初中生物教學(xué)中模擬實(shí)驗(yàn)及其開發(fā)利用

１． 模擬實(shí)驗(yàn)的含義及方法

所謂模擬實(shí)驗(yàn)， 是指在研究工作中， 由于在研究對(duì)象上不能或不允許進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)，為了獲得對(duì)研究對(duì)象的認(rèn)識(shí)， 根據(jù)已知的事實(shí)、經(jīng)驗(yàn)和一定的科學(xué)理論，設(shè)計(jì)和構(gòu)想出研究對(duì)象的模型， 通過對(duì)模型的實(shí)驗(yàn)，以獲取研究對(duì)象的信息和數(shù)據(jù)，這種實(shí)驗(yàn)就叫模擬實(shí)驗(yàn)。模擬實(shí)驗(yàn)是根據(jù)相似性原理，用模型來代替研究對(duì)象。這種實(shí)際存在的研究對(duì)象叫“原型”，而模擬的“替代物”叫“模型”。在實(shí)驗(yàn)研究中，實(shí)驗(yàn)手段只直接作用于模型，而不直接作用于原型。由此可見，模擬實(shí)驗(yàn)是將模型實(shí)驗(yàn)的結(jié)果類推到原型上去，以揭示研究對(duì)象的本質(zhì)和規(guī)律的一種研究方法。模擬實(shí)驗(yàn)大致可分為計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)模擬實(shí)驗(yàn)。前者是一種虛擬實(shí)驗(yàn)， 利用多媒體計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)， 把一些抽象的、現(xiàn)實(shí)中不易或不可能觀察到的一些生物學(xué)現(xiàn)象模擬出來。后者是指在實(shí)驗(yàn)的過程中， 通過原理替代的思想或通過小品的形式， 借助某種模型實(shí)體來模擬一些生物學(xué)中的復(fù)雜現(xiàn)象。如模擬血型的鑒定， 模擬酸雨對(duì)植物生長(zhǎng)的影響， 模擬探究生男生女的機(jī)會(huì)，模擬保護(hù)色的形成過程，模擬嫁接等。本文探討的模擬實(shí)驗(yàn)主要是指后者。

2． 模擬實(shí)驗(yàn)在初中生物教學(xué)中的作用

從實(shí)驗(yàn)形式上看，模擬實(shí)驗(yàn)似乎不是“實(shí)驗(yàn)”，它的操作過程就像是發(fā)生在人們?nèi)粘Ｉ钪械囊患虑槟菢悠狡匠３＃徊贿^是讓學(xué)生做游戲，或者作手工勞動(dòng)而已。正是如此，有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示也表明目前有許多老師與學(xué)生對(duì)于新增的模擬實(shí)驗(yàn)存在著嚴(yán)重的認(rèn)識(shí)不足。他們普遍認(rèn)為模擬實(shí)驗(yàn)在初中生物教材中分量小，可做可不做；就是做也不會(huì)嚴(yán)格按照探究實(shí)驗(yàn)的步驟去做，頂多作為增加學(xué)生興趣的游戲來處理。然而不做模擬實(shí)驗(yàn)或是僅將其作為游戲來處理是否就妥當(dāng)? 非也。眾所周知，一切生命物質(zhì)的變化，不僅受自身各種因素的影響，同時(shí)還受外界周圍環(huán)境諸因素的制約，許多現(xiàn)象、規(guī)律是很難直接表示的。而說說、看看已經(jīng)不能滿足學(xué)生的探究欲望，更不符合新課標(biāo)中“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”的理念。模擬實(shí)驗(yàn)恰恰能把復(fù)雜的實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為理想的簡(jiǎn)單問題，使它保留并突出決定事物本質(zhì)屬性的主要因素，排除次要和偶然因素的干擾，達(dá)到應(yīng)有的目的。比如：要認(rèn)識(shí)肺換氣的過程，可以用玻璃鐘罩、橡皮膜、氣球等制成的胸廓模型來模擬演示。學(xué)生通過模型觀察到由于人體胸廓的運(yùn)動(dòng)帶來肺的收縮和擴(kuò)張。在此感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上， 運(yùn)用物理學(xué)知識(shí)分析得出肺的擴(kuò)張是由于胸廓擴(kuò)大后肺內(nèi)氣壓小于外界大氣壓，而胸廓的運(yùn)動(dòng)緣于膈肌和肋間肌的共同作用。最后經(jīng)過歸納總結(jié)、抽象和概括， 形成呼吸運(yùn)動(dòng)的原理性知識(shí)。又如，關(guān)于生男生女機(jī)會(huì)均等的知識(shí)， 教師可以用圍棋棋子( 表示生殖細(xì)胞) 置于兩個(gè)布袋中， 讓學(xué)生模擬隨機(jī)受精過程( 一個(gè)學(xué)生從裝有“精子”的袋中隨機(jī)摸出一粒 “精子”， 另一個(gè)學(xué)生從裝有“卵子”的袋中摸出一粒 “卵子”， 放在一起代表受精卵內(nèi)含有性染色體的種類) 。這樣將學(xué)生難以理解的， 教師用其他手段難以解釋的生命現(xiàn)象通過此模擬實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單明了地揭示給了學(xué)生。

在義務(wù)教育生物課程教材中不乏模擬實(shí)驗(yàn)資源，可以挖掘利用。如小腸絨毛結(jié)構(gòu)模型的制作，探究魚鰭在游泳中的作用等。教師在生物學(xué)教學(xué)中運(yùn)用“模擬實(shí)驗(yàn)法”教學(xué)，可以使學(xué)生了解和體驗(yàn)科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究的基本過程和方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，有效地克服了教師“滿堂灌”的現(xiàn)象，有利于學(xué)生主體的參與。因此，在我們的教學(xué)工作中，模擬實(shí)驗(yàn)作為實(shí)踐教學(xué)的一個(gè)有用的輔助教學(xué)手段，是一個(gè)值得我們教學(xué)工作者認(rèn)真研究的一個(gè)新課題。

3． 模擬實(shí)驗(yàn)在初中生物教學(xué)中的開發(fā)

在生物教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)?zāi)転閷W(xué)生提供生動(dòng)的感性材料，說明學(xué)生認(rèn)識(shí)自然規(guī)律，理解抽象知識(shí)，也為邏輯推理所獲得的結(jié)論作出檢驗(yàn)。課堂教學(xué)的特殊條件、特殊需要和特殊對(duì)象，往往會(huì)使模擬實(shí)驗(yàn)得以發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)， 成為原型直接實(shí)驗(yàn)的重要補(bǔ)充。 因此，在中學(xué)生物教學(xué)中，我們應(yīng)開動(dòng)腦筋，積極開發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)。例如：

（1）模擬吸煙的實(shí)驗(yàn)，探究吸煙的危害

目的：通過探究煙草中有害物質(zhì)對(duì)梭眼蟲活動(dòng)的影響，理解吸煙 對(duì)人體的危害。

材料器具：顯微鏡、載玻片、吸管、小可樂瓶、玻璃管、橡皮膠塞、塑料管、漏斗、注射器、玻璃膠、無濾嘴和有濾嘴香煙、脫脂棉、打火機(jī)。

方法步驟：

①設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，主要是利用小可樂瓶等制成可抽氣的裝置（作呼、吸用），并通過塞有脫脂棉的管子，完成“主動(dòng)吸煙”和“被動(dòng)吸煙”動(dòng)作。裝置如圖1。

②點(diǎn)燃香煙，模仿主動(dòng)吸煙。在下密封室，以脫脂棉代替過濾嘴收集煙霧；點(diǎn)燃香煙，模仿被動(dòng)吸煙。在上密封室，以脫脂棉代替過濾嘴收集煙霧。將棉花上的污物分別溶于5ml 水中。

③取梭原蟲（眼蟲的一種）培養(yǎng)液一滴，滴在載玻片上。蓋好蓋玻片，放在顯微鏡下觀察。記錄梭原蟲的游動(dòng)。滴上一滴上密封收集的污物，觀察并記錄梭原蟲的游動(dòng)。

④重復(fù)③，僅改滴下密封室收集的污物。

討論：

①比較上下兩塊棉花的外觀，注意沉積物的外觀是否不同？

②連續(xù)吸兩支煙后，比較上下氣室的棉花，是否如制造商所言還有過濾作用？

③比較梭原蟲營(yíng)養(yǎng)液中未加油污的游動(dòng)情況。

評(píng)析：此項(xiàng)模擬實(shí)驗(yàn)操作比較簡(jiǎn)單，很直觀地觀察到吸煙過程中產(chǎn)生的焦油，使學(xué)生認(rèn)識(shí)吸煙危害身體健康。

4． 模擬實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

在“模擬血型鑒定”的實(shí)驗(yàn)中，教材中提供的材料是，模擬“A型血”(硝酸鉛)，“B型血”(氯化鋇)，“O型血”（蒸餾水)，“AB型血”(上述“A型血”和“B型血”等量混合)和“A型血清”(硝酸銀)，“B型血清”(碘化鈉)。其中的重金屬容易造成環(huán)境污染。鑒如此，在改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)中可用紅糖水替代硝酸銀，碘液替代碘化鈉，淀粉溶液替代硝酸鉛，豆汁替代氯化鋇。具體見表l。

這樣的材料在生活中隨處看見，又能說明問題。

責(zé)任編輯 潘孟良