生物实验教学思考上课讲义

1、生物实验教学思考生物实验教学思考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。 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、

2、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物吸收的NH3，以尿素作氮源培养的微生物是一类群。，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？）（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 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

3、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？ 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

4、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 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

5、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实验组与对照组组 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？T1T2T3k1k2k3k4k1k2k3k4k1k2k3k4a1a2a3a

6、4a5a6a7a8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、超净条件模拟类：人工气候室、光照培养箱、无菌室、超净工作台工作台 预处理类：切片机、离心机、摇床预处理类：切片机、离心机、摇床

7、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操作不规范，要检查最有可能导致实验误差过过 大的操作大的操作纠正错误：重新设计纠正错误：重新设

8、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 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

9、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

10、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和和。 “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：通过某种限制因子控制有害生物的种群数量的增加。子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

11、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。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

12、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。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观点新的观点新的理论新的理论 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

13、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 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？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）统计分析统计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

14、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。 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。 实验可应用于实际生产吗？实验可应用于实际生产吗？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

15、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高考所反映的：高考所反映的： 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。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

16、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

17、，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

18、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）、呼吸频率（鳃盖开合次数次数/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

19、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实验误差的误差的控制。控制。 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、实践能力