生物實驗教學思考上課講義

1、生物實驗教學思考生物實驗教學思考解決初級問題解決初級問題必要性必要性 生物學科的特點所決定生物學科的特點所決定 通過實驗理解書本知識通過實驗理解書本知識必需性必需性 學生需要低層次問題的積累和解決的經(jīng)驗學生需要低層次問題的積累和解決的經(jīng)驗 為以后的學習或工作奠定基礎(chǔ)為以后的學習或工作奠定基礎(chǔ)實驗依據(jù)的理論是什么？實驗依據(jù)的理論是什么？或者說實驗檢驗了什么理論，與哪些理論知識有關(guān)?；蛘哒f實驗檢驗了什么理論，與哪些理論知識有關(guān)。 細菌繁殖和生長需要外界營養(yǎng)物質(zhì)（微生物培養(yǎng)需要細菌繁殖和生長需要外界營養(yǎng)物質(zhì)（微生物培養(yǎng)需要添加的添加的6要素：水、氮、碳、能量、無機鹽、維生素）要素：水、氮、碳、能量、

2、無機鹽、維生素） 細菌體內(nèi)的脲酶可以將動植物殘骸中的尿素轉(zhuǎn)化為植細菌體內(nèi)的脲酶可以將動植物殘骸中的尿素轉(zhuǎn)化為植物吸收的物吸收的NH3，以尿素作氮源培養(yǎng)的微生物是一類群。，以尿素作氮源培養(yǎng)的微生物是一類群。（如何檢驗利用了尿素？）（如何檢驗利用了尿素？） 細菌生長需要糖原，在瓊脂培養(yǎng)基加糖能夠提供細菌細菌生長需要糖原，在瓊脂培養(yǎng)基加糖能夠提供細菌糖原。糖原。實驗該怎樣做？規(guī)范的操作是怎樣的？實驗該怎樣做？規(guī)范的操作是怎樣的？目標明確目標明確 效能最大效能最大 誤差最小誤差最小 判斷植物的分布類型判斷植物的分布類型選擇合適的樣方規(guī)格選擇合適的樣方規(guī)格記數(shù)的順序記數(shù)的順序需要測量的指標需要測量的指標

3、延伸延伸不同密度下的個體差異不同密度下的個體差異根系與地上部分的相關(guān)性根系與地上部分的相關(guān)性在群落中的優(yōu)勢度如何在群落中的優(yōu)勢度如何密度與樣方大小的關(guān)系密度與樣方大小的關(guān)系實驗能夠得到什么樣的結(jié)果？實驗能夠得到什么樣的結(jié)果？ 不同的生物它所選擇的生態(tài)策略是不一樣的不同的生物它所選擇的生態(tài)策略是不一樣的微生物的種群變動是什么類型？為什么會是這種類型？微生物的種群變動是什么類型？為什么會是這種類型？影響微生物繁殖和生長的環(huán)境因素：影響微生物繁殖和生長的環(huán)境因素：pH、氧氣、水分、營、氧氣、水分、營養(yǎng)等養(yǎng)等指數(shù)增長模型是不是這個實驗預期得到的實驗結(jié)果？指數(shù)增長模型是不是這個實驗預期得到的實驗結(jié)果？實

4、驗要怎樣設(shè)計才是科學的？實驗要怎樣設(shè)計才是科學的？實驗方案不同于實驗操作，需要設(shè)計實驗方案不同于實驗操作，需要設(shè)計操作規(guī)范，目的是為了避免實驗誤差操作規(guī)范，目的是為了避免實驗誤差實驗方案設(shè)計的科學性，是為了避免實驗結(jié)論的片面、偏差實驗方案設(shè)計的科學性，是為了避免實驗結(jié)論的片面、偏差 如何證明？如何證明？對照組（條件控制）與實驗組（條件變化組）對照組（條件控制）與實驗組（條件變化組）除有無微生物之外，其它條件相同除有無微生物之外，其它條件相同土壤取自相同的地塊土壤取自相同的地塊去除微生物以外的生物去除微生物以外的生物實驗組土壤滅活處理實驗組土壤滅活處理落葉大小、數(shù)量相同，作無菌處理落葉大小、數(shù)量

5、相同，作無菌處理落葉包埋土壤中落葉包埋土壤中放入無菌處理的器皿，保持環(huán)境一定溫度與濕度放入無菌處理的器皿，保持環(huán)境一定溫度與濕度置于無菌環(huán)境置于無菌環(huán)境實驗組與對照實驗組與對照組組 實驗組與對照組是相對的，實驗組接受實驗變量處實驗組與對照組是相對的，實驗組接受實驗變量處理，對照組不接受實驗變量處理。設(shè)立實驗組與對照組理，對照組不接受實驗變量處理。設(shè)立實驗組與對照組，無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響則被排除。，無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響則被排除。1空白對照：空白對照：2自身對照：自身對照：3條件對照：條件對照：4相互對照？相互對照？T1T2T3k1k2k3k4k1k2k3k4k1k2k3k4a1a2a3a

6、4a5a6a7a8實驗需要哪些儀器、設(shè)備、器具？實驗需要哪些儀器、設(shè)備、器具？容器類：壓力容器、培養(yǎng)容器容器類：壓力容器、培養(yǎng)容器測試類：分光光度計、原子吸收、液相色譜測試類：分光光度計、原子吸收、液相色譜觀察、記錄：顯微鏡、電鏡、數(shù)字卡尺、觀察、記錄：顯微鏡、電鏡、數(shù)字卡尺、GPS定位、光定位、光量子儀、葉面積測定量子儀、葉面積測定精密分析：電泳、蛋白質(zhì)分析、水質(zhì)分析、細菌分析精密分析：電泳、蛋白質(zhì)分析、水質(zhì)分析、細菌分析 條件模擬類：人工氣候室、光照培養(yǎng)箱、無菌室、超凈條件模擬類：人工氣候室、光照培養(yǎng)箱、無菌室、超凈工作臺工作臺 預處理類：切片機、離心機、搖床預處理類：切片機、離心機、搖床

7、器械：剪、鑷、針、刀、移液槍、采集器器械：剪、鑷、針、刀、移液槍、采集器實驗失誤了怎樣改進？實驗失誤了怎樣改進？因為設(shè)計錯誤所導致的實驗結(jié)論偏離因為設(shè)計錯誤所導致的實驗結(jié)論偏離因為操作不規(guī)范導致的實驗結(jié)果差異，或因為環(huán)境因子變因為操作不規(guī)范導致的實驗結(jié)果差異，或因為環(huán)境因子變化太大，或條件控制不一致等化太大，或條件控制不一致等需要承認實驗失誤是正常的需要承認實驗失誤是正常的得到經(jīng)驗得到經(jīng)驗設(shè)計錯誤：設(shè)計錯誤： 要從設(shè)計方案的源頭開始檢查要從設(shè)計方案的源頭開始檢查 操作不規(guī)范，要檢查最有可能導致實驗誤差操作不規(guī)范，要檢查最有可能導致實驗誤差過過 大的操作大的操作糾正錯誤：重新設(shè)計糾正錯誤：重新設(shè)

8、計 更全面考慮可能導致實驗誤差的影響因子更全面考慮可能導致實驗誤差的影響因子實驗的適用性如何？實驗的適用性如何？主要是設(shè)計方案可以被其它實驗借鑒或沿用主要是設(shè)計方案可以被其它實驗借鑒或沿用 設(shè)立預實驗，粗的濃度梯度，對各區(qū)間段細分濃度，設(shè)立預實驗，粗的濃度梯度，對各區(qū)間段細分濃度， 逐段排除。用統(tǒng)計檢驗差異性。逐段排除。用統(tǒng)計檢驗差異性。實驗重復：排除偶然性實驗重復：排除偶然性作用的表現(xiàn)：選擇明顯的（比如外部形態(tài)變化）、某種作用的表現(xiàn)：選擇明顯的（比如外部形態(tài)變化）、某種 過程生理敏感的、檢驗比較便利的過程生理敏感的、檢驗比較便利的高級的問題：高級的問題：實驗有意義嗎？實驗有意義嗎？實驗方法上

9、有創(chuàng)新嗎？實驗方法上有創(chuàng)新嗎？實驗解決了應用上的技術(shù)關(guān)鍵嗎？實驗解決了應用上的技術(shù)關(guān)鍵嗎？實驗對相關(guān)領(lǐng)域的理論有補充嗎？實驗對相關(guān)領(lǐng)域的理論有補充嗎？實驗拓展或加深人類對自然界的認識嗎？實驗拓展或加深人類對自然界的認識嗎？實驗改變了人類一些舊的觀念嗎？實驗改變了人類一些舊的觀念嗎？實驗可應用于實際生產(chǎn)嗎？實驗可應用于實際生產(chǎn)嗎？ 實驗有意義嗎？實驗有意義嗎？實驗的意義在于人們的價值取向?qū)嶒灥囊饬x在于人們的價值取向 自然界的生命系統(tǒng)在沒有人類的干擾下是一個可以自我自然界的生命系統(tǒng)在沒有人類的干擾下是一個可以自我調(diào)節(jié)的平衡體，從這個意義上說，大部分的生物實驗是沒意調(diào)節(jié)的平衡體，從這個意義上說，大部

10、分的生物實驗是沒意義的。但是，人類為了生存去探索自然規(guī)律，彌補對自然界義的。但是，人類為了生存去探索自然規(guī)律，彌補對自然界的破壞，達到可持續(xù)發(fā)展，這樣理解，許多實驗就變得有意的破壞，達到可持續(xù)發(fā)展，這樣理解，許多實驗就變得有意義了。義了。實驗的意義分為實驗的意義分為和和。 “種群數(shù)量的動態(tài)變化種群數(shù)量的動態(tài)變化” 理論意義：結(jié)論對考察自然理論意義：結(jié)論對考察自然界中的種群變動有指導的作用；實踐意義：通過某種限制因界中的種群變動有指導的作用；實踐意義：通過某種限制因子控制有害生物的種群數(shù)量的增加。子控制有害生物的種群數(shù)量的增加。實驗方法上有創(chuàng)新嗎？實驗方法上有創(chuàng)新嗎？ 實驗方法創(chuàng)新，意味對某種問

11、題的研究，進行不同實驗方法創(chuàng)新，意味對某種問題的研究，進行不同以往的思考（方向）、分析（方法）、解決（方案）。以往的思考（方向）、分析（方法）、解決（方案）。 在中學實驗中，由于學生接觸的研究、實驗方法比在中學實驗中，由于學生接觸的研究、實驗方法比較有限，完全的實驗方法創(chuàng)新幾乎不可能。對實驗方法較有限，完全的實驗方法創(chuàng)新幾乎不可能。對實驗方法稍作改進、變換，即可以視為創(chuàng)新稍作改進、變換，即可以視為創(chuàng)新鼓勵。鼓勵。野外的調(diào)查（不能控制環(huán)境因子）野外的調(diào)查（不能控制環(huán)境因子）模擬野外條件的室內(nèi)實驗模擬野外條件的室內(nèi)實驗實驗解決了應用上的技術(shù)關(guān)鍵嗎？實驗解決了應用上的技術(shù)關(guān)鍵嗎？一些生產(chǎn)實際中迫切需

12、要解決的問題：一些生產(chǎn)實際中迫切需要解決的問題： 低成本低能耗的污水處理技術(shù)、迅速降解無殘低成本低能耗的污水處理技術(shù)、迅速降解無殘留的生物農(nóng)藥、農(nóng)產(chǎn)品的人工繁殖和高產(chǎn)技術(shù)等。留的生物農(nóng)藥、農(nóng)產(chǎn)品的人工繁殖和高產(chǎn)技術(shù)等。 鼓勵學生在實驗中考慮如何將實驗運用到生產(chǎn)鼓勵學生在實驗中考慮如何將實驗運用到生產(chǎn)實踐中。實踐中。實驗對相關(guān)領(lǐng)域的理論有補充嗎？實驗對相關(guān)領(lǐng)域的理論有補充嗎？ 即使在經(jīng)典的生物實驗中也有可能會有新的發(fā)現(xiàn)即使在經(jīng)典的生物實驗中也有可能會有新的發(fā)現(xiàn)新的觀點新的觀點新的理論新的理論 對新的發(fā)現(xiàn)重新設(shè)計實驗進行研究就有可能會形成對新的發(fā)現(xiàn)重新設(shè)計實驗進行研究就有可能會形成新的觀點新的觀點

13、例例 水華問題水華問題 習慣認為水體出現(xiàn)水華是不好的習慣認為水體出現(xiàn)水華是不好的 實驗拓展或加深人類對自然界的認識嗎？實驗拓展或加深人類對自然界的認識嗎？真的是這樣嗎？真的是這樣嗎？觀察蝙蝠是困難的（飛行速度快、夜行性）觀察蝙蝠是困難的（飛行速度快、夜行性）如何觀察？如何觀察？ 需要建立一個半封閉的、模擬自然的蝙蝠生存需要建立一個半封閉的、模擬自然的蝙蝠生存環(huán)境。捕獲一些蝙蝠，在新環(huán)境中適應。環(huán)境。捕獲一些蝙蝠，在新環(huán)境中適應。 觀察（高速攝影機）觀察（高速攝影機）統(tǒng)計分析統(tǒng)計分析實驗改變了人類一些舊的觀念嗎？實驗改變了人類一些舊的觀念嗎？ 長期以來我們一直以為海洋具有較高的初級生長期以來我們

14、一直以為海洋具有較高的初級生產(chǎn)力，但是研究表明，較高的初級生產(chǎn)力僅僅局限產(chǎn)力，但是研究表明，較高的初級生產(chǎn)力僅僅局限在沿岸帶和潮涌區(qū)。在沿岸帶和潮涌區(qū)。 有許多人認為，人類只要將那些瀕危動物（脊有許多人認為，人類只要將那些瀕危動物（脊椎動物類）保護起來，就可以避免滅絕。研究表明，椎動物類）保護起來，就可以避免滅絕。研究表明，最小的種群數(shù)量應不低于最小的種群數(shù)量應不低于80100只。只。 實驗可應用于實際生產(chǎn)嗎？實驗可應用于實際生產(chǎn)嗎？調(diào)查產(chǎn)卵場的環(huán)境特點調(diào)查產(chǎn)卵場的環(huán)境特點生物體在繁殖期間的生理特征生物體在繁殖期間的生理特征生物體在繁殖期間的行為表現(xiàn)生物體在繁殖期間的行為表現(xiàn)外界條件的刺激外界

15、條件的刺激藥物的催熟藥物的催熟受精過程受精過程孵化技術(shù)孵化技術(shù)高考所反映的：高考所反映的： 表達的邏輯性表達的邏輯性 描述的科學性描述的科學性 設(shè)計的縝密性設(shè)計的縝密性 書寫的規(guī)范性書寫的規(guī)范性 操作的熟練性操作的熟練性表達的邏輯性表達的邏輯性因為富營養(yǎng)化導致藍藻大量繁殖、死亡釋放毒因為富營養(yǎng)化導致藍藻大量繁殖、死亡釋放毒素，使水質(zhì)惡化。素，使水質(zhì)惡化。問題的關(guān)鍵是富營養(yǎng)化問題的關(guān)鍵是富營養(yǎng)化那么，表達富營養(yǎng)化的產(chǎn)生原因以及過程、如那么，表達富營養(yǎng)化的產(chǎn)生原因以及過程、如何消除以確保水安全是要表達的主線。何消除以確保水安全是要表達的主線。漿果的果皮、果肉含有番茄紅素漿果的果皮、果肉含有番茄紅素

16、番茄紅素源自果實內(nèi)的花青苷，花青苷在西紅柿番茄紅素源自果實內(nèi)的花青苷，花青苷在西紅柿生長過程中逐步積累，達到一定量，在光照作用生長過程中逐步積累，達到一定量，在光照作用下轉(zhuǎn)化為番茄紅素。下轉(zhuǎn)化為番茄紅素。那么，西紅柿是紅的，關(guān)鍵是花青苷的存在。需那么，西紅柿是紅的，關(guān)鍵是花青苷的存在。需要說明番茄紅素、花青苷之間的關(guān)系，以及日照要說明番茄紅素、花青苷之間的關(guān)系，以及日照強度與日照長度的催化作用。強度與日照長度的催化作用。描述的科學性描述的科學性 因為現(xiàn)代的生物實驗都是建立在前人的理論和實踐因為現(xiàn)代的生物實驗都是建立在前人的理論和實踐的基礎(chǔ)上，所以，任何結(jié)果、結(jié)論都是對已有的理論和的基礎(chǔ)上，所以

17、，任何結(jié)果、結(jié)論都是對已有的理論和實踐的總結(jié)實踐的總結(jié)“依據(jù)依據(jù)” 生長素的生長素的“二重性二重性”，表現(xiàn)出低濃度促進、高濃度，表現(xiàn)出低濃度促進、高濃度抑制，也就是生態(tài)學中生物對環(huán)境因子的抑制，也就是生態(tài)學中生物對環(huán)境因子的“耐受性耐受性”范范圍圍理論理論建立建立的觀念的觀念錯誤的描述：生長素高了、低了都沒作用，在高低之間錯誤的描述：生長素高了、低了都沒作用，在高低之間設(shè)立一組進行實驗。設(shè)立一組進行實驗。設(shè)計的縝密性設(shè)計的縝密性問題：觀察（或測量）指標的確定問題：觀察（或測量）指標的確定常識：人生活在過高或過低的溫度下都會感到不舒服。常識：人生活在過高或過低的溫度下都會感到不舒服。研究：不適的

18、溫度與適宜的溫度魚類有何不同的表現(xiàn)，研究：不適的溫度與適宜的溫度魚類有何不同的表現(xiàn)，這種表現(xiàn)差異性如何？這種表現(xiàn)差異性如何？觀察的指標：溶解氧（觀察的指標：溶解氧（mg/L）、呼吸頻率（鰓蓋開合）、呼吸頻率（鰓蓋開合次數(shù)次數(shù)/min）、游動速度（）、游動速度（cm/min）、食量）、食量實驗：以自然界的低水溫和高水溫作為設(shè)置溫度梯度的實驗：以自然界的低水溫和高水溫作為設(shè)置溫度梯度的兩個端點，每個溫度測量相同體重的魚兩個端點，每個溫度測量相同體重的魚59尾。尾。問：這樣設(shè)計有缺陷嗎？問：這樣設(shè)計有缺陷嗎？書寫的規(guī)范性書寫的規(guī)范性字體筆畫要清晰字體筆畫要清晰字型能夠容易辨認字型能夠容易辨認術(shù)語要準

19、確無誤術(shù)語要準確無誤符號正確、使用恰當符號正確、使用恰當盡量避免口語化，以書面語更好盡量避免口語化，以書面語更好語言流暢，圍繞主題、關(guān)鍵詞陳述語言流暢，圍繞主題、關(guān)鍵詞陳述操作的熟練性操作的熟練性 現(xiàn)有的實驗教學評價體系下，操作的熟練性對現(xiàn)有的實驗教學評價體系下，操作的熟練性對評價學生的實驗能力并沒有太大的影響。評價學生的實驗能力并沒有太大的影響。 但是，在從事生物實驗研究的時候，操作的熟但是，在從事生物實驗研究的時候，操作的熟練性會影響到實驗操作的前后一致性練性會影響到實驗操作的前后一致性實驗實驗誤差的誤差的控制?？刂?。 高考一直在強調(diào)實驗，因為沒有實驗，就沒有自然高考一直在強調(diào)實驗，因為沒有實驗，就沒有自然科學的進步。每年高考的實驗題目，成績非常的不理想。科學的進步。每年高考的實驗題目，成績非常的不理想。 到底是哪個環(huán)節(jié)出了差錯？到底是哪個環(huán)節(jié)出了差錯？ 是高中？還是初中？抑或是小學、幼兒園？是高中？還是初中？抑或是小學、幼兒園？ 缺乏觀察力、缺乏想象力、缺乏觀察力、缺乏想象力、實踐能力