初中生物模擬實驗的設計與實踐

2021-09-18 07:08:51 字數 5105 閱讀 4540

對於在教學一線工作的老師們,可能會有一部分老師對於今天我們要共同**的「模擬實驗」都存在著一定的誤區,對於教材**現的相關模擬實驗認識都不是很深,在日常的教學活動中相對於觀察實驗、**實驗等並不重視,常常為了趕進度忽略它的存在,覺得耽誤課堂時間,又不太好管理課堂,不就是讓學生動手做手工?或者一起做遊戲一樣。對學知識沒有什麼大的幫助。

在日常的教學積累中,我也是對初中教材中的模擬實驗進行過嘗試、改進和逐步探索的過程,今天在這和大家一塊來學習,分享我在教學中積累的一點點小經驗或者說是小收穫吧!也希望在座的老師們也把自己在教學中獲得的想法和創新跟大家一起分享一下,相互交流,共同進步。

我校的課題研究的課題是我們生物教研組針對我們的學科特徵,確立的子課題是所以在初中生物的各類實驗組內老師都在不斷地進行探索和研究,不管是**實驗還是觀察實驗,以至於被老師們經常忽略了的模擬實驗,對於初中階段學生的生物素養以及知識的提高都有著不同的價值和意義。

初中生物模擬實驗的研究與教學策略

全日制義務教育新《生物課程標準》中明確提出課程理念是:面向全體學生著眼於學生的全面發展和終身發展的需要;提高生物科學素養;倡導**性學習,力圖改變學生的學習方式,引導學生主動參與、樂於**、勤於動手,逐步培養學生收集和處理科學資訊的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力,以及交流與合作的能力等,突出創新精神和實踐能力的培養。這一理念的提出,為模擬實驗開發與實施創造了良好的條件和氛圍。

因此,在義務教育階段對學生實施模擬實驗教學不僅僅能讓學生學習實驗的方法和過程,更重要的是通過實驗進一步培養學生探索與發現的能力,最終使初中學生的科學素養得到進一步的提高。

中學生物課程中模擬實驗的運用, 是生物學課程改革的乙個大膽嘗試, 也是轉變繼承性教學思想, 樹立創造性教育觀念, 培養具有系統思維, 實踐能力和創新精神的複合型人才的一項有力措施。這項措施必將推動初中、高中生命科學教學改革, 有力地促進青少年科技活動的深入開展。將課本中難以理解的內容以及不可能做的實驗, 設計成構造模型或者模擬實驗, 將抽象的知識形象化, 讓學生動手操作, 感悟、體驗生物結構和生命運動歷程。

一、模擬實驗的定義及特點:

1、模擬實驗是根據相似性原理通過模擬的方法製成研究物件的模型,用模型來代替被研究物件,模擬研究物件的實際情況來進行實驗的研究活動。人教版教材《生物學》八年級上冊是這樣解釋的「在難以直接拿研究物件做實驗時,有時用模型來做實驗,即模仿實驗物件製作模型,或者模仿實驗的某些條件進行實驗,這樣的實驗叫做模擬實驗。模擬實驗也是科學研究中常用的一種方法」。

從教育的本質上來說,模擬實驗就是利用這些「模擬」的,或者說與研究物件具有某種「相似性」的實驗材料,通過開展學生實驗的手段,讓學生來學習的方法。

2、模擬實驗的基本特點

(1)直觀性:與直接實驗一樣,模擬實驗具有生動直觀的特點。模擬實驗還可以將許多抽象的概念、原理轉化成直觀的現象進行模擬,使人們便於理解和接受。

(2)經濟性:模擬實驗所使用的模型是原型事物的替代物,我們要求它在某些方面與原型具有相似性,在多數情形下,對它的線度、強度、製作精度以及結構的複雜程度等方面都可以降低要求,使之降低造價。尤其是對於教學,我們身邊的許許多多的瓶瓶罐罐,都可以在模擬實驗中派上用場。

(3)易控性:控制是實驗的靈魂,模擬實驗含有更多的人為因素,受到自然條件的限制相對較少,因此也就更容易被實驗者控制,使實驗沿著實驗者所設計的方向進行。

(4)廣泛性:模擬實驗是一種間接的模擬性實驗,無論是巨集觀天體還是微觀粒子,無論是漫長的過程還是短暫的瞬間,都可以轉化成模型進行研究。所以具有十分廣泛的應用領域。

3.模擬實驗與真實實驗的關係

模擬實驗不同於真實實驗,真實實驗過程中能學到實驗方法和實驗技術,訓練實驗技能,而在模擬實驗的過程中思維活動是必不可少的,這是由模擬實驗過程本身的特點決定的,它主要體現在以下三個方面:在實驗的準備階段,選擇和建立關於研究物件的物質模型是重要的一步,原型確定之後,要依據原型的特點,按照相似性原理並運用模擬推理,選擇或建造與原型有結構上相似或功能上相似的事物作為實驗模型,選擇和構建相似模型是模擬實驗的乙個極為重要的環節,因為模型與原型之間相似程度越高,則將模型的性質類推到原型上的可靠性就越大;在實驗進行階段,要將模型置於與原型相似的條件下進行,只有這樣,才能使從模型上獲得的資訊能可靠而有效地類推到原型上去;在實驗結果處理階段,要將模型實驗的結果外推到實驗中去。

因為,如果在用原型客體直接實驗不經濟、不可能、不適宜或效果不好時,這時模擬實驗的優勢就突顯出來了。它可使事過境遷或稍縱即逝的自然現象或過程在實驗室重現,可將現象簡化或進行時空的放大、縮小,可對那些既不能開啟,又不能從外部直接觀察其內部狀態的系統進行研究。如模擬膈肌的變化,就很直觀,讓學生增加感性認識,因此,模式實驗與真實實驗的關係是相互補充,不可相互替代的。

從教育的本質上來說,模擬實驗就是利用這些「模擬」的或者說與研究物件具有某種「相似性」的實驗材料,通過開展學生實驗的手段,讓學生來學習模型方法。所謂「模型方法」是以研究模型來揭示實驗,其目的就是要學生通過模型———物件的類似物來認識物件;從實驗形式上看,模擬實驗似乎不是「實驗」,它的操作過程是讓學生做遊戲或者作手工勞動而已

二.模擬實驗教學的設計與實踐

模擬實驗是一種全新的學生實驗。此法應用於生物教學,可使事過境遷或稍縱即逝的自然現象或過程在實驗室重現,可將現象簡化或進行時空的放大、縮小,可對那些既不能開啟,又不能從外部直接觀察其內部狀態的系統進行研究。特別是解決那些尚無簡單有效的儀器可演示的實驗,模擬法則成了一種重要的輔助手段[6]。

如七年級學生對於細胞的認識,細胞很小,通過顯微鏡的觀察認識到細胞的形態以後,再通過自己製作植物細胞和動物細胞模型,比如液泡的形態應該是什麼樣的,大小如何,葉綠體用什麼來製作(展示**),

模擬試驗是根據相似性原理通過模擬的方法製成研究物件的模型, 用模型來代替被研究物件, 模擬研究物件的實際情況, 來進行實驗研究。由於生物學中很多研究物件直接用來實驗很困難或者不可能, 因而模擬實驗成為生物學中乙個重要的方法。根據實驗結果的屬性及實驗過程的感受, 通常也將模擬實驗分為現象模擬實驗、過程模擬實驗、**模擬實驗和**模擬實驗。

在教學實施過程中,我系統歸納了初中生物課程可進行模擬實驗教學的滲透點,以小組合作學習為主要形式,在生物課堂開展模擬實驗教學,設計了模擬生男生女的奧秘、**酸雨對生物的影響、模擬保護色的形成過程等多個典型的模擬實驗教學案例。

三.模擬實驗在生物教學中的教育價值

1.破除學生對科學實驗的神秘感

模擬實驗說明了生物學實驗除了可以用生物材料來做,也可以用非生物材料來做,可以因陋就簡、就地取材進行科學實驗,這對於學生實驗設計時的發散思維的培養,將大有益處。學生將由此進一步認識到,科學研究工作和科學實驗並不神秘,並非高不可攀,通過自己找尋材料,自製儀器裝置,拓寬思路,自行設計實驗,就能夠達到探索科學真理的目的。例如:

《生物學》八年級下冊第二章第四節「人的性別遺傳」一課,課後練習中有這樣的一道題「有些人認為:生男還是生女的責任全在女性。你認為這種想法科學嗎?

為什麼?」在現實生活中,學生不可能親眼看到精子和卵子的結合過程,那怎樣讓學生理解精子的性染色體的兩種型別,含x染色體的和含y染色體的,它們與卵細胞結合的機會均等呢?結合對教材的研究與理解,我引導學生設計「**生男生女機會均等」的模擬實驗。

我用圍棋(非生物材料)來代替生殖細胞來開展實驗,①把全班學生按照自主學習小組分成8組進行實驗。②乙個同學從裝有「精子」的容器中隨機摸出一粒「精子」,另乙個同學從裝有「卵子」的容器內摸出一粒「卵子」,放在一起代表受精卵內含有性染色體的種類(或男或女),並把結果記錄下來。③每組重複20次操作,統計本組實驗結果**現黑白棋子代表的男女的比例。

學生經過模擬**精子和卵子結合來**男女性別的問題,簡單的模擬給學生留下了深刻的印象,了解到如果在人為因素不干擾的情況下,自然界男女性別比例是接近1:1的,收到了很好的教學效果。

1.2能重現時過境遷的自然現象

模擬實驗能將自然現象進行放大或縮小等優點。在科學實驗中,應該說,有時只能模擬,不能「實戰」。特別是科學研究課題,由於自然歷史條件的變遷,只有經過模擬,才有可能進行研究。

例如,人教版8年級(下)生物第七單元第3章「生物的進化」——模擬保護色的形成過程。眾所周知,生物進化是乙個漫長的過程,它需要經過幾百萬年甚至是上億年的演變。即使在人為因素的影響下,有些進化現象在比較短的時間就發生了明顯的變化。

如發生在英國曼徹斯特的樺尺蛾體色變化與環境有關的例子也需要上百年的考察。為了讓學生在較短的時間內了解保護色的形成過程。在教學過程中,我們可用「紙片、泥球」模擬獵物,「彩色的布料、泥土堆」模擬環境,小組成員模擬捕獵者的方式進行模擬保護色的形成過程的**活動。

讓學生從感性上認識生物進化的過程和原因,掌握生物研究的一種方法。在整節課的教學過程,我恰到好和處地把握住主導作用,激發學生的學習興趣,使學生積極參與**實驗活動,科學地分析實驗結果,主動獲取知識。並對於教材上提供的實驗材料嘗試做出相應的改進,目的是讓對照組和實驗組的同學比較用不同的實驗材料來探索到底哪個實驗效果更佳。

1.3寓教於樂,激發學生興趣,促進學生自主學習

俗話說「興趣是最好的老師」。模擬實驗具有寓生物學知識學習、**於遊戲之中的性質。這樣的實驗,既體現了生物學知識的科學性,又符合學生的認知發展規律,是一種促進學生身心健康發展的好形式。

因此,能夠大大地激發學生學習生命科學的興趣,使學生學習的積極性、主動性得以提高。

2.模擬實驗的定位

模擬實驗是一種間接的實驗,它是直接實驗的一種補充。通常情況下,我們偏愛直接實驗,只有在用原型客體直接實驗不經濟、不可能、不適宜或效果不好時,才考慮用模擬實驗。此外,模擬實驗是對研究物件的一種模擬,實驗的結果要反推回到研究的事物上,在反推的過程中,要進行合理地轉化處理,而不能機械搬用,否則會弄巧反拙。

2.1模擬實驗科學性的把握

模擬實驗有其積極的一面,如由於受地域或季節條件限制而無法獲取實驗材料進行實驗時,或者對於某些實驗現象不明顯時使用模擬實驗確實有其積極的一面。但是作為老師在課堂上對於模擬實驗的把握是很重要的。曾經我在上人教版《生物學》七年級下冊第四單元第七章「模擬酸雨對生物的影響」,我們主要模擬的是酸雨的ph值,在實驗室我們是用食醋混合清水把ph值控制在小於4的範疇內,食醋的成分是ch3cooh;模擬酸雨實驗中包含的反應過程較簡單,而實際的反應過程遠比模擬實驗中的複雜,是排放到空氣的廢氣中含so2、no經過氧化、與水反應後的產物溶於水的結果。

酸雨中通常含有h2so3、h2so4、hno3。還有一點較大的區別就是所用水的ph值,由於普通雨水中溶了一部分的二氧化碳,呈弱酸性;而實驗室用的是蒸餾水。結果上可能會有一定的不同。

一般來說模型與實驗物件的相似程度越高,實驗的效果越好。

生物學實驗中現象不明顯或不宜操作等問題是實驗發展的主要障礙, 對於這些實驗在傳統的教學中一般只作介紹, 至多不過看看錄影, 根本不能滿足學生的好奇心和求知慾。如果這些實驗能在實驗室加以模擬, 則不僅可激發學生探求生物奧秘的濃厚興趣, 還可加深對有關知識的理解。

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說明 標 用到大量的輔助裝置,藥品。標 課內與課外的結合,一些實驗過程 調查活動放在課外。2 2綠葉在光下製造澱粉,教師課下完成選材 黑暗處理 24h 選葉部分遮蓋 光照 幾小時 其餘步驟有學生分組實驗。酒精浸泡 水浴加熱 清水漂洗 滴加碘夜 沖洗碘液 觀察變化。活動 2 1調查校園內的種子植物 4...

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