生物学探究性实验设计的探讨

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1、生物学探究性实验设计的探讨广东深圳市龙城中学张海银《生物学通报》2003.10新课程标准的实验教材，增加了多个探究性学习课题，这些课题重视培养学生的自主性研究能力。教学实践中教师如何利用这些教学素材，非常值得探讨。现着重讨论探究性实验设计教学中的2个问题。1 如何引导做出实验假说根据科学事实提出问题和假说，这是科学研究的出发点。从现行教材提供的材料看，探究性实验和研究性课题都是有一定目的的引导性探究和发现。一般情况下，学生做出的假说无对错之分。这一原则旨在鼓励大胆做出假说，积极参与教学过程；但作为教师必须明白，学生做出的假说又有好坏之分，这主要表现为

2、：一个好的假说总是和做出假说的前提有着高度的一致性、派生性和演绎性。作者曾以人类对于疟疾病因的探究过程为例，较好地说明了如何在科学过程中有效地建立假说。19世纪，疟疾猖撅，人们根据疟疾分布区的环境得出结论：低洼多水、气温较高的烟瘴之区易发疟疾。为什么在这样的地带易发生疟疾呢？人们设想：污水可能是使人患疟疾的病原，污水蒸发可能产生毒气使人生病。这是根据经验规律而提出的疟疾病因假说。当污水被清除后，疟疾果然大大减少。这证明假说是正确的。那么污水是如何引起疟疾的呢？若污水是直接致病的，喝了污水就应该发病。但研究否定了污水直接引起疟疾的假说。人们又发现：①清

3、除了污水，蚊子少了，同时疟疾也少了；②住在低洼沼泽地、室外露天睡眠的人易患疟疾；③不用蚊帐的人易患疟疾；④夜间在熏烟的火旁睡眠的人很少患疟疾。联系这些事实，人们不尽假说：疟疾是不是蚊子传播的呢？法国医生拉佛兰在疟疾患者的血液中发现了细长如丝的微生物。他假说微生物可能是疟疾的病原。这一假说和上述蚊子可能传播疟疾的假说联系起来，使英国军医罗斯推想：如果上述两个假说是对的，吸了患者血液的蚊子，体内就应该带有这种微生物。后来罗斯通过实验证实了这一假说。罗斯还让蚊子吸麻雀的血，定时解剖蚊胃。他发现这种小生物不但存在于蚊胃中，并且能够繁殖。他又让感染的蚊子去吸健

4、康麻雀的血液，原来健康的麻雀发病了。进一步在志愿者身上试验，直接证明了疟原虫在人体的传播与在鸟类体内的传播一样，都是以蚊子为媒介的。至此，疟疾是由蚊子传播的假说得到最后的证实，假说已转化为科学定理或学说了。同时也从以上材料中总结出：假说是问题的延伸，同时也是实验设计的基础；做出假说和提出问题之间的逻辑联系，在这里，科学问题、科学实验、科学资料、科学实践、生产实践、人文活动等都可能是做出假说的基础；假说在科学过程中的地位及其承前启后的重要作用。2探究性实验设计的原则实验是生命科学研究的基本手段，设计实验是实验研究的基本能力。教学过程中，教师必须科学他讲

5、解实验的假设和目的，并在此基础上，通过具体实验讲清楚实验设计的基本原则，以期举一反三，触类旁通。2．1条件对照原则也称条件控制原则，为了更科学、更有说服力地论证假说，生物学实验常设置对照实验，教师必须针对不同知识背景的学生，做出不同的教学处理，如在“探究鼠妇选择生活环境的行为”实验中，新教材提出：这个实验中哪些因素对鼠妇有影响？你如何保证实验结果的不同只能是光照条件不同引起的？这与设置对照有什么关系？这很自然地引导了对照组的设置，没有过多的理论灌输，通俗易懂，处理得当，恰到好处。但在高中生物学教学中，就很有必要介绍对照实验的基本原理，并结合实例讲清楚

6、对照实验中对照组的功能，使学生充分认识对照组设置的必要性和科学性。如在用蒸腾计研究光强度与植物蒸腾失水速率关系的实验中：根据实验装置图，如何建立该实验的对照组？对照组的建立有何意义？为什么说表中实验结果表明，环境条件的恒定性控制得很好？通过讨论上述问题，认清了本实验的对照组有以下功能：①通过比较，找出引起两组实验结果差异的原因，紧扣实验假设；②通过对照组的结果来随时监控环境因素的恒定性；③论证实验中的失水是否包括非生命的蒸发和生理过程的蒸腾作用。2．2条件适宜原则又称条件模拟原则。生物学实验实质上是一种人为控制条件下的生命再现过程。实验中所涉及的可能

7、影响到生命活动的所有条件，除了控制条件，都必须尽量控制在最适宜的条件下，以充分再现生命现象。例如，很多植物呼吸作用的适宜温度往往会高于光合作用，因此，若只是研究植物的呼吸作用，而且温度是非控制条件，这时温度就应适当调高；反之，就应低一点。广义地说，控制条件之外的所有条件都必须都处于模拟自然条件下的生命状态，对于细胞器要模拟细胞内的细胞质基质环境；对于动物组织和器官要模拟内环境；对于个体和种群要模拟自然生态环境。2．3条件恒定原则实验过程中，有许多条件是实验者并不关注的非研究条件，但它们照样可能影响到生命活动，这些条件都应控制在相对恒定的状态下，避免各

8、种非研究条件在实验者不知情、无监测的情况下影响甚至改变实验结果。如在研究植物光合作用时，光强度、温度、湿度、