高中生物新課程實驗教學的思考與探索

高中生物新課程實驗教學的思考與探索第一頁，共55頁。生物學是研究生命現象和生命運動規律的科學，觀察和實驗是研究生命科學的基本方法。高中學生通過生物課的學習，不僅要獲得關于生命活動規律的基礎知識，而且要在科學方法、科學能力、科學態度、科學精神、創新意識等方面得到發展。第一頁第二頁，共55頁。科學方法分類圖表觀察法實驗法調查法模擬法邏輯思維形象思維直覺和靈感數學方法模型方法獲取經驗性材料的方法理性思維的方法歸納演繹分析綜合類比數學模型物理模型概念模型系統方法第二頁第三頁，共55頁。一、高中生物新課程中實驗內容的分類、分級安排與特點第三頁第四頁，共55頁。《普通高中生物課程標準(實驗)》指出，教師應盡可能多地讓學生參與實驗和其他實踐活動。在中學生物學課程中，實踐活動應包括學生在各種實際工作條件下使用適當的設備和材料所進行的任何活動。在當前的教學條件下，實踐活動大多在實驗室里進行，包括①以教師操作為主的演示實驗

②以學生動手為主的觀察、驗證或探究實驗

③以實驗探索為核心的研究性學習

④以個性發展為目標的特長生動作技能訓練

⑤以實驗為輔的專題講座或單元課堂教學等。高中生物新課程中的學生實驗，主要安排在必修部分的各個模塊和選修部分的“生物技術實踐”模塊中。第四頁第五頁，共55頁。（一）中學生物實驗的分類1、早在20世紀70年代，克洛普弗等學者認為，中學理科實驗室的教學活動主要有：①按照既定程序進行的練習、實驗操作和驗證的活動；②聆聽科學方法的講座；③執行凱勒計劃，即以個性發展為目標的技能訓練；④多媒體輔助的實驗教學；⑤實驗的發現活動；⑥設計活動；⑦學生參與的研究活動等。

第五頁第六頁，共55頁。（一）中學生物實驗的分類2、克洛普弗將實驗室教學活動的目標概括為：①獲得知識和培養理解能力；②訓練動作技能；③參與科學探究的過程，包括觀察、測量、分析數據、提出問題和解決問題的方法；④了解科學家的方法；⑤培養對科學知識的興趣和科學態度；⑥提高對科學知識及方法的應用能力。

第六頁第七頁，共55頁。（一）中學生物實驗的分類3、根據學生實驗目標的不同，可將學生參與的實驗活動分為3類：觀察驗證型實驗：實驗觀察技能和實驗操作技能。探究型實驗：科學探究能力。

創新型實驗：實驗創新能力第七頁第八頁，共55頁。（二）中學生物實驗的分級實驗分級實驗考查目標例證性實驗觀察或鑒別觀察對象“是什么”，或鑒別實驗材料中“有什么”觀察線粒體和葉綠體DNA的粗提取和鑒定驗證為闡明“為什么”或“怎么樣”提供實驗依據，證實物質或結構的動態變化觀察細胞有絲分裂觀察質壁分離及復原引導式探究教師提出實驗結構或程序，學生參與“干什么”和“發現什么”的探究過程探究生物膜的透性提取和分離葉綠體色素自主式探究學生自主探究，設計和執行實驗方案來檢驗對“有什么”和“為什么”的解釋探究影響酶活性的因素探究低溫誘導染色體加倍模擬或制作設計和制作實驗研究的某種對象，或人為條件下模擬研究對象的動態變化制作DNA雙螺旋結構模型模擬性狀分離的雜交實驗第八頁第九頁，共55頁。（三）高中生物新課程的實驗安排模塊序號實驗課題類別級別生物11-011-021-031-041-051-061-071-081-091-101-11觀察細胞中DNA和RNA的分布檢測生物組織中的還原糖、脂肪和蛋白質使用顯微鏡觀察多種多樣的細胞觀察線粒體和葉綠體通過模擬實驗研究生物膜的透性觀察植物細胞的質壁分離和復原探究影響酶活性的因素葉綠體色素的提取和分離探究酵母菌的呼吸方式模擬研究細胞表面積與體積的關系觀察細胞有絲分裂技能技能技能技能探究驗證探究探究探究探究驗證ⅠⅠⅠⅠⅢⅡⅣⅢⅢⅢⅡ第九頁第十頁，共55頁。模塊序號實驗課題類別級別生物22-012-022-032-04觀察細胞減數分裂制作DNA分子雙螺旋結構模型模擬植物或動物性狀分離的雜交實驗低溫誘導植物細胞染色體加倍驗證技能驗證探究ⅡⅤⅡⅣ生物33-013-023-033-043-053-063-07探究植物生長調節劑對插條生根的作用利用計算機輔助模擬人體內穩態的維持模擬尿糖的檢測探究培養液中酵母菌群的數量動態變化土壤中動物類群豐富度的研究探究水族箱（或魚缸）中的群落演替設計并制作生態瓶探究驗證驗證探究探究探究技能ⅣⅡⅡⅢⅢⅣⅤ第十頁第十一頁，共55頁。“選修1：生物技術實踐”模塊全部為學生實驗課，該模塊內容包括：微生物的應用、酶的應用、生物技術在食品加工中的應用、生物技術在其他方面的應用等部分，共有13項課題，26個具體實驗內容。不同實驗內容的教學目標各有側重，有的側重于使學生習得基本概念或原理，有的側重于實際應用，有的側重于科學方法訓練和培養學生的科學態度。該模塊的實驗不要求學生全部完成，教師應根據學校的教學條件，指導學生選做５～７項課題的具體實驗。每項實驗活動時間不做硬性規定，同一項課題的具體實驗內容可以穿插進行。該模塊的實驗多為探究性實驗，有的為自主式探究，大多數為引導式探究。在引導式探究活動中，學習資料中提出實驗結構或程序，學生自己設計并進行實驗，通過參與探究過程有所體驗和發現，從而達到預期的實驗目標。第十一頁第十二頁，共55頁。多樣性：觀察實驗、驗證假設實驗、定性實驗、定量實驗等多種形式

探究性：在結果、現象未知的情況下通過實驗設計去探索，進而獲得結論，

完整性：實驗教學的“實驗設計”，可以采用生物材料設計實驗，也可以設計模擬性實驗；有條件的學校還可以適當引入多媒體技術進行虛擬實驗。應鼓勵學生參與設計實驗。主體性

：強調學生收集處理、分析總結、觀察和創新等能力的培養

協作性：倡導合作性學習方式。

（四）實驗教學內容的特點第十二頁第十三頁，共55頁。二、高中生物新課程確定實驗內容的依據及動作技能與探究能力的要求第十三頁第十四頁，共55頁。（一）選擇高中生物新課程的實驗內容的依據1、根據新課程的理念和目標課程理念提高生物科學素養面向全體學生倡導探究性學習注重與現實生活的聯系課程目標:

《標準》中提出11項具體要求，其中的許多方面只有通過實驗探究才能實現。第十四頁第十五頁，共55頁。2、根據學生的知識基礎、心理特點和認知規律高一學生已具備一定生物學基礎知識，這些知識以描述生物體的生命現象以及生物與環境的關系為主，他們更希望通過自主學習進一步認識生命的本質，以及生物與環境之間相互作用的實質。他們的思維活動正在完成由形象思維為主向抽象思維為主的過渡。根據學生的知識基礎、心理特點和認知規律，新課程的實驗內容注重動作技能訓練的作用，在完成必要的實驗操作技能訓練的前提下逐步開展驗證性和探究性實驗教學。第十五頁第十六頁，共55頁。3、根據課程內容的性質分子與細胞：觀察和實證的方法，建議以觀察驗證型實驗設計為主，輔以探究實驗設計進行教學遺傳與進化：假說—演繹的方法，建議以探究實驗設計為主，輔以觀察驗證和創新型實驗設計進行教學穩態與環境：系統分析和數學模型的方法，領悟系統分析、建立數學模型等科學方法及其在科學研究中的應用。建議以探究和創新型實驗設計為主進行教學，輔以其它形式進行教學4、根據實驗條件和教師能力水平第十六頁第十七頁，共55頁。（二）高中生物實驗的動作技能要求在中學生物新課程中，動作技能訓練的具體內容集中在實習、觀察和實驗方面，其中主要是生物實驗技能。有關動作技能目標的實驗教學內容，可劃分為動作認知和動作技能兩大類。動作認知是指描述如何進行活動的規則，包括實驗內容、實驗目的、實驗原理、材料用具、藥品試劑、實驗設計、方法步驟、實驗結果、分析結論等認知成分；動作技能是指準確、連貫、協調、自動化的操作性動作。《標準》對動作技能訓練提出的基本要求是：能夠正確地使用一般的實驗器具，掌握采集和處理實驗材料、進行生物學實驗的操作、生物繪圖等技能。其具體內容及教學目標大致如下表：第十七頁第十八頁，共55頁。中學生物課程中動作技能訓練的目標初中年級高中年級⑴明確實驗或觀察的目標和對象⑵知道常用藥品試劑⑶會使用常見生物實驗儀器、工具⑷記住實驗或觀察的方法和步驟⑸熟練使用放大鏡和低倍顯微鏡⑹會做簡單的實驗或觀察記錄⑺會初步分析結果和得到結論⑻栽培實驗用植物⑼制作徒手切片和簡單的裝片⑽識別校園植物、制作蠟葉標本⑾飼養小動物，觀察某些動物行為⑿解剖常見的小型無脊椎動物⒀制作昆蟲標本⒁繪制生物體的輪廓圖⑴明確實驗目標，領會實驗原理⑵熟悉常用儀器、器具⑶稱量藥品、配置常用試劑⑷熟練使用實體鏡和解剖用具⑸熟練使用高倍顯微鏡⑹細胞內幾種有機物質的檢測⑺小動物的生理實驗和觀察⑻制作DNA雙螺旋結構模型和生態瓶⑼遺傳病和生態調查⑽細菌的接種與培養⑾植物組織培養和無土栽培⑿繪制生物圖第十八頁第十九頁，共55頁。（三）發展科學探究能力的具體要求客觀地觀察和描述生物現象；通過觀察或從現實生活中提出與生物學相關的、可以探究的問題；分析問題，闡明與研究該問題相關的知識；確認變量；作出假設和預期；設計可行的實驗方案；實施實驗方案，收集證據；利用數學方法處理、解釋數據；根據證據作出合理判斷；用準確的術語、圖表介紹研究方法和結果，闡明觀點；聽取他人的意見，利用證據和邏輯對自己的結論進行辯護以及作必要的反思和修改。第十九頁第二十頁，共55頁。三、新課程目標下的生物學實驗教學第二十頁第二十一頁，共55頁。(一)觀察驗證型實驗教學設計和建議一般遵循：目的要求：明確做什么？達到什么樣的要求實驗原理：材料用具：教師要善于把實驗儀器及藥品性質、使用原理講清，讓學生明確儀器的原理和藥品的特性，是培養學生使用它們的能力的基礎方法步驟：培養學生善于分析實驗程序

實驗結果觀察與分析：培養學生善于分析實驗現象

討論第二十一頁第二十二頁，共55頁。例：觀察蝗蟲精母細胞減數分裂目的要求：識別減數分裂不同時期染色體的形態、位置和數目實驗原理：材料用具：蝗蟲精母細胞減數分裂固定裝片，顯微鏡方法步驟：識別初級精母細胞、次級精母細胞和精細胞—觀察減數分裂各個時期染色體的形態、位置和數目—繪制減數分裂不同時期染色體圖。實驗結果觀察分析：討論：如何判定和區分減數第一、二次分裂等？

觀察能力、顯微鏡的使用操作能力的培養第二十二頁第二十三頁，共55頁。(二)探究型實驗教學設計和建議提出問題作出假設制訂計劃實驗操作分析結論交流反思控制變量給出操作定義材料設備方案預測第二十三頁第二十四頁，共55頁。１、提出問題，作出假設。實驗探究是從提出一個科學問題開始的。所謂的科學問題，是指能夠通過收信集數據而回答的問題。高中生物學的每個單元課題中，都包含著許多需要通過實驗收集數據并予以解答的問題。作出假設是科學探究的第二步。假設是一種推論或猜想，它是根據已有的知識、收集的證據或者既往經驗，對問題作出的嘗試性解釋。假設的陳述應簡而明，通常采用“如果……，那么……”的句式。假設不是憑空猜想，必須以已有知識、經驗或證據為依據，此外，假設的真實性能夠被檢驗，用以檢驗的依據應來源于收集、分析和解讀的實驗數據。因此，假設中蘊含著可操作性實驗內容。第二十四頁第二十五頁，共55頁。２、制定計劃，預測結果。制定計劃是探究性實驗活動的關鍵環節，包括選擇實驗材料、確定實驗用具、配制藥品試劑、設計實驗方案預測實驗結果等。其中，設計實驗方案是制定計劃的核心，它包括確定實驗組合、列出方法步驟、提出注意事項、構思記載實驗數據的格式等。設計實驗方案時涉及到兩個重要步驟：控制變量和給出可操作定義。變量是指實驗中可以變化的因子，其中人為改變的因子稱為調節變量，一般的實驗中只設置一個調節變量；隨著調節變量而改變的因子稱為因變量，它是為了得到實驗結果而需要觀察的現象或測量的指標。所謂的給出可操作定義，是指一個闡明某變量應該如何測量，或者某個術語應該如何定義的陳述。例如，如何確定植物細胞是否發生質壁分離或復原呢？可操作性定義是，變厚的原生質層似凸形或帽狀包圍在收縮的液泡兩端。在制定實驗方案設計一張記錄表，能幫助你有序地記載觀察或測量結果。設計的實驗方案中，如果涉及到使用易燃、易爆、易碎、有毒、有腐蝕或刺激性的器具和藥品時，要寫出實驗的注意事項。此外，在制定的探究實驗計劃中，還應該闡述預期的實驗結果。預測是對實驗計劃一旦付諸實施時“可能發生什么”作出的推理。第二十五頁第二十六頁，共55頁。3、執行計劃，搜集數據。執行計劃是指完成實驗操作的過程。實驗中得到的觀察和測量結果統稱為數據，通過收集、整理和解讀數據的過程，才能獲得支持或否定假設的證據。觀察獲得的數據通常是指生物體形態、結構、行為和生理現象等，描述和繪圖是搜集這些數據的主要方法。測量獲得的數據通常是度量衡數值，必須用相應的工具依照國際標準計量單位來測量，將測得的精確數據記錄在事先準備的表格中。第二十六頁第二十七頁，共55頁。4、分析數據，得出結論。分析數據是指在實驗操作完成后，對收集的實驗信息進行整理和解讀的過程，通過對數據分析找出研究對象的發展趨勢或不同事物之間的聯系，思考實驗數據提示的事實或規律，確定實驗數據是否支持原先的假設，運用證據和邏輯分析對提出的問題做出答案或解釋，從而得出最后的實驗結論。由此可見，結論就是對實驗研究發現的總結。繪制圖表是整理數據的常用方法。此外，還可以繪制柱形圖、折線圖或扇形圖等。第二十七頁第二十八頁，共55頁。5、交流評價，進行反思。科學探究常常是一種協作性活動，彼此的交流與評價有助于相互啟發和材料共享，自我的反思與修正有助于深入理解科學概念和認識科學活動的性質。交流就是與其他人交換看法、分享信息的過程。交流的內容主要包括：科學探究過程、科學實驗方法、描述觀察結果、展示測量數據、報告研究成果和結論。為了幫助他人理解你所陳述的復雜過程或事物，需要利用圖畫、圖表、計算機圖像等建立一種模型。交流也是一個評價過程，評價內容涉及科學探究程序的方方面面。反思是指能夠傾聽和尊重他人的質疑，承認不同的觀點或解釋，并且在吸納中肯意見的基礎上修正自己的觀點或結論。第二十八頁第二十九頁，共55頁。例：探究植物花粉母細胞減數分裂問題：植物的減數分裂過程是否與動物相同？假設：可能相同或不同實驗設計：設計實驗方案、實驗步驟、實驗方法等實施實驗結果與分析：實驗成敗的原因，表達、交流：實驗結果、實驗的關鍵步驟第二十九頁第三十頁，共55頁。實驗設計的概念實驗設計，就是要求學生設計實驗，選擇實驗器材，安排實驗步驟，設計數據處理的方法及分析實驗的現象。它包括設計實驗方案、設計實驗步驟、設計實驗改進方法等。

第三十頁第三十一頁，共55頁。實驗設計的“三要素”實驗對象：實驗所用的材料即為實驗對象。實驗對象選擇的合適與否直接關系到實驗實施的難度，以及別人對實驗新穎性和創新性的評價。一個完整的實驗設計中所需實驗材料的總數稱為樣本含量。最好根據特定的設計類型估計出較合適的樣本含量。實驗因素：所有影響實驗結果的條件都稱為影響因素實驗效應：實驗因素取不同水平時在實驗單位上所產生的反應稱為實驗效應。第三十一頁第三十二頁，共55頁。實驗設計的“六原則”

對照原則：主要包括空白對照組和非處理因素的實驗對照組；隨機原則：盡量運用統計學知識來設計自己的實驗，減少外在因素和人為因素的干擾。重復原則：在相同實驗條件下必須做多次獨立重復實驗。一般認為重復5次以上的實驗才具有較高的可信度。最經濟原則平衡原則彈性原則第三十二頁第三十三頁，共55頁。(三)創新型實驗教學設計和建議探索創新能力的主要因素是觀察力、想象力、動手操作能力和創造力。完全開放式自主設計實驗由學生獨立完成以下過程：提出問題

作出假設

制定計劃

實施計劃

得出結論

表達、交流

第三十三頁第三十四頁，共55頁。例：探究植物花粉母細胞減數分裂學生作為主體完成：問題：植物的減數分裂過程是否與動物相同？假設：可能相同或不同實驗設計：設計實驗方案、實驗步驟、實驗方法等實施實驗結果與分析：實驗成敗的原因，表達、交流：實驗結果、實驗的關鍵步驟第三十四頁第三十五頁，共55頁。影響實驗結果的主要因素

取材分析：花藥的大小藥品與試劑分析：固定液的配制、染液的配制、藥品的純度等步驟及操作分析：漏做某個實驗步驟，操作方法錯誤，操作不嚴格

顯微鏡的使用分析：

第三十五頁第三十六頁，共55頁。例：植物花粉母細胞染色體制片實驗材料：蠶豆、大蔥、玉米等實驗步驟：固定好的花蕾→→取材(剝出花藥)→輕壓→染色6-7min→加蓋玻片→壓片→輕敲→觀察。

涉及到的幾個重要步驟：取材、固定、壓片和染色、鏡檢第三十六頁第三十七頁，共55頁。植物花粉母細胞染色體制片難點和重點

1）花藥的剝離2）壓片的輕重第三十七頁第三十八頁，共55頁。植物花粉母細胞染色體制片注意事項

1）取大中小三種不同的花進行制片，以保證得到減數分裂各個時期的分裂相。2）花粉母細胞大而圓，壁薄，注意與花藥壁細胞區分。3)壓片前先敲，可使細胞分散開；4)防止出氣泡。

第三十八頁第三十九頁，共55頁。百合的減數分裂前期的五個時期：第三十九頁第四十頁，共55頁。（四）研究幾道高考題

2001上海第39題（l3分）據藥理研究，一種茅草的根內含有降血糖的因子及多種有益于健康的成分，某公司將它開發成一種保健飲料。該產品是否適用于糖尿病患者，生物學興趣小組的同學以此作為研究課題。請你完成下面的實驗鑒定報告。（1）實驗目的：鑒定一種茅草的根是否含有還原性糖和淀粉。（2）實驗原理：還原性糖可用

試劑、淀粉可用_____試劑來檢測。（3）實驗器材：一種茅草的根、所需試劑、刀片、載玻片、酒精燈、試管夾、火柴、滴管。（4）實驗步驟：①鑒定還原性糖：____②鑒定淀粉：____（5）實驗現象：____________（6）結果分析：_____________（7）在鑒定還原性糖的實驗操作中應注意：______________第四十頁第四十一頁，共55頁。

2003上海42題（11分）在普通飼料中加入添加劑可以加速家禽和家畜的生長和增重。某飼料公司新近開發出兩種新穎飼料添加劑1號和2號，委托某生物學小組試驗這兩種飼料的效果。請你為該小組設計一試驗方案，方案中應包括：⑴試驗具體步驟；⑵用直角坐標圖直觀地表示和比較試驗結果；⑶試驗要求在5周內結束。實驗室有一批體重15g左右的小白鼠，可按需選用作為試驗動物。（四）研究幾道高考題第四十一頁第四十二頁，共55頁。2004上海42題（13分）大麥種子結構如圖1（a）發芽時，胚產生赤霉素。有人推測赤霉素擴散到糊粉層，誘導合成淀粉酶，淀粉酶再分泌到胚乳中，使儲藏的淀粉分解，為胚生長發育提供物質和能量。有同學對此開展課題研究，假設你是其中一員，請根據課題研究要求，回答有關問題：課題一：赤霉素能否誘導淀粉酶合成。假設：赤霉素能誘導淀粉酶合成實驗：供先材料——表面消毒的干燥大麥種子若干粒，將種子橫切成兩部分（X部分無胚，Y部分有胚），如圖1（b）所示。供選試劑——①蒸餾水②適當濃度的赤霉素溶液（四）研究幾道高考題第四十二頁第四十三頁，共55頁。方法——請在下表空格內填入適當的材料．試劑和用于定量測定的物質名稱使用材料加入試劑測定物名稱實驗組對照組結果：若假設成立，實驗組和對照組的結果將如圖2中的_______和________。（四）研究幾道高考題第四十三頁第四十四頁，共55頁。課題二：赤霉素誘導淀粉酶合成機粒是否與基因表達有關假設：赤霉素誘導淀粉酶合成與基因表達有關。實驗：材料——同課題一試劑——①適當濃度的赤霉素溶液②放線菌素D（mRNA合成抑制劑）③亞銨環已酮（蛋白質合成抑制劑）。方法——設置三組，每組所有材料和加入試劑同課題一的實驗組，定量測定生成物。16小時后,其中兩組分別和人亞銨環已酬和放線菌素D,另一組作為對。結果：三組實驗結果匯總于圖3

（四）研究幾道高考題第四十四頁第四十五頁，共55頁。討論：①曲線b和c分別表示加入________和______后生成物量的變化。②加入放線菌素D，最終和加入亞胺環已酮一樣，都能抑制生成物形成，說明在種子萌發時的淀粉酶合成過程中，赤霉素的作用是影響基因表達的________過程。③曲線b和c不同的原因是________。（四）研究幾道高考題第四十五頁第四十六頁，共55頁。2005上海40題（12分）蘿卜貯藏根組織細胞中是否存在蛋白質和DNA？某生物小組對此進行研究，他們從網上查閱資料得知：①蛋白質在10%NaCl溶液中可沉淀析出；②在蛋白質溶液中，加入雙縮脲試劑，溶液呈現特有的顏色；③DNA溶于10%NaCl溶液但在95%酒精中呈白色絮狀沉淀，析出。實驗材料：白蘿卜。實驗用具：粉碎機、燒杯、漏斗、試管、濾紙、玻棒、鑷子、載玻片、天平、紗布。藥品及試劑：蒸餾水、NaCl、95%酒精、甲基綠染液、雙縮脲試劑、蛋白質標準樣品。請你根據所提供的條件參與實驗設計并完成實驗。一、材料處理：__________________________________________二、提取：______________________________________________三、鑒定及結果：________________________________________四、討論：1．蛋白質在蘿卜貯藏根組織細胞中所起的作用是_____________2．DNA主要來自蘿卜貯藏根組織細胞的______________________

（四）研究幾道高考題第四十六頁第四十七頁，共55頁。2004江蘇42題（11分）環境污染對植物的生長發育有不同程度的影響。在一定程度上，植物在污染環境中也有繼續保持正常生命活動的特性，這種特性稱為抗性。研究植物的抗性對篩選具有凈化環境的植物種類和保護環境有積極意義。（1）一項研究表明，植物對SO2的抗性與葉片上氣孔密度和氣孔大小等有關。所得數據如下表被測植物平均受害面積（％）氣孔氣孔密度（個／mm2）每個氣孔面積（mm2）甲植物13.5218272乙植物33.4162426丙植物57.7136556（四）研究幾道高考題第四十七頁第四十八頁，共55頁。①該研究說明，植物對SO2的抗性與氣孔的密度呈________關系，和每個氣孔的面積呈____________關系。②在SO2污染嚴重的地區，最好選擇表中________植物為行道樹種。2）工業生產中產生的SO2是酸雨（pH＜5.6）形成的主要原因之一。有人設計實驗研究酸雨對植物的毒害作用。實驗過程如下圖所示（除圖中特別說明的外，其他條件甲、乙均相同）：

（四）研究幾道高考題