生物高考实验设计专题

2008年生物高考实验设计专题

实验与探究能力培养目的与方法

1．新课标和考纲是我们备考坚定不移的方向标

普通高中生物课程标准（实验）明确指出，学生通过高中生物新课程的学习发展科学探究能力，应该初步学会：

⑴客观地观察和描述生物现象；

⑵通过观察或从现实生活中提出与生物学相关的、可以探究的问题；

⑶分析问题，阐明与研究该问题相关的知识；

⑷确认变量；

⑸作出假设和预期；

⑹设计可行的实验方案；

⑺实施实验方案，收集证据；

⑻利用数学方法处理、解释数据；

⑼根据证据作出合理判断；

⑽用准确的术语、图表介绍研究方法和结果，阐明观点；

⑾听取他人的意见，利用证据和逻辑对自己的结论进行辩护及作必要的反思和修改。

而考查评价学生的实验和探究能力可从多个侧面展开：

1．提出问题和作出假设——

（1）确定一个可以通过探究活动回答的问题；

（2）说出与问题有关的背景知识；

（3）作出一种可检验的假设。

2．制定实验计划——

（1）明确实验目的；

（2）陈述自变量和因变量的关系；

（3）描述观察或测量变量的方法；

（4）列出重要的步骤和材料器具。

3．实施实验计划——

（1）执行实验计划中规定的步骤；

（2）记录实验现象和数据；

（3）重复收集实验数据；

（4）处理实验数据。

4．阐述和交流实验结果与结论——

（1）根据实验现象和数据得出结论；

（2）应用有关的科学知识解释结论；

（3）说出假设是否得到支持；

（4）完成实验报告；

（5）对探究过程进行反思和评价。

考试大纲对实验与探究能力考查的具体目标与要求是：

（1）能独立完成“生物知识内容表”所列的生物实验，包括理解实验目的、原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技能，并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运用。

（2）具备验证简单生物学事实的能力，并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理。

（3）具备对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用观察、实验与调查、假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法。

（4）能对一些简单的实验方案做出恰当的评价和修订。

2．掌握基础知识和学会基本技能是颠扑不破的真理

07考纲中有19个实验和探究活动，考试大纲对的考查目标与要求之一就是：能独立完成“生物知识内容表”所列的生物实验（已经印发在2张半纸），包括理解实验目的、原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技能，并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运用。基于此，教师在实验的复习教学中一定要设法使学生熟悉各实验的目的要求、材料用具及方法步骤，重视实验过程中现象的观察，掌握实验的原理及运用，懂得分析实验现象、实验程序、实验结果，学会设置对照实验，明确设计实验的基本原则——科学性原则、控制实验变量的原则、随机性原则、重复性原则、简约性原则和可行性原则，学会实验设计的基本程序——确定实验目的（课题）→提出假设→制订实验方案→预期结果，掌握实验设计的基本技巧——清楚实验的起始状态、明白实验的目标状态、分析实验设计的障碍、合理安排步骤的书写顺序、尽量用规范的专业术语叙述、语言表达要形象和直观、尽量用简图（表）或曲线或流程图（线）来表示实验的步骤和结果以及分组要编号等等。

3.将创新思维的培养融会于日常复习备考活动中

在必修1的教师教学用书中，北京师范大学何克抗教授提出创造性思维结构的六要素：发散思维、形象思维、直觉思维、逻辑思维、辩证思维和横纵思维。还指出：（1）具有寻的（指向）作用的是发散思维──“一个指向”；（2）具有明察事物的对立统一和进行联系、比较、整合作用的分别是辩证思维和横纵思维──“两条策略”；（3）形象思维、直觉思维和逻辑思维──“创造性思维的主体”。回到我们的教学中，想一想，这六要素是否都在我们的视野之中？是否在教学中处理好“指向”、“主体”和“策略”的相互关系？让我们还是以必修1为例来说明：（1）在几个重大科学发现，如“细胞学说的建立”、“对生物膜结构的探索历程”、“关于酶本质的探索”、“光合作用的探究历程”，它们每前进一步，都要冲破固有的思想、观念、理论的束缚，每一步的前进都是发散思维的胜利。（2）层层递进地认识“细胞的多样性和统一性”，需要的是辩证思维、横纵思维；“细胞器──系统内的分工合作”充满了辩证的思维；“细胞膜──系统的边界”一开始就推论其功能，似在为难学生，实际是训练直觉思维──整体把握、快速判断；而到了“物质跨膜运输的实例”、“生物膜的流动镶嵌模型”、“物质跨膜运输的方式”，则凸显形象思维、直觉思维和逻辑思维的创造性思维主体和过程。（3）第5章《细胞的能量供应和利用》，是严密的逻辑思维。从“降低化学反应活化能的酶”到“细胞的能量‘通货’──ATP”，接着“ATP的主要来源──细胞呼吸”，再到“能量之源──光与光合作用”的安排，既符合认识的过程，更训练逻辑思维的能力。（4）从“细胞不能无限长大”到“细胞通过分裂进行增殖”；从细胞分化实现专一性到细胞的全能性，从脱分化到再分化；从细胞衰老到个体寿命的有限性；从细胞凋亡的不可避免到凋亡对正常生长发育、维持稳态的必要性等，充满了辩证的思维。上述例子，只是举其大者，实际上任何一节内容的学习，任何一个问题的解决，都有训练创造性思维的不同价值，或是不同要素，或是深度不一。全赖我们在复习教学中用心处理。

4．领悟和运用科学方法对发展学生科学探究能力至关重要

例如在必修2的“孟德尔遗传实验的科学方法”复习中就有助于学生“领悟假说演绎、建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用（考查探究能力的具体要求之一）”。这也是该模块在培养学生于科学探究活动中学习、掌握和应用科学方法的侧重点。就思维过程的方法论而言，归纳和演绎都是重要的科学方法，前者是从特殊事实中概括出一般原理的推理形式和思维方法，后者是从一般到特殊，根据一类事物都有的一般属性、关系、本质来推断该类中的个别事物所具有的属性、关系和本质的推理形式和思维方法。二者是互为补充、相辅相成的。从近代科学到现代科学，以观察（实验）—归纳为主的方法逐渐让位给以假说—演绎为主的方法。这是因为现代科学从总体上来说，已经不是处在经验材料的收集阶段，而是处于高度的理论概括和演绎的阶段。由于数学、计算机科学等工具学科的发展，人们能够凭借这些工具提出假说，然后演绎出理论体系或具体推论，再通过观察和实验来检验。当然，在应用假说—演绎法时，仍需要以经验归纳法作补充，以一定的实验事实为根据。在《遗传因子的发现》和《基因和染色体的关系》两章中就分别体现了假说—演绎法和类比推理法的内容。此外模型方法也是现代生物科学研究的重要方法，复习必修1《分子与细胞》时我们应该侧重物理模型和概念模型的构建，如真核细胞三维结构模型和细胞膜的流动镶嵌模型；复习必修2《遗传与进化》时我们应该侧重物理模型和数学模型的构建，如DNA分子的双螺旋结构模型、减数分裂中染色体数目和行为变化的模型和种群基因频率变化的数学模型；复习必修3《稳态与环境》时我们则是在必修1、2模型构建训练的基础上进一步强化练习以上各类模型的构建。通过针对性的复习可令学生在逻辑推理（如归纳、演绎、类比）能力、数学方法的运用能力、实验材料的选择及实验数据的处理能力等方面得到一个相对全面的提高。

5. 务求重视生物科学史的复习教学

重视科学本质，重视理解科学研究过程，重视学习科学研究方法是新课标理念重要思想内容之一。在生物科学史中，不仅记载着生物科学知识的形成的过程，而且蕴涵着科学家的创造性思维方式和灵活多样的科学方法，体现着科学家尊重事实，服从真理和实事求是的科学态度。因此，在备考中必须注重科学史的复习，要充分挖掘教材内在因素，从学生的认知水平出发，适当选取或处理相关史料，实施有效复习策略，让学生领会科学家是怎样发现问题、分析问题、解决问题和提出新问题的，使学生在科学态度和科学方法乃至创造性思维方面多些感悟。比如，“植物生长素的发现史”、“DNA是遗传物质的发现史”等内容，都蕴涵培养学生科学素养的素材。例如在“肺炎双球菌的转化实验中”，教师可以让学生仔细阅读观察课本上的四组实验：（1）把无毒性的R型活细菌注射入小鼠体内；（2）把有毒性S型活细菌注射入小鼠体内；（3）把加热杀死的S型活细菌注射入小鼠体内；（4）把无毒性R型活菌与加热杀死的S型细菌混合后分别注射入小鼠体内，引导学生形成自己的推想，再将推想与格林菲斯的推想相比较。又如达尔文怀疑“特创论”和“用进废退”学说而创立了达尔文进化论的科学史，易于激发了学生的好奇心，培养了学生敢于怀疑和独立思考的科学品质。还有上面提到的孟德尔豌豆杂交实验，让学生体会假说—演绎法的研究思路和数学方法的应用，以及萨顿的假说，让学生体会类比推理的方法，等等，这样的复习教学，可以大大激发学生的创造热情和探究精神，既培养了学生科学思维的习惯，又利于学生掌握科学研究的方法。

6.主动创设学生自主探讨情境

如果所有的问题拓展都有教师来完成，学生本身没有强烈的问题意识的话，学生的自主学习就难以顺利展开。所以，创设一个自主的探讨环境，才能真正锻炼或者说更高层次地进行思维。教师毕竟只是一个引导者，学生才是真正的主体。在教师创设学生自主探讨环境时，一定要有耐心，不要因为课堂时间的关系而不屑等待，有效地延长这种等待时间，有利于学生创新思维更好地进行，这种影响是深远的。在复习教学中，就某个生物学原理教师只需提出一个或几个关键问题，学生可由此问题或在解答此问题过程中自己提出另一些疑问，然后再进行思考。所以，问题拓展应由师生共同来完成，教师的参与不可过多、过频繁。如在“生长素的发现”知识点复习中，有教师一口气提出了以下问题：向光弯曲与什么有关？是胚芽鞘尖端还是以下一段？如是尖端，又与什么有关？看似非常循序渐进的问题，但这样使学生头晕目眩！还没听清上一题是什么或还没思考过，下一问题又接上了。更有趣的是，下一问题有些竟然是上题答案。这样的复习提问不仅没有实效，而且不能激起学生的思维过程。如果换种方法，帮助学生创设一个自主探