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例谈初中生物探究性实验的综合复习

时间:2022-12-07 19:30:08 来源:网友投稿

zoޛ)j馟iky学习”理念是一脉相承的。在初中生物四册教材中编排有20多个探究实验,这充分体现了培养学生勇于探究的科学精神在生物课程中的核心地位。在二年生物课程结束时,为评价学生是否达到新课标提出的三维课程目标,全市安排有一次会考。鉴于探究性实验是必考内容,所以笔者在会考复习阶段设计并开设了《探究性实验的综合复习》课,旨在进一步提升学生的生物科学探究能力,在探索会考专题复习有效教学模式的同时,也为以后的生物新课程教学积累经验。

1.教材与学情分析

学生进入初中后首次接触的一个完整的科学探究活动就是“尝试探究水温的变化对金鱼呼吸的影响”。虽然学生在二年学习中经常有一些探究性学习活动,但因教学课时的限制和训练侧重点的不同,常常在探究步骤上会作些简化和改革,所以很多是属于非典型性探究性学习活动。针对大部分学生在制订实验计划环节仍有许多困惑,所以在会考复习紧扣教材理念的指导下,仍从首次接触的探究实验着手,安排一次探究性实验的综合复习课。

2.复习课目标

2.1知识目标

巩固生物科学探究一般步骤的知识;增强对生物与环境辩证关系的认识。

2.2能力目标

进一步发展学生的科学探究能力。侧重于①识别实验变量;②区分实验组和对照组;③设计简单对照实验的能力。

2.3情感态度与价值观目标

鼓励学生勇于探索生命的奥秘,培养实事求是的科学态度、百折不挠的探索精神和敢于创新的意识。

3.教学思路

受《中国学生发展核心素养》的启发,结合学生实际情况,综合复习课主攻制订计划这个重难点。具体措施是引入和理清三类变量的关系图(见图1),形成制订计划的方法模型,并利用此模型设计简单的对照实验、实施计划、得出结论、分享交流。

4.实验器材

澄清石灰水、BTB溶液、四支试管、两根吸管、稀碘液、玉米粒纵切。

5.复习课的过程与方法

导入:相信同学们对升入初中后的第一个生物科学探究活动还记忆犹新。谁来说说是什么内容?生答:尝试探究水温的变化对金鱼呼吸的影响。很好!还记得你们合作学习小组设计的实验计划吗?生答:不清楚了。这不怪大家,毕竟时间长了。但我们能这样带着困惑结束初中的生物学习吗?生答:不能。所以今天我们一起对这个探究实验进行综合复习,相信我们会有新的发现和收获。

5.1突破知识目标

典型的生物探究实验包括哪些步骤?在互动对话中引导学生回忆探究性实验的6个基本步骤。同时依据科学精神核心素养的最新要求,根据新课标强调的探究性学习不是学习活动的全部,笔者举例说明了生物探究活动中的非典型性模式,以引导学生进行个性化的探究活动。但本课的重点我们仍放在探究性实验的典型模式上。笔者设计了以下两个问题情境启发学生思考:①当实验结果与预期相同时就可放心得出结论吗?(否,应重复多次使实验避免偶然性,以符合平行重复原则,我们分组进行同一实验,最后交流共享就是进行了平行重复。)②当实验结果与预期不同时应怎么处理?(应尊重事实,尝试分析出现问题的可能性,重新审视前四个步骤,修改后再实验,以符合实事求是的科学性原则。)

5.2突破能力目标

5.2.1提出问题

首先引导学生识别实验变量。实验变量是指实验中由实验者根据实验目的所研究操纵的因素或条件。从“探究水温的变化对金鱼呼吸的影响”这个实验名称中你能识别什么是实验变量吗?答案是水温,即要“探究什么”,则“什么”就是实验变量。接着结合学案习题进行巩固拓展:①为探究光对鼠妇生活的影响……,实验变量是( );②……作出假设:种子的萌发需要水。实验变量是( );③……得出结论:酸雨对植物的生长有影响。实验变量是( );④学习了非生物因素对生物的影响后,某组同学选择鼠妇作为实验材料开展研究,步骤如下:……瓷盘一侧用不透光的塑料板盖上,另一侧用透明的塑料板盖上……实验变量是( )。最后引导学生总结出,实验变量可从探究实验的各个步骤中分析得出。

再转入提出问题。既然实验变量是水温,那么如何检测不同水温对金鱼呼吸的影响呢?用每分钟的呼吸即“呼吸频率”来检测,外形可观察每分钟鳃盖开闭的次数。我们把实验中由于实验变量而引起的变化和结果称为反应变量。你能尝试提出问题吗?鉴于学生提出的问题往往缺乏指向性,所以教师要引导学生提出具体明确的问题。具体可根据实验变量与反应变量的关系提出三个方向的问题。

①正相关:(实验变量)能促进(反应变量)吗?水温升高会使金鱼呼吸频率增加吗?

②负相关:(实验变量)能抑制(反应变量)吗?水温升高会使金鱼呼吸频率减少吗?

③无关:(实验变量)与(反应变量)无关吗?水温变化与金鱼呼吸频率无关吗?

5.2.2作出假设

引导学生总结出,只要将疑问句式改为陈述句式即可作出假设。

①正相关:实验变量能促进反应变量。水温升高会使金鱼呼吸频率增加。

②负相关:实验变量能抑制反应变量。水温升高会使金鱼呼吸频率减少。

③无关:实验变量与反应变量无关。水温变化与金鱼呼吸频率无关。

5.2.3制订计划

(1)建构制订计划的方法模型。复习中教师一定要强调教材中的实验方案不是唯一的方案,每个学生都可迁移知识通过理性思考制订出自己个性化的、逻辑清晰的实验计划,这才是自己终身发展所必须的能力,也是脱离教材后在会考中取得好成绩的必备能力。以下是笔者和学生一起建构制订计划的方法模型中的具体思路。

先明确三类变量的相互关系。实验变量(水温)和反应变量(呼吸频率)间有因果关系。通常实验变量是原因,反应变量是结果。实验者希望操纵实验变量发生改变,然后检测反应变量,以用来解释这种前因后果关系。在该例中,金鱼会受到生物和非生物两类因素的影响。鼓励学生发散思维归纳出影响金鱼呼吸频率的其他因素,如水的来源、体积,光照、时间、外界声音,鱼的品种、体型、健康状况,烧杯的规格、清洁程度,人的声音、动作等。但这些都不是本次实验要探究的。我们把实验中除实验变量以外的影响实验变化和结果的因素或条件称为无关变量。生物探究实验要千方百计控制无关变量,突出实验变量,创设“没有干扰”的实验环境。复习中教师要为学生进行实验设计提供方法和策略的有效指导,以提高学生思维的流畅性和逻辑性。具体应指导学生如何操纵好实验变量,如何运用正确的方法检测反应变量,同时如何控制好无关变量,排除干扰。笔者构建的用于指导学生制订实验计划的方法模型可参考图1。图左侧是探究实验的步骤,中间是三类变量,右侧是制订计划的内容。

(2)区分实验组和对照组。过渡:制订计划的逻辑思路清晰了,接下来就要解决如何操纵实验变量。一般有两种方法:①如果该实验变量是自然状态下有的,则用“减法”处理;②如果该实验变量自然状态下没有,则用“加法”处理。在具体应用时还应考虑“加”或“减”的梯度,以更好地展示变化的趋势。据此可把实验对象分成实验组和对照组,不施加实验变量的自然状态下生活的小组称为对照组,接受实验变量处理的小组称为实验组。在该探究实验中,常温下生活的金鱼为对照组,温度升高或降低5℃下生活的金鱼就是实验组。最后结合学案习题,强化练习区分实验组和对照组。

(3)根据方法模型设计实验。首先,设计简单的对照实验。该环节要求学生根据学案上的3个探究主题,选择1个主题和相应器材,设计简单的对照实验:①探究二氧化碳对澄清石灰水的影响;②探究二氧化碳对BTB溶液的影响;③探究玉米粒内部淀粉的位置。学生按方法模型,表达操纵实验变量、检测反应变量、控制无关变量。

其次,学生表达自己设计的对照实验。

①中实验变量是二氧化碳,反应变量是澄清石灰水的变色情况。取两洁净试管装入相同来源浓度体积的澄清石灰水,对照组不做任何处理,实验组用吸管吹入呼出的气体,观察比较两试管内石灰水的颜色。

②中实验变量是二氧化碳,反应变量是蓝色BTB溶液的变色情况。两个洁净试管装入相同来源浓度体积的蓝色的BTB溶液,对照组不做任何处理,用吸管向实验组内吹入呼出的气体,比较观察两个试管内蓝色的BTB溶液的颜色。

③中实验变量是淀粉,反应变量是玉米粒纵切面的变色情况。取3个玉米粒纵切,在其纵切面滴上稀碘液,过一段时间后观察玉米纵切面的变色情况。

结果大多学生可识别出实验变量和反应变量,并设计简单的对照实验,但又出现一个明显的问题:许多学生忽略了平行重复原则,没有设计重复实验。提示学生们除可在自己小组内进行重复实验外,也可把全班6个组的实验作为重复实验,以避免偶然性,排除无关变量的干扰。

5.2.4实施计划

学生根据自己的设计实施计划,观察实验现象。除可利用表格记录数据外,还可利用坐标曲线统计,以使自己的数据表达一目了然。

5.2.5得出结论

学生根据观察到的实验现象得出结论。如果是测量的数据,则要算出平均值后再得出结论。

①中对照组石灰水仍然澄清,实验组石灰水变白色浑浊。结论:二氧化碳会使澄清石灰水变白色浑浊。②中对照组BTB溶液仍然蓝色,实验组BTB溶液由蓝色变黄绿色。结论:二氧化碳会使BTB溶液由蓝色变黄绿色。③中玉米纵剖面含淀粉的胚乳变蓝黑色,不含淀粉的呈现稀碘液的淡棕色。结论:玉米粒纵切面变蓝黑色的一部分含有淀粉。

5.2.6交流表达

这部分内容已贯串在探究实验的复习过程中,复习课不再另行组织。

5.3实现情感态度与价值观目标

根据寓教育于教学中的原则,该目标的实现拟融入师生互动对话过程中。整个复习进程都是在平等、民主、互动、和谐的氛围中进行,教师以自己对课堂生成资源的智慧利用启发学生通过理性思考,发现探究实验学习的一般规律。

6.复习课的教学反思

本课的创新处在于:①针对生物探究实验开设综合复习课。②清晰分辨三类变量。③建构制订计划的方法模型。综合复习教学应充分展示逻辑思维过程,引导学生在个案分析中总结规律,在解答学案习题中巩固复习内容,在新旧知识的比较迁移中提升能力。从“双基”到三维目标,再到核心素养发展,这体现了教书育人的三个不同阶段,即从1.0版到2.0版再到3.0版。复习课并不是简单的回顾和重复,也不是以单纯的做习题来应对会考,而是核心素养的提升和教师教学智慧的发展。初中毕业后,学生也许会淡忘玉米粒纵切面具体哪个部位含有淀粉,但只要他能运用学到的方法进行鉴别,这就是我们要给学生留下的能伴随他们一生的素养。

【参考文献】

【1】教育部.义务教育生物学课程标准【S】.北京:北京师范大学出版社,2011

【2】史家幸.控制变量法在生物实验设计中的应用【J】.中学生物学,2005(4)

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