高一生物通過科學史的學習教會學生實驗答題要點

高一生物通過科學史的學習教會學生實驗答題要點海南華僑中學生物科組 黃春桃一、研究目的和意義:高中生物新課程的基本理念之一是倡導探究式學習，因為生物科學作為由眾多生物學事實和理論組成的知識體系，是在人們不斷探究的過程中逐步發(fā)展起來的。探究也是學生認識生命世界、學習生物課程的有效方法之一。通過探究性學習，力圖促進學生學習方式的變革，引導學生主動參與探究過程、勤于動手和動腦，逐步培養(yǎng)學生搜集和處理科學信息的能力、獲取新知識的能力、批判性思維的能力、分析和解決問題的能力，以及交流與合作的能力等，重在培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力。課程目標及高考考綱對學生能力的要求之一為發(fā)展科學探究能力，初步學會：（1） 客觀地觀察和描述生物現(xiàn)象；（2） 通過觀察或從現(xiàn)實生活中提出與生物學相關(guān)的、可以探究的問題；（3） 分析問題，闡明與研究該問題相關(guān)的知識；（4） 確認變量；（5） 作出假設(shè)和預期；（6） 設(shè)計可行的實驗方案；（7） 實施實驗方案，收集證據(jù)（8） 利用數(shù)學方式處理、解釋數(shù)據(jù)；（9） 根據(jù)證據(jù)作出合理判斷；（10） 用準確的術(shù)語、圖表介紹研究方法和結(jié)果，闡明觀點；（11） 聽取他人的意見，利用證據(jù)和邏輯對自己的結(jié)論進行辯護以及作必要的反思和修改高考試題是圍繞實驗的七個步驟設(shè)置試題：（1） 提出問題；（2）作出假設(shè)和預期；（3）設(shè)計實驗；（4）實施實驗；（5）觀察記錄；（6）分析得出結(jié)論；（7）表達交流僑中高一第二學期在教材的學習中將要涉及光合作用、遺傳基本規(guī)律、DNA是主要遺傳物質(zhì)三大科學發(fā)現(xiàn)史的學習，教材通過一系列經(jīng)典實驗把科學發(fā)現(xiàn)史串起來。經(jīng)典實驗是科學家精心思考、巧妙設(shè)計、反復實踐，經(jīng)后人多次重復證明是正確的一些最具代表性的實驗。通過剖析經(jīng)典實驗，在理解實驗設(shè)計思想的基礎(chǔ)上，對實驗材料的選取、實驗條件的控制、對照實驗的設(shè)置、實驗結(jié)果的分析等深入剖析，有助于建立科學實驗的思維方法，感情悟科學家不懈的追求精神和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度。這些內(nèi)容的學習承載著課程標準及高考考綱對實驗能力的要求，是高考實驗命題的重要素材來源。因此有必要也適合對高一生物通過科學史的學習教會學生實驗答題要點這一課題展開研究?，F(xiàn)以光合作用探究歷程的學習，嘗試總結(jié)教會學生實驗答題的要點。2、 研究過程：光合作用的探究歷程教材內(nèi)容：人們一直以為只有土壤中的水分是植物建造自身的原料，而沒有考慮到植物能否從空氣中得到什么。二幅圖展示英國科學家普利斯特利的實驗。實驗結(jié)論：植物可以更新因蠟燭燃燒或小白鼠呼吸而變得污濁的空氣。實驗評價：沒有發(fā)現(xiàn)光在植物更新空氣中的荷蘭科學家英格豪斯更新空氣的實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：普利斯特利的實驗只有在陽光下才能成功光能哪里去了？梅耶根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律明確指出，植物在進行光合作用時，把光能轉(zhuǎn)換成化學能儲存起來。植物在吸收水分和二氧化碳、釋放氧氣的過程中，還產(chǎn)生了什么物質(zhì)？薩克斯的實驗：綠色植物是暗處放置幾小時，綠色葉片一半遮光、一半曝光，一段時間后，碘蒸氣處理，曝光的一半呈深藍色，遮光的一半則沒有顏色變化。 光合作用的原料有水和二氧化碳，光合作用釋放的氧氣到底是來自二氧化碳還是水？美國科學家魯賓的卡門利用同位素標記法進行的探究。光合作用產(chǎn)生的有機物是怎樣合成的？卡爾文用14C標記CO2供綠藻進行光合作用，追蹤檢測其放射性，最終探明CO2中的C在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機物中碳的途徑。學生學習存在的問題：1、對初中學習的遺忘及理解的不深入，不知道這一結(jié)論是如何得出的。2、提出探究問題不具體，如：植物建造自身的物質(zhì)是什么？沒有聯(lián)系土壤的成分提出進一步的探究問題。3、學生設(shè)計實驗只想著用分組對照實驗，沒有考慮水做為生命活動所必須的成分，設(shè)計出沒有水的一組做為空白對照實驗，植物死亡，實驗無法進行。4、不懂得自身前后對照在實驗前要做基準測量，為實驗后實驗結(jié)果作參照5、學生經(jīng)常混淆實驗結(jié)果與實驗結(jié)論的區(qū)別，考試時問實驗結(jié)果，經(jīng)常答成實驗結(jié)論，或錯把實驗結(jié)論當結(jié)果。6、不懂得研究要深入進行，需對前期的實驗及工作進行評價。7、 對實驗設(shè)計的原則、步驟及實驗結(jié)果、結(jié)論的表述不清。如：對普利斯特利及英格豪斯實驗結(jié)論的表述，常表述成植物光合作用吸收氧氣放出二氧化碳，不尊重科學發(fā)展的水平，把現(xiàn)有的結(jié)論套上去。如：實驗要遵循單一變量原則、平行重復原則實驗前沒有進行饑餓處理。不知道其他條件要滿足植物正常生長的要求教學處理：人們是怎么得出這一認識的？補充亞里士多德的觀察及推論：植物生長在土壤中，從土壤中吸收營養(yǎng)建造自身 初步分析土壤的成分：水分+礦物質(zhì) 提出探究的問題：植物建造自身的原料主要來自土壤的水還是礦物質(zhì)？對學生實驗設(shè)計進行評價的基礎(chǔ)上，介紹海爾蒙特用柳樹苗做為實驗對象所進行的前后對照實驗。實驗結(jié)果：只澆水，柳樹苗顯著增重，土壤機質(zhì)重量減少輕微。實驗結(jié)論：植物建造自身的物質(zhì)來源于土壤中的水。 實驗評價：不足之處是沒有考試空氣的作用 探究的問題：植物生長建造自身的物質(zhì)是否還來自空氣？分析：如果植物從空氣中吸收物質(zhì)轉(zhuǎn)化成自身物質(zhì)，證明植物生長建造自身的物質(zhì)還來自于空氣的成分，既：有植物存在，空氣的成分發(fā)生變化，沒有植物存在，空氣發(fā)生變化的情況不同。 普利斯特利的實驗方法？對照實驗的方法 學生設(shè)計對照實驗的基礎(chǔ)上，師生進行評價總結(jié)：對照組：健康且大小相同的小白鼠在密閉的玻璃罩內(nèi)實驗組：健康且大小相同的小白鼠+植物在密閉的玻璃罩內(nèi)重復多次實驗實驗自變量：有無植物實驗因變量：空氣成分的變化因變量的觀測指標：小白鼠的成活情況無關(guān)變量：小白鼠、植物的生長狀況、玻璃罩的大小要一致，實驗的時間要足夠。實驗結(jié)果：沒有植物一組小白鼠很快死亡，有植物一組小白鼠存活。實驗結(jié)論：植物有更新空氣的作用，植物生活從空氣中吸收了物質(zhì)。（蠟燭燃燒的實驗在此不一一表述） 對英格豪斯實驗的分析：探究的問題：植物更新空氣是否需要在光的條件下才能進行？實驗類型：對照實驗對照組：生長狀況一致的小白鼠+植物在密閉的玻璃罩內(nèi)，在黑暗條件下培養(yǎng)，其他條件相同且適宜實驗組：生長狀況一致的小白鼠+植物在密閉的玻璃罩內(nèi)，在光照條件下培養(yǎng)，其他條件相同且適宜實驗自變量：有無光照實驗因變量：空氣成分的更新因變量的觀測指標：小白鼠的死活重復多次實驗無關(guān)變量：小白鼠、植物的生長狀況、玻璃罩的大小，時間等分析實驗：實驗類型：自身相互對照實驗自變量：有無光照因變量：葉片顏色變化實驗方法：同位素標記法；實驗類型：相互對照實驗設(shè)計實驗：第一組：向植物提供H2O和C18O2；第二組：向植物提供H218O和CO2其他條件都相同實驗結(jié)果：第一組放出的O2沒有放射性，第二組放出的O2有放射性實驗結(jié)論：光合作用釋放的氧氣來自水學生應(yīng)學會什么：1、 逐步深入分析問題2、 提出探究的問題應(yīng)具體，以疑問句的形式提出。3、學會探究植物必需成分的方法可采用自身前后對照實驗的方法進行。4、自身前后對照實驗的步驟：記錄實驗前觀測指標的現(xiàn)象或數(shù)據(jù)實驗處理記錄實驗結(jié)果的現(xiàn)象或數(shù)據(jù)5、學會實驗結(jié)果與實驗結(jié)論的區(qū)別：實驗結(jié)果是實驗的現(xiàn)象或觀測的指標；實驗結(jié)論是在分析實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，綜合、比較歸納得出的定性的觀點或說明。6、 學會對照實驗步驟設(shè)計的思路：第一步，確定自變量和因變量，以及無關(guān)變量。自變量是實驗者操縱、給定的因素或條件。因變量是由于實驗變量而引起的變化的結(jié)果，學會用淺顯的方法觀測因變量的思想。無關(guān)變量是實驗中除自變量以外影響實驗變化和結(jié)果的因素或條件，實驗過程應(yīng)控制成適宜且相同，避免對實驗結(jié)果造成干擾。第二步：取材、分組、編號，取材要注意數(shù)量和生理及發(fā)育狀態(tài)相同，實驗數(shù)量足夠，體現(xiàn)平行重復原則。第三步：實驗自變量處理第四步：滿足實驗進行的無關(guān)變量相同控制處理第五步：檢測、觀察、統(tǒng)計、比較。找出具體的觀察和記錄對象，觀察、記錄、統(tǒng)計、比較實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象。如果實驗現(xiàn)象是隱蔽的，必須找出具體的檢測方法，以顯現(xiàn)實驗結(jié)果