淺談新課標下生物對照類實驗的開設

李 亨

摘要:在高考中實驗設計是重點、也是難點,尤其是對照類實驗是高考的熱點,也是在教學及研究中經常用到的,如何在教學中訓練、提高學生解決這方面問題的能力,筆者認為在搞清楚理論的同時讓學生自己設計實驗,并減少小組人數,讓學生親自做實驗,能取得較好的效果。

關鍵詞:對照實驗 開設 操作 方法

生物學是研究生命現象和生命活動規律的科學。它是一門理論與實踐相結合的學科。學習生物學不僅要學習生物學知識,還要學習科學探究的方法,培養科學探究能力。親自進行科學探究是學習生物學的重要方式。觀察、調查和實驗以及資料分析等,都是科學探究活動。在通過實驗進行探究的過程中,除了實驗組外,往往還要設置對照組。我們把這種實驗叫對照實驗。

無論是課本上的實驗,還是考題中的實驗或者是科研中做的實驗,好多都要設置對照組,進行對照實驗。對照實驗遵循“可行性原則、科學性原則、簡潔性原則、可重復性原則、對照性原則、單一變量原則”。實驗之前首先要對學生講清楚設置對照實驗的科學方法。

一、設置對照實驗的方法

分析生物課本中的一些實驗和歷屆高考生物試題不難發現,只要是研究未知因素對實驗過程和實驗結果是否有影響作用的實驗設計,都需要設置對照實驗。主要集中在生理現象觀察,物質成分鑒定,物質性質探索,生物實習和研究性學習的實驗等方面。

常用的對照方法有以下四種。

1. 空白對照:指不給對照組任何處理因素。

如“驗證胰高血糖素具有升高血糖的生理作用”實驗中,一只鼠為實驗鼠,腹腔注射胰高血糖素;另一只鼠為對照鼠,腹腔注射等容量的生理鹽水。

此對照方法在設計對照實驗中使用的頻率最高。

2. 自身對照:指對照和實驗都在同一研究對象身上進行。

如“驗證胰島素具有降低血糖作用”實驗中,首先給A組小鼠注射適量的胰島素溶液,當A組小鼠出現低血糖癥狀時,給其注射適量葡萄糖溶液,觀察其活動狀況。本實驗是同一研究對象在實驗前后的對照。

3. 條件對照:指雖給對象施以某種實驗處理,但不是所要研究的處理因素,這種處理是作為對照意義的。

如在“驗證甲狀腺激素促進幼小動物發育”的實驗中,存在以下實驗組和對照組。

甲組:飼喂甲狀腺激素(實驗組)

乙組:飼喂甲狀腺激素抑制劑(條件對照組)

丙組:對蝌蚪不作任何處理(空白對照)

4. 相互對照:指不單設對照組,而是幾個實驗組相互對照。

如“驗證溫度對唾液淀粉酶活性影響”的實驗中,60℃、O℃、37℃之間的對照;“驗證pH值對唾液淀粉酶活性影響”的實驗中不同pH值溶液之間的對照。

在有些實驗中還同時設置了多種對照實驗。如“驗證Ca2+在血液凝固中的作用”和“驗證胰島素具有降低血糖作用”的實驗中均用到了空白和自身兩種對照,這樣,經過比較和對照,更能充分地說明實驗變量對實驗結果的影響。

二、控制實驗組數,減少小組人數

班大人多,導致組數多、每組人數多是好多學校不能取得應有實驗效果的原因之一。

首先,如果人數多,教師在分析實驗時紀律可能就得不到保證,因此就會出現不認真聽、聽不清楚、不認真想、不認真做的現象。

其次,組數多了就可能使學生得不到有效的指導,組員多了可能只有個別學生在操作,很多學生不能親自動手體驗而出現浪費時間甚至在一邊玩耍的現象。

所以,建議一次實驗不超過10組,每組不超過4人(以2人為宜)。這樣人人可以動手提高操作能力,并能在操作過程中不斷發現問題、分析問題、解決問題,也可以在小組之間比較、討論,得到教師有效的指導。

三、實驗儀器、材料齊全規范

儀器、材料的正確、齊全與否是實驗成功的前提。課本上學生實驗的用品實驗員要提前準備齊全,并放在實驗桌上,或者讓學生設計實驗方案后,根據他的需要,再提供給他材料。

四、實驗方案設計

實驗前教師可以根據所講的對照實驗的方法,讓學生首先設計實驗方案,提高學生的思維能力。每個小組設計好以后再進行相互討論,最后教師再強調實驗步驟及注意事項。

1. 分析實驗目的,確定實驗變量

實驗變量是在實驗中由實驗者所操縱,給定的因素或條件。確定實驗變量,即明確實驗要研究的因素。這需要仔細分析實驗目的和原理。

例如,為了證明酶具有高效性,高中生物教材中安排了“比較H2O2酶和Fe3+催化效率的實驗”,在這個實驗中,要證明酶這種生物催化劑具有高效性,那么確定實驗變量就是“催化劑”。

2. 弄清實驗原理控制無關變量

無關變量是實驗中除實驗變量以外的影響實驗變化和結果的因素或條件。因為我們已經分析過對照實驗遵循單一變量原則,除我們確定的實驗變量外,其他的在對照組和實驗組中應該是完全一樣的。如證明“酶具有高效性”的實驗中,除了催化劑的種類不一樣外,其他因素(包括實驗溫度、反應物的種類、數量以及所加催化劑的量等)都應該是完全一樣的。

3. 設計合理的實驗步驟

根據實驗目的和原理確定了實驗變量、無關變量和反應變量后,接著設計合理、嚴密的實驗步驟。

如:按照H2O2化學反應過程設計實驗進行“相互對照”:將豬肝研磨液(含H2O2酶)加入到H2O2溶液中作為實驗組,將FeCl3加入到H2O2溶液中作為對照組,對照的結果看H2O2酶催化H2O2分解的速率與FeCl3催化H2O2分解的速率的快慢。實驗中如果沒有Fe3+催化作為對照,H2O2酶催化H2O2反應的速率再快,也不能得出H2O2酶具有高效性的結論,因為這個結論本身就是相對于普通催化劑而言的。

這個看上去很簡單的實驗,如果我們平時沒有讓學生進行思考討論,自行設計實驗方案,而是機械地給出實驗步驟讓學生按部就班地做,那么再遇到類似的實驗設計題學生就又不一定會做了。

例如:09年高考題全國卷(二)32. 已知2H2O2=2H2O+O2↑ , 可以通過觀察反映過程中O2的生成速度(即氣泡從溶液中釋放的速度)來判斷H2O2分解反應的速度。請用所給的實驗材料和用具設計實驗,使其能同時驗證過氧化氫酶具有催化作用和高效性。要求寫出實驗步驟,預測實驗結果,得出結論,并回答問題。其實這考的就是課本上的對照實驗,學生也知道這是做過的一個實驗,由于當時沒有自己去思考設計,只是機械地做了,很多同學得分很低。

五、學生親自操作

在得出設計方案以后,每個學生應親自操作,提高操作能力及加深印象。并和其他小組進行相互對照,看實驗現象是否一致,如果有差異,討論各自的實驗步驟和加試劑的量是否一致,操作是否規范,找出問題的原因。

六、討論得出結論

根據實驗現象總結得出結論,再和其他小組進行討論,然后教師根據每組的實驗情況歸納總結,上升到理論知識。

參考文獻:

[1] 許紅星,《設計對照實驗的基本原則》,《中學生理科應試》,2002年第8期

[2] 周美珍,《生物教育學》,浙江教育出版社,1992