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中学生物实验 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望初级的问题：初级的问题：实验依据的理论是什么？实验依据的理论是什么？实验该怎样做？规范的操作是怎样的？实验该怎样做？规范的操作是怎样的？实验能够得到什么样的结果？实验能够得到什么样的结果？实验要怎样设计才是科学的？实验要怎样设计才是科学的？实验需要哪些仪器、设备、器具？实验需要哪些仪器、设备、器具？实验失误了怎样改进？实验失误了怎样改进？实验的适用性如何？实验的适用性如何？解决初级问题解决初级问题必要性必要性 生物学科的特点所决定生物学科的特点所决定 通过实验理解书本知识通过实验理解书本知识必需性必需性 学生需要低层次问题的积累和解决的经验学生需要低层次问题的积累和解决的经验 为以后的学习或工作奠定基础为以后的学习或工作奠定基础实验依据的理论是什么？实验依据的理论是什么？或者说实验检验了什么理论，与哪些理论知识有关。或者说实验检验了什么理论，与哪些理论知识有关。例例例例 分离以尿素为氮源的微生物分离以尿素为氮源的微生物分离以尿素为氮源的微生物分离以尿素为氮源的微生物 细菌繁殖和生长需要外界营养物质（微生物培养需要细菌繁殖和生长需要外界营养物质（微生物培养需要添加的添加的6要素：水、氮、碳、能量、无机盐、维生素）要素：水、氮、碳、能量、无机盐、维生素）细菌体内的脲酶可以将动植物残骸中的尿素转化为植细菌体内的脲酶可以将动植物残骸中的尿素转化为植物吸收的氨基酸、物吸收的氨基酸、NH3，以尿素作氮源培养的微生物是一，以尿素作氮源培养的微生物是一类群。（如何检验利用了尿素？）类群。（如何检验利用了尿素？）细菌生长需要糖原，在琼脂培养基加糖能够提供细菌细菌生长需要糖原，在琼脂培养基加糖能够提供细菌糖原。糖原。实验该怎样做？规范的操作是怎样的？实验该怎样做？规范的操作是怎样的？目标明确目标明确 效能最大效能最大 误差最小误差最小例例例例 用样方法调查草地中某种双子叶植物的种群密度用样方法调查草地中某种双子叶植物的种群密度用样方法调查草地中某种双子叶植物的种群密度用样方法调查草地中某种双子叶植物的种群密度 判断植物的分布类型判断植物的分布类型选择合适的样方规格选择合适的样方规格记数的顺序记数的顺序需要测量的指标需要测量的指标延伸延伸不同密度下的个体差异不同密度下的个体差异根系与地上部分的相关性根系与地上部分的相关性在群落中的优势度如何在群落中的优势度如何密度与样方大小的关系密度与样方大小的关系实验能够得到什么样的结果？实验能够得到什么样的结果？例例例例 探究培养液中酵母菌数量的动态变化探究培养液中酵母菌数量的动态变化探究培养液中酵母菌数量的动态变化探究培养液中酵母菌数量的动态变化 不同的生物它所选择的生态策略是不一样的不同的生物它所选择的生态策略是不一样的微生物的种群变动是什么类型？为什么会是这种类型？微生物的种群变动是什么类型？为什么会是这种类型？影响微生物繁殖和生长的环境因素：影响微生物繁殖和生长的环境因素：pH、氧气、水分、营、氧气、水分、营养等养等指数增长模型是不是这个实验预期得到的实验结果？指数增长模型是不是这个实验预期得到的实验结果？实验要怎样设计才是科学的？实验要怎样设计才是科学的？实验方案不同于实验操作，需要设计实验方案不同于实验操作，需要设计操作规范，目的是为了避免实验误差操作规范，目的是为了避免实验误差实验方案设计的科学性，是为了避免实验结论的片面、偏差实验方案设计的科学性，是为了避免实验结论的片面、偏差例例例例 土壤微生物的分解利用土壤微生物的分解利用土壤微生物的分解利用土壤微生物的分解利用 落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗?如何证明？如何证明？对照组（条件控制）与实验组（条件变化组）对照组（条件控制）与实验组（条件变化组）除有无微生物之外，其它条件相同除有无微生物之外，其它条件相同土壤取自相同的地块土壤取自相同的地块去除微生物以外的生物去除微生物以外的生物实验组土壤灭活处理实验组土壤灭活处理落叶大小、数量相同，作无菌处理落叶大小、数量相同，作无菌处理落叶包埋土壤中落叶包埋土壤中放入无菌处理的器皿，保持环境一定温度与湿度放入无菌处理的器皿，保持环境一定温度与湿度置于无菌环境置于无菌环境实验组与对照组实验组与对照组 实验组与对照组是相对的，实验组接受实验变量处实验组与对照组是相对的，实验组接受实验变量处理，对照组不接受实验变量处理。设立实验组与对照组，理，对照组不接受实验变量处理。设立实验组与对照组，无关变量对实验结果的影响则被排除。无关变量对实验结果的影响则被排除。1空白对照：空白对照：2自身对照：自身对照：3条件对照：条件对照：4相互对照？相互对照？甲状腺对动物的影响甲状腺对动物的影响甲状腺对动物的影响甲状腺对动物的影响 减肥片对动物的影响减肥片对动物的影响减肥片对动物的影响减肥片对动物的影响实验组实验组实验组实验组喂甲状腺激素喂甲状腺激素喂甲状腺激素喂甲状腺激素喂食不同剂量减肥片喂食不同剂量减肥片喂食不同剂量减肥片喂食不同剂量减肥片条件组条件组条件组条件组喂甲状腺抑制剂喂甲状腺抑制剂喂甲状腺抑制剂喂甲状腺抑制剂喂食高脂食物喂食高脂食物喂食高脂食物喂食高脂食物空白组空白组空白组空白组正常饲养正常饲养正常饲养正常饲养正常喂食正常喂食正常喂食正常喂食T1T2T3k1k2k3k4k1k2k3k4k1k2k3k4a1a2a3a4a5a6a7a8实验需要哪些仪器、设备、器具？实验需要哪些仪器、设备、器具？容器类：压力容器、培养容器容器类：压力容器、培养容器测试类：分光光度计、原子吸收、液相色谱测试类：分光光度计、原子吸收、液相色谱观察、记录：显微镜、电镜、数字卡尺、观察、记录：显微镜、电镜、数字卡尺、GPS定位、光定位、光量子仪、叶面积测定量子仪、叶面积测定精密分析：电泳、蛋白质分析、水质分析、细菌分析精密分析：电泳、蛋白质分析、水质分析、细菌分析 条件模拟类：人工气候室、光照培养箱、无菌室、超净工条件模拟类：人工气候室、光照培养箱、无菌室、超净工作台作台 预处理类：切片机、离心机、摇床预处理类：切片机、离心机、摇床器械：剪、镊、针、刀、移液枪、采集器器械：剪、镊、针、刀、移液枪、采集器实验失误了怎样改进？实验失误了怎样改进？因为设计错误所导致的实验结论偏离因为设计错误所导致的实验结论偏离因为操作不规范导致的实验结果差异，或因为环境因子变因为操作不规范导致的实验结果差异，或因为环境因子变化太大，或条件控制不一致等化太大，或条件控制不一致等需要承认实验失误是正常的需要承认实验失误是正常的得到经验得到经验设计错误：设计错误：要从设计方案的源头开始检查要从设计方案的源头开始检查 操作不规范，要检查最有可能导致实验误差过操作不规范，要检查最有可能导致实验误差过 大的操作大的操作纠正错误：重新设计纠正错误：重新设计 更全面考虑可能导致实验误差的影响因子更全面考虑可能导致实验误差的影响因子实验的适用性如何？实验的适用性如何？主要是设计方案可以被其它实验借鉴或沿用主要是设计方案可以被其它实验借鉴或沿用例例例例 确定某种物质对作物生长的适宜范围确定某种物质对作物生长的适宜范围确定某种物质对作物生长的适宜范围确定某种物质对作物生长的适宜范围 设立预实验，粗的浓度梯度，对各区间段细分浓度，设立预实验，粗的浓度梯度，对各区间段细分浓度，逐段排除。用统计检验差异性。逐段排除。用统计检验差异性。实验重复：排除偶然性实验重复：排除偶然性可以沿用到：有毒物质对动物的毒作用（或环境因子）可以沿用到：有毒物质对动物的毒作用（或环境因子）可以沿用到：有毒物质对动物的毒作用（或环境因子）可以沿用到：有毒物质对动物的毒作用（或环境因子）作用的表现：选择明显的（比如外部形态变化）、某种作用的表现：选择明显的（比如外部形态变化）、某种 过程生理敏感的、检验比较便利的过程生理敏感的、检验比较便利的高级的问题：高级的问题：实验有意义吗？实验有意义吗？实验方法上有创新吗？实验方法上有创新吗？实验解决了应用上的技术关键吗？实验解决了应用上的技术关键吗？实验对相关领域的理论有补充吗？实验对相关领域的理论有补充吗？实验拓展或加深人类对自然界的认识吗？实验拓展或加深人类对自然界的认识吗？实验改变了人类一些旧的观念吗？实验改变了人类一些旧的观念吗？实验可应用于实际生产吗？实验可应用于实际生产吗？实验有意义吗？实验有意义吗？实验的意义在于人们的价值取向实验的意义在于人们的价值取向 自然界的生命系统在没有人类的干扰下是一个可以自我自然界的生命系统在没有人类的干扰下是一个可以自我调节的平衡体，从这个意义上说，大部分的生物实验是没意调节的平衡体，从这个意义上说，大部分的生物实验是没意义的。但是，人类为了生存去探索自然规律，弥补对自然界义的。但是，人类为了生存去探索自然规律，弥补对自然界的破坏，达到可持续发展，这样理解，许多实验就变得有意的破坏，达到可持续发展，这样理解，许多实验就变得有意义了。义了。实验的意义分为实验的意义分为理论意义理论意义理论意义理论意义和和实践意义实践意义实践意义实践意义。“种群数量的动态变化种群数量的动态变化”理论意义：结论对考察自然界理论意义：结论对考察自然界中的种群变动有指导的作用；实践意义：通过某种限制因子中的种群变动有指导的作用；实践意义：通过某种限制因子控制有害生物的种群数量的增加。控制有害生物的种群数量的增加。实验方法上有创新吗？实验方法上有创新吗？实验方法创新，意味对某种问题的研究，进行不同实验方法创新，意味对某种问题的研究，进行不同以往的思考（方向）、分析（方法）、解决（方案）。以往的思考（方向）、分析（方法）、解决（方案）。在中学实验中，由于学生接触的研究、实验方法比在中学实验中，由于学生接触的研究、实验方法比较有限，完全的实验方法创新几乎不可能。对实验方法较有限，完全的实验方法创新几乎不可能。对实验方法稍作改进、变换，即可以视为创新稍作改进、变换，即可以视为创新鼓励。鼓励。水华问题水华问题水华问题水华问题野外的调查（不能控制环境因子）野外的调查（不能控制环境因子）模拟野外条件的室内实验模拟野外条件的室内实验野外控制条件的实验野外控制条件的实验野外控制条件的实验野外控制条件的实验封闭系统、半封闭系统、开放封闭系统、半封闭系统、开放封闭系统、半封闭系统、开放封闭系统、半封闭系统、开放系统系统系统系统实验解决了应用上的技术关键吗？实验解决了应用上的技术关键吗？一些生产实际中迫切需要解决的问题：一些生产实际中迫切需要解决的问题：低成本低能耗的污水处理技术、迅速降解无残低成本低能耗的污水处理技术、迅速降解无残留的生物农药、农产品的人工繁殖和高产技术等。留的生物农药、农产品的人工繁殖和高产技术等。鼓励学生在实验中考虑如何将实验运用到生产鼓励学生在实验中考虑如何将实验运用到生产实践中。实践中。例例例例 酵母菌种群增长酵母菌种群增长酵母菌种群增长酵母菌种群增长环境因子的影响环境因子的影响环境因子的影响环境因子的影响控制培养控制培养控制培养控制培养条件条件条件条件高高高高产产实验对相关领域的理论有补充吗？实验对相关领域的理论有补充吗？即使在经典的生物实验中也有可能会有新的发现即使在经典的生物实验中也有可能会有新的发现新的新的观点点新的理新的理论 对新的发现重新设计实验进行研究就有可能会形成对新的发现重新设计实验进行研究就有可能会形成新的观点新的观点例例 水华问题水华问题 习惯认为水体出现水华是不好的习惯认为水体出现水华是不好的 那么，换个角度或立场去认识它那么，换个角度或立场去认识它那么，换个角度或立场去认识它那么，换个角度或立场去认识它有没有对人类环有没有对人类环有没有对人类环有没有对人类环境有利的一面呢？境有利的一面呢？境有利的一面呢？境有利的一面呢？可不可以利用水可不可以利用水可不可以利用水可不可以利用水华华去除水体（或其去除水体（或其去除水体（或其去除水体（或其它它它它环环境）中某些有害物境）中某些有害物境）中某些有害物境）中某些有害物质质呢？呢？呢？呢？实验拓展或加深人类对自然界的认识吗？实验拓展或加深人类对自然界的认识吗？蝙蝠吸血或捕食昆虫蝙蝠吸血或捕食昆虫蝙蝠吸血或捕食昆虫蝙蝠吸血或捕食昆虫真的是这样吗？真的是这样吗？观察蝙蝠是困难的（飞行速度快、夜行性）观察蝙蝠是困难的（飞行速度快、夜行性）如何观察？如何观察？需要建立一个半封闭的、模拟自然的蝙蝠生存需要建立一个半封闭的、模拟自然的蝙蝠生存环境。捕获一些蝙蝠，在新环境中适应。环境。捕获一些蝙蝠，在新环境中适应。观察（高速摄影机）观察（高速摄影机）统计分析分析实验改变了人类一些旧的观念吗？实验改变了人类一些旧的观念吗？长期以来我们一直以为海洋具有较高的初级生长期以来我们一直以为海洋具有较高的初级生产力，但是研究表明，较高的初级生产力仅仅局限产力，但是研究表明，较高的初级生产力仅仅局限在沿岸带和潮涌区。在沿岸带和潮涌区。为什么？为什么？为什么？为什么？有许多人认为，人类只要将那些濒危动物（脊有许多人认为，人类只要将那些濒危动物（脊椎动物类）保护起来，就可以避免灭绝。研究表明，椎动物类）保护起来，就可以避免灭绝。研究表明，最小的种群数量应不低于最小的种群数量应不低于80100只。只。为什么？为什么？为什么？为什么？实验可应用于实际生产吗？实验可应用于实际生产吗？例例例例 水产品的人工繁殖实验水产品的人工繁殖实验水产品的人工繁殖实验水产品的人工繁殖实验调查产卵场的环境特点调查产卵场的环境特点生物体在繁殖期间的生理特征生物体在繁殖期间的生理特征生物体在繁殖期间的行为表现生物体在繁殖期间的行为表现外界条件的刺激外界条件的刺激药物的催熟药物的催熟受精过程受精过程孵化技术孵化技术还有还有还有还有 细胞培养技术、污水生物处理技术等细胞培养技术、污水生物处理技术等细胞培养技术、污水生物处理技术等细胞培养技术、污水生物处理技术等我们该如何实施中学生物实验我们该如何实施中学生物实验高考所反映的：高考所反映的：我们在实施中学生物实验所表现出我们在实施中学生物实验所表现出我们在实施中学生物实验所表现出我们在实施中学生物实验所表现出的一些缺失的一些缺失的一些缺失的一些缺失现象观察与结果分析现象观察与结果分析现象观察与结果分析现象观察与结果分析 表达的逻辑性表达的逻辑性 描述的科学性描述的科学性 设计的缜密性设计的缜密性 书写的规范性书写的规范性 操作的熟练性操作的熟练性表达的逻辑性表达的逻辑性例例例例 无锡饮水水源受污染问题无锡饮水水源受污染问题无锡饮水水源受污染问题无锡饮水水源受污染问题因为富营养化导致蓝藻大量繁殖、死亡释放毒因为富营养化导致蓝藻大量繁殖、死亡释放毒素，使水质恶化。素，使水质恶化。问题的关键是富营养化问题的关键是富营养化那么，表达富营养化的产生原因以及过程、如那么，表达富营养化的产生原因以及过程、如何消除以确保水安全是要表达的主线。何消除以确保水安全是要表达的主线。例例例例 西红柿为什么是红的？西红柿为什么是红的？西红柿为什么是红的？西红柿为什么是红的？浆果的果皮、果肉含有番茄红素浆果的果皮、果肉含有番茄红素番茄红素源自果实内的花青苷，花青苷在西红柿番茄红素源自果实内的花青苷，花青苷在西红柿生长过程中逐步积累，达到一定量，在光照作用生长过程中逐步积累，达到一定量，在光照作用下转化为番茄红素。下转化为番茄红素。那么，西红柿是红的，关键是花青苷的存在。需那么，西红柿是红的，关键是花青苷的存在。需要说明番茄红素、花青苷之间的关系，以及日照要说明番茄红素、花青苷之间的关系，以及日照强度与日照长度的催化作用。强度与日照长度的催化作用。描述的科学性描述的科学性 因为现代的生物实验都是建立在前人的理论和实践因为现代的生物实验都是建立在前人的理论和实践的基础上，所以，任何结果、结论都是对已有的理论和的基础上，所以，任何结果、结论都是对已有的理论和实践的总结实践的总结“依据依据”生长素的生长素的“二重性二重性”，表现出低浓度促进、高浓度，表现出低浓度促进、高浓度抑制，也就是生态学中生物对环境因子的抑制，也就是生态学中生物对环境因子的“耐受性耐受性”范范围围理论理论建立建立“适宜浓度适宜浓度适宜浓度适宜浓度”的观念的观念错误的描述：生长素高了、低了都没作用，在高低之间错误的描述：生长素高了、低了都没作用，在高低之间设立一组进行实验。设立一组进行实验。设计的缜密性设计的缜密性温度对鱼类呼吸的影响温度对鱼类呼吸的影响温度对鱼类呼吸的影响温度对鱼类呼吸的影响问题：观察（或测量）指标的确定问题：观察（或测量）指标的确定常识：人生活在过高或过低的温度下都会感到不舒服。常识：人生活在过高或过低的温度下都会感到不舒服。研究：不适的温度与适宜的温度鱼类有何不同的表现，研究：不适的温度与适宜的温度鱼类有何不同的表现，这种表现差异性如何？这种表现差异性如何？观察的指标：溶解氧（观察的指标：溶解氧（mg/L）、呼吸频率（鳃盖开合次）、呼吸频率（鳃盖开合次数数/min）、游动速度（）、游动速度（cm/min）、食量）、食量实验：以自然界的低水温和高水温作为设置温度梯度的实验：以自然界的低水温和高水温作为设置温度梯度的两个端点，每个温度测量相同体重的鱼两个端点，每个温度测量相同体重的鱼59尾。尾。问：这样设计有缺陷吗？问：这样设计有缺陷吗？书写的规范性书写的规范性字体笔画要清晰字体笔画要清晰字型能够容易辨认字型能够容易辨认术语要准确无误术语要准确无误符号正确、使用恰当符号正确、使用恰当尽量避免口语化，以书面语更好尽量避免口语化，以书面语更好语言流畅，围绕主题、关键词陈述语言流畅，围绕主题、关键词陈述操作的熟练性操作的熟练性 现有的实验教学评价体系下，操作的熟练性对现有的实验教学评价体系下，操作的熟练性对评价学生的实验能力并没有太大的影响。评价学生的实验能力并没有太大的影响。但是，在从事生物实验研究的时候，操作的熟但是，在从事生物实验研究的时候，操作的熟练性会影响到实验操作的前后一致性练性会影响到实验操作的前后一致性实验误差的误差的控制。控制。高考还有指挥棒的作用吗？高考还有指挥棒的作用吗？高考一直在强调实验，因为没有实验，就没有自然高考一直在强调实验，因为没有实验，就没有自然科学的进步。每年高考的实验题目，成绩非常的不理想。科学的进步。每年高考的实验题目，成绩非常的不理想。到底是哪个环节出了差错？到底是哪个环节出了差错？是高中？还是初中？抑或是小学、幼儿园？是高中？还是初中？抑或是小学、幼儿园？缺乏观察力、缺乏想象力、缺乏观察力、缺乏想象力、没有没有没有没有实践能力是现在的实践能力是现在的学生普遍存在的现象学生普遍存在的现象 这需要长期的培养和训练这需要长期的培养和训练观察的重要性观察的重要性为什么天气变冷，树会落叶？为什么天气变冷，树会落叶？（时间、温度）（时间、温度）为什么有的树落叶，有的不落叶？为什么有的树落叶，有的不落叶？经过寒冷的冬天，这些树怎么不会枯萎？经过寒冷的冬天，这些树怎么不会枯萎？发新芽（枝）或落叶先从什么部位开始？发新芽（枝）或落叶先从什么部位开始？落叶的都是哪些树，它们一样吗？落叶的都是哪些树，它们一样吗？与不落叶的树有什么不同？与不落叶的树有什么不同？其它的观察：鱼睡觉吗？蚕的一生，老鼠的生活等其它的观察：鱼睡觉吗？蚕的一生，老鼠的生活等想象、联想想象、联想创新是社会发展的源动力，想象是创新的基础。愉创新是社会发展的源动力，想象是创新的基础。愉快的学习、有兴趣的学习加上想象力就是创新的保快的学习、有兴趣的学习加上想象力就是创新的保证。证。最好的想象：人在陆地上行走，人如果能飞？！最好的想象：人在陆地上行走，人如果能飞？！最好的联想：鸟能长距离的飞，人装上鸟翼？！最好的联想：鸟能长距离的飞，人装上鸟翼？！奇思妙想、胡思乱想、浮想联翩、梦想成真奇思妙想、胡思乱想、浮想联翩、梦想成真提问：如果人类没有发明蒸汽机，世界现在是什么提问：如果人类没有发明蒸汽机，世界现在是什么样？样？地面行走地面行走地面行走地面行走螺旋桨螺旋桨螺旋桨螺旋桨低于音速低于音速低于音速低于音速跑道起降跑道起降跑道起降跑道起降人工操纵人工操纵人工操纵人工操纵白天飞行白天飞行白天飞行白天飞行地面起降地面起降地面起降地面起降引力飞行引力飞行引力飞行引力飞行空中移动空中移动空中移动空中移动喷气式喷气式喷气式喷气式多倍音速多倍音速多倍音速多倍音速垂直起降垂直起降垂直起降垂直起降无人驾驶无人驾驶无人驾驶无人驾驶全天候全天候全天候全天候舰载飞机舰载飞机舰载飞机舰载飞机脱离引力脱离引力脱离引力脱离引力创创新新创新有时是很不起眼的创新有时是很不起眼的 提高牙膏销售量的故事提高牙膏销售量的故事 圆珠笔钢珠的故事圆珠笔钢珠的故事 铅笔的故事铅笔的故事 我们的教育有没有扼杀孩子我们的教育有没有扼杀孩子们的想象力呢们的想象力呢?