要表達(dá)的主線。第二十二頁第二十三頁，共33頁。例西紅柿為什么是紅的？⑴漿果的果皮、果肉含有番茄紅素⑵番茄紅素源自果實(shí)內(nèi)的花青苷，花青苷在西紅柿生長過程中逐步積累，達(dá)到一定量，在光照作用下轉(zhuǎn)化為番茄紅素。⑶那么，西紅柿是紅的，關(guān)鍵是花青苷的存在。需要說明番茄紅素、花青苷之間的關(guān)系，以及日照強(qiáng)度與日照長度的催化作用。第二十三頁第二十四頁，共33頁。描述的科學(xué)性

因?yàn)楝F(xiàn)代的生物實(shí)驗(yàn)都是建立在前人的理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，所以，任何結(jié)果、結(jié)論都是對已有的理論和實(shí)踐的總結(jié)——“依據(jù)”生長素的“二重性”，表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)、高濃度抑制，也就是生態(tài)學(xué)中生物對環(huán)境因子的“耐受性”范圍——理論建立“適宜濃度”的觀念錯(cuò)誤的描述：生長素高了、低了都沒作用，在高低之間設(shè)立一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。第二十四頁第二十五頁，共33頁。設(shè)計(jì)的縝密性溫度對魚類呼吸的影響問題：觀察（或測量）指標(biāo)的確定常識：人生活在過高或過低的溫度下都會感到不舒服。研究：不適的溫度與適宜的溫度魚類有何不同的表現(xiàn)，這種表現(xiàn)差異性如何？觀察的指標(biāo)：溶解氧（mg/L）、呼吸頻率（鰓蓋開合次數(shù)/min）、游動速度（cm/min）、食量實(shí)驗(yàn)：以自然界的低水溫和高水溫作為設(shè)置溫度梯度的兩個(gè)端點(diǎn)，每個(gè)溫度測量相同體重的魚5~9尾。問：這樣設(shè)計(jì)有缺陷嗎？第二十五頁第二十六頁，共33頁。書寫的規(guī)范性字體筆畫要清晰字型能夠容易辨認(rèn)術(shù)語要準(zhǔn)確無誤符號正確、使用恰當(dāng)盡量避免口語化，以書面語更好語言流暢，圍繞主題、關(guān)鍵詞陳述第二十六頁第二十七頁，共33頁。操作的熟練性

現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價(jià)體系下，操作的熟練性對評價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ]有太大的影響。但是，在從事生物實(shí)驗(yàn)研究的時(shí)候，操作的熟練性會影響到實(shí)驗(yàn)操作的前后一致性→實(shí)驗(yàn)誤差的控制。第二十七頁第二十八頁，共33頁。高考還有指揮棒的作用嗎？

高考一直在強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)闆]有實(shí)驗(yàn)，就沒有自然科學(xué)的進(jìn)步。每年高考的實(shí)驗(yàn)題目，成績非常的不理想。到底是哪個(gè)環(huán)節(jié)出了差錯(cuò)？是高中？還是初中？抑或是小學(xué)、幼兒園？缺乏觀察力、缺乏想象力、沒有實(shí)踐能力是現(xiàn)在的學(xué)生普遍存在的現(xiàn)象這需要長期的培養(yǎng)和訓(xùn)練第二十八頁第二十九頁，共33頁。觀察的重要性為什么天氣變冷，樹會落葉？（時(shí)間、溫度）為什么有的樹落葉，有的不落葉？經(jīng)過寒冷的冬天，這些樹怎么不會枯萎？發(fā)新芽（枝）或落葉先從什么部位開始？落葉的都是哪些樹，它們一樣嗎？與不落葉的樹有什么不同？其它的觀察：魚睡覺嗎？蠶的一生，老鼠的生活等第二十九頁第三十頁，共33頁。想象、聯(lián)想創(chuàng)新是社會發(fā)展的源