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【关键词】生物实验;理解能力;分析能力;科学探究能力
【中图分类号】V524.1 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089(2014)20-0230-01
从教学论的角度看,实验教学是指在使用实验仪器情景下的一种教学形态。高中生物实验与其他理科实验一样,具有直观、形象的特征,能高度浓缩地展示人们认识和发现某一知识、原理的过程,能帮助学生在较短时间内认识和理解相关的科学知识。因而高中生物实验的开展对学生的能力培养有着至关重要的作用。
一、明确仪器的原理和使用方法与药品的特性,是培养学生使用能力的基础
对仪器的原理和使用方法、药品的特性不了解,在操作和使用时会带有盲目性,就不可能形成使用能力。例如,学生对低倍镜和高倍镜的选择上,经常不能根据观察对象的特点和观察目的进行合理的选择来使用,学生常常由于好奇心的驱使和对低倍镜、高倍镜特点的无知,总是一上来就用高倍镜,认为高倍镜总比低倍镜观察清楚。这种盲目性,是由于学生不了解显微镜的基本原理,不了解高倍镜放大倍数大,分辨率高,但所看到的实际面积小,即视野小。而且倍数越高,看到材料的厚度就越薄,高倍镜适宜观察局部和细节。低倍镜所看到的面积大,适宜观察材料的整体结构,以及寻找观察目标。只要学生了解了这些基本原理,才能正确选用低、高倍镜。由低倍镜换高倍镜时,如果图像不太清晰,只需调节细准焦螺旋,就可以看清图像了。至此学生只有了解了上述的基本原理和操作方法,才能正确使用高倍镜。另外,如果镜中有污染的花斑或异物,就会影响对微细结构的观察,清除花斑或异物,也是形成使用能力的一个方面。清除污染物,首先应确定污染物在目镜、物镜还是装片(或切片)上。因此应让学生了解目镜在镜筒上可用手做圆周转动,装片(或切片)在载物台上可用手向任意一个方向移动或用移动器上下左右移动,如污染物在装片(或切片)上,移动装片(切片),污染物则随之移动而反方向移动,否则,污染物就在物镜上。在清除直镜筒的显微镜目镜和物镜上的污染物时,还应让学生了解先后顺序,应先摘下物镜,然后再摘下目镜,试擦完毕装上时,则应先装目镜后装物镜,因为这样可以防止因摘装目镜时与镜筒摩擦下来的尘渣沿镜筒落入物镜的内部。
二、实验中运用科学探究的教学手段,培养学生的分析思维能力
以实验为载体的探究是生物教学最显著的特征,也是生物教师最常用、最擅长的手段。在实践中将“实验”与“探究”的结合,从而回归实验教学来培养学生实证意识、思维品质、质疑精神等方面,达到培养学生的思维能力。也能全面提高学生的科学素养。
1.试验开展中要分析实验程序
一个较为复杂的实验过程是设计人员长期辛勤劳动的结晶,它往往是经过几十次甚至上百次的反复摸索。所以,学生实验中,不能单纯地用实验指导进行“按方抓药”出现结果就行了。而要指导学生去分析实验中每一步骤的作用,每一个处理意义以及各步骤之间的联系,从中学习解决问题、研究事物的方法。因此,在实验中,应根据学生程度和涉及原理的难易不同,由教师讲清或提出问题让学生思考,使学生既知道实验应怎么做,也知道为什么这样做。并归纳出操作中要分析的点。步骤及操作是否正确是影响实验结果的主要因素,故应重点分析,主要有以下三种情况。
1.1漏做某个实验步骤。实验步骤不能少,如实验一中,根尖用15%的盐酸和95%的酒精按体积比为1:1的比例混合解离后,若不经漂洗直接染色,则染色效果极差,因为根尖上附着的盐酸将和碱性染料起中和反应,从而影响着色;制片时,用镊子尖把根尖开碎,这一步也易漏掉;压片一步也容易漏掉。
1.2操作方法错误。在具体操作某个步骤时,没有按规定的操作方法做,肯定会影响实验结果。如临时装片制作时,有的学生将盖玻片直接放在清水滴上,这样制成的装片中,气泡较多,严重影响观察。实验二中,应用镊子撕取洋葱表皮,而不少学生是用刀片削或挖,以至取出的表皮较厚,这样在显微镜下也就看不到单层细胞。
1.3操作不严格。如解离、染色时间不够,漂洗的时间或次数不足。制作洋葱表皮临时装片时,未将清水滴中卷起的表皮平展开来;做质壁分离复原实验时,滴入清水的次数少,滤液细线划得不细不齐,都会对实验结果有一定的影响。
2.培养学生善于分析实验现象的能力
在实验中,经常存在着对实验最后结果的记录,而轻视对实验过程中间出现某些现象的记录,重视结果而不重视分析结果,重视对成功实验的肯定,而不重视对实验中的失败查找原因等现象。这不利于学生实验能力的提高。例如,在观察植物有丝分裂的实验中,在显微镜的某个视野中,要让学生了解为什么看到的细胞多数为间期的细胞。在质壁分离和复原的实验中要让学生了解液泡的体积大小、颜色变化如何。在叶绿体中色素提取和分离实验中四种色素彼此分离的原理是什么,这一原理单靠高中教科书中的知识还不够,应让学生了解滤纸是一种吸附剂,层析液是一种展开剂,四种色素的化学结构和性质不同,它们在滤纸上吸附能力不同,在层析液中(展开剂)溶解度不同,因此,四种色素随着层析液在滤纸条上的扩散速度就不同,胡萝卜素溶解度大而吸附力小,扩散速度快,叶绿素b溶解度小而吸附力大,扩散速度则慢。
方法一、迁移运用,答好中低档题
中低档题是指考查的内容相对基础、简单的非选择题,考查的内容涉及生物学的基本概念、原理、规律、实验技能等多方面的知识,遍布各个模块,主要考查考生的识记、理解和对原理、规律的应用能力。
解答好此类题的关键是在学生夯实基础和熟练识记生物专业术语和结论性语句的基础上,作答时充分理解题干所表达的相关信息,并快速的分析、判断和迁移,确定试题考查的主要生物学概念、原理、规律等相关知识点,最后做出规范完整的解答。
在作答基础再现题时需要遵循的几个原则:
1.概念上宜“小”不宜“大”
生物学概念很多,容易引起概念的混淆,导致张冠李戴,甚至把大概念当做小概念用。在用概念性术语回答生物学问题时,适合小概念的不宜用大概念。如回答叶绿体的功能时,不宜答进行新陈代谢。
2.结构上宜“细”不宜“粗”
生物体的结构有宏观结构和微观结构,细胞结构又可分为 显微结构和亚显微结构。在答一些生理反应得位点、代谢场所、分泌部位、物质存在的具体结构时都必须具体到更细微的结构。如答光合作用暗反应的场所时,应答叶绿体基质,而不能答叶绿体或叶肉细胞等 。
3.功能上宜“多”不宜“少”
生物体的某种结构或某种组成物质往往有多种功能,但这些功能往往又分述在不同章节中,这就要求我们对此加以归纳和总结,在陈述这些结构和物质的功能时,要力求全面和完善。如下丘脑的主要功能:分泌―分泌抗利尿激素;感受―渗透压感受器;调节―体温调节中枢和血糖调节中枢;传导―下丘脑可将渗透压感受器受到刺激所产生的兴奋传至大脑皮层引起相应效应。
方法二、全面分析,突破综合题
图像综合题的解答主要体现在“细”上。一是细读题干,读懂题目给予的文字说明以及相关提示,特别要注意题干中限制条件、隐含条件和干扰因素。二是细看图形的名称、相似结构、过程含义以及图示说明等,从图中获取有效信息,然后对这些信息进行转换、迁移、拓展。三是细看多个图像间的联系,注意分析一个大题中若干图解能否形成相互补充说明或提示,谨防解题时因视野狭隘而顾此失彼,最终导致思维偏差或知识遗漏。四是细看设问,从设问着手,结合题干的文字说明以及图形中获得的信息,把知识进行衔接、综合,通过分析判断,使问题得到解决。
复习时要加强题型训练,尤其要强化解答简答题、图表资料信息题和实验探究题的训练,这样才能有效地突破解题瓶颈,达到培养能力、提高解题效率的目的。
方法三、提炼信息,巧答信息题
这类试题的解题技巧:遵循“阅读情境材料理解、筛选信息前后联系、思维整合,确定概念原理练习材料组织答案”的解题思路。针对此类试题,没有必要专门去复习相关的生物学新成果及材料提供的信息,只要求在全面复习的基础上,牢牢把握生物现象的一般规律、原理和特征。阅读材料时要充分联系教材,答题时力求规范,尽可能用教材中的结论性语言、原理、生物学专业术语等规范作答。
方法四、明确目的,准答实验题
实验题常常考查实验的原理、步骤、结果和结论等相关问题,所以能够全面考查考生对相关知识的理解、迁移和综合运用能力以及语言组织能力。实验题是高考生物试题中的重点,所占分值较大,因此,“得实验者得高分”是不争的事实。
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该设计案例为苏教版必修一第四章第一节“物质跨膜运输的方式”中的探究实验。在此之前,学生已经学习了渗透的原理,对半透膜、渗透作用及渗透装置的组成有了一定的认识。具有这样的知识基础上,教师引导学生探究植物细胞的质壁分离和复原,使学生能够充分理解一个成熟的植物细胞与外界溶液一起构成典型的渗透系统。学生只有通过实验操作和观察质壁分离和复原的现象,获得细胞吸水、失水与外界溶液浓度关系的感性认识,才能深入理解成熟的植物细胞是一个渗透系统以及影响细胞渗透吸水的内外条件。
学生先根据教材内容完成探究实验的过程,然后再进一步探究以下问题:
(1)不同浓度的试剂对同一种植物材料吸水和失水的影响;
(2)同一浓度的试剂对不同种植物材料吸水和失水的影响,比较出不同种植物的细胞液浓度大小;
(3)不同种试剂对植物细胞失水和吸水的影响;
(4)死亡的植物细胞能否发生渗透作用?
通过一系列的实验,师生共同参与,学生自主探究,让学生经历“提出问题-作出假设-设计实验-实施操作-观察结果-得出结论”的探究历程,培养学生严谨的科学态度和勇于探索的精神。教师借助多媒体手段,以突出重点,突破难点,增加知识容量,提高课堂效率。
2.与学生生活实际的联系
生活中很多现象都与植物细胞的吸水与失水有关,例如:泡在盐水中的萝卜条会变软,泡在清水中的萝卜条会更加硬挺;泡菜制作时加入一些盐,水分就会渗出来;农作物施肥过多,就会造成“烧苗”的现象等。通过本实验的学习,使学生更深入地理解生活中的这些现象,并作出合理解释。
3.教学目标
3.1知识目标
(1)理解植物细胞通过渗透作用吸水或失水的原理。
(2)学会观察植物细胞质壁分离与复原的方法。
3.2能力目标
(1)通过实践,掌握临时装片的制作方法和实验的一般步骤;
(2)进一步熟悉高倍显微镜的使用;
(3)通过课本实验的学习,提出可行性的探究问题,并小组讨论制定探究方案,尝试得出结论。
3.3情感、态度与价值观目标
(1)亲手实验,激发学习生命科学的兴趣,分析生活中与渗透作用有关的现象;
(2)体会科学研究的乐趣,培养在科学研究中一丝不苟的科学态度和实事求是的科学精神;
(3)学会合作分工,与他人分享实验成果。
4.教学重点、难点及解决的教学策略
(1)教学重点:引导学生探究实验,确定实验的材料、试剂的种类与浓度,并进行应用创新。
教学策略:用不同浓度的蔗糖溶液探究实验的结果,用课件展示成熟植物细胞的结构图,分析其与渗透系统的关系。在此基础上让学生讨论选择紫色洋葱的外表皮细胞和0.3g/mL的蔗糖溶液的原因,并且进一步分析浓度大小对质壁分离的影响。
创新之处:①用绿色植物的叶肉细胞代替紫色洋葱的外表皮细胞,重复该探究实验。
②用无色的洋葱表皮细胞代替紫色洋葱的外表皮细胞,但在外界溶液中滴加胭脂红溶液对其染色,再观察实验的结果。
③用0.3g/mL的KN03溶液代替0.3g/mL的蔗糖溶液再观察结果。
(2)难点:临时装片的制作,在探究实验过程中培养学生的实践能力和创新能力。
教学策略:教师示范制作临时装片,并强调制作时的注意点:材料要薄,不能有气泡等。接着让学生自主探究,再由不同小组的学生展示自己的实验结果并描述实验过程以及对实验结果的分析,进而让学生提出更多需要探究的问题。
5.课前准备
(1)教师要求学生复习渗透作用原理及其发生条件,并做好预习,理解实验原理,了解实验目的、要求和方法步骤;
(2)材料器具:洋葱,菠菜,质量浓度分别为0.1g/mL、0.3g/mL、0.5g/mL、0.7g/mL的蔗糖溶液,0.3g/mL的KNO,溶液、胭脂红染液(一种水溶性的大分子食用色素,呈红色),1mol/L的醋酸溶液,清水,显微镜,镊子,滴管,载玻片,盖玻片,吸水纸等。
6.教学过程
6.1导入
(1)复习渗透装置,教师引导学生思考:渗透作用发生的条件有哪些?
(2)教师联系学生的生活,出示一些常见现象:泡在盐水中的萝卜条会变软,泡在清水中的萝卜条会更加硬挺。并提出问题:为什么会出现这样的现象?植物细胞能否构成渗透装置?
学生学习教材中的相关内容,分析成熟的植物细胞结构,并与渗透装置作比较。
教师引导学生讨论:若将一个成熟的植物细胞放置到浓度高的溶液中,细胞液中的水分子将向细胞的哪一侧运动?如果细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性,将会出现什么有趣现象?
6.2开展观察植物细胞的质壁分离与质壁分离复原的实验
(1)实验原理:
把成熟的植物细胞放置在某些对细胞无毒害的物质溶液中。
①当细胞液的浓度
细胞液中的水分子透过原生质层,进入到外界溶液中,使原生质层和细胞壁都出现一定程度的收缩。由于原生质层比细胞壁的收缩性大,当细胞不断失水时,原生质层就会与细胞壁逐渐分离,即逐渐发生了质壁分离。
②当细胞液的浓度>外界溶液的浓度时:
外界溶液中的水分子通过原生质层进入到细胞液中,发生质壁分离的细胞的整个原生质层会慢慢地恢复成原来的状态,使植物细胞逐渐发生质壁分离复原。
究其原因,一是动画原理这部分内容本身比较抽象,不易讲解清楚;二是初中生对动画的理解及操作储备较少,对动画原理的探究缺少内需,又没有现成的图式,晦涩的原理可能消耗学生学习的热情。
“原理”是自然科学和社会科学中具有普遍意义的基本规律,是在大量观察、实践的基础上,经过归纳、概括而得出的。它既能指导实践,又必须经受实践的检验。所以,原理性知识的学习需要给学生创设观察、实践的机会。在此基础上,学生经过归纳、概括,深层次理解并把握原理的内核,原理才能在学生的思想里根深蒂固。根据以上理解,笔者总结出动画原理教学的六个步骤与大家探讨。
步骤一:预设定制教具 初感原理
教师为每位学生准备一把定制的扇子,扇子的一面为鸟笼,另一面为鹦鹉。学生快速转动扇子,当转动达到一定速度时,鹦鹉就好似钻进鸟笼里一样。
教学伊始,学生拿起事先藏在桌下的筷子柄小扇,快速地转动。他们专注地看着自己手中的扇子,每位学生的眼里都满是动手体验的新奇和快乐。一把小扇,拉近了师生的距离,让学生对学习过程充满了期待。
思 考:教具、学具是传统的教学辅助。它们可以把抽象的概念具体化、形象化,有利于激发学生的学习兴趣。动画基本原理的核心是视觉暂留,可利用“小鸟入笼、鱼缸里的金鱼”等实验引入。教具可以自己动手做,或在网上定制,以上小扇子就是我在网上定制的。
下课时,我将扇子送给了学生,学生们都很欣喜。学生看到它,就会记起这节课;转动它,就会想到动画的基本原理。相信一定有学生能够将这份对原理的思考迁移到生活和其他学科的学习中。
步骤二:巧用奇妙图片 浅探原理
大屏呈现一组奇妙的图片,学生就“这些线条是否平行、图片是否在动、图片上到底有几个黑点、为什么会产生这样奇特的现象”等话题展开交流,探索自我,进一步体验视觉暂留。
在学生充分交流之后,视觉暂留概念的引出就水到渠成了――科学研究表明,人的眼睛有一种有趣的生理现象,当一个景物从眼前离开后,它的影像不会马上从视网膜上消失,而是继续停留约0.1秒,这种现象叫做视觉暂留。所以,幸亏人眼有视觉暂留,否则电影、电视、计算机都不能被发明,多姿多彩的大千世界也不能展现在我们面前。
思 考:图片是我们表达思想的一种常用载体。古人云:教人未见意趣,必不乐学。相对于枯燥的陈述,图片更能吸引学生的眼球。奇妙效果的图片使学生对于视觉暂留的认识有趣而深刻。学生有了体验与困惑,才能产生学习的渴望,为接下来的学习蓄势。
步骤三:尝试动画播放 分析原理
我将机器人、吉他手、原地走、运球等动态GIF文件通过软件拆分成一张张图片保存起来。学生通过播放一组连续的静态图片便可以呈现动画的效果,与原有知识体系形成对接。
尝试1:用Windows幻灯片功能播放静态组图,每秒最少播放多少张图片,才能使动画效果流畅?
尝试2:如果播放速度很慢,能形成动画吗?
尝试3:如果删掉一些静态图片,再去播放,那动画效果又会怎样呢?
学生交流自己尝试后得出的结论。我提问:你认为动画的效果与什么因素有关?学生总结出:动画效果与播放速度、图片数、图片间的关系等有关。
思 考:这些图片青春、运动,符合学生的年龄特征。学生通过亲自控制播放速度实现不同动画效果的过程,对影响动画效果的因素有了自己的体会,对动画原理的认识有了质的飞跃。同时,他们对用计算机处理动画有了初步的想法,间接提高了对动画基本元素(帧)的认识。动画效果的控制权完全掌握在学生自己的手中,每位学生都能够体验动画的基本原理,这是学生学习过程中宝贵的经历。
步骤四:猜测原理过程 理解原理
我给学生8个有一定梯度的GIF文件,请学生猜猜看,每一个GIF文件都是由几张静态的图片组成的。同桌两人将猜测结果填在同一张表格上,对于不一致的猜测,哪个人的答案是准确的呢?学生尝试使用Ulead GIF Animator软件,查看GIF文件中的静态图片数,并学会保存静态图片。课堂上,学生猜测图片数、交流结果、填表,忙得不亦乐乎。
思 考:“帧”是理解动画原理的一个重要概念。通过观察、分析、猜想、验证等系列活动,让学生充分认识动画形成的关键――帧的作用。
这个活动,一方面引发学生的兴趣,使他们的注意力始终集中在课堂上;另一方面创造条件和机会,让学生发表见解,发挥学生学习的主动性。学生很乐于参与到这种有小挑战、小趣味的活动中来。猜的结果并不重要,关键是分解了教学难点,使学生在紧张、愉悦的氛围中学习,在活动中积极主动地接受任务,学生得以深入理解动画形成的原理。
步骤五:反馈设计动画 巩固原理
我准备大量GIF动态图片,引导学生翻开记忆的相册,再现生活中的动态图片,包括QQ表情、网站收藏等。学生在浏览欣赏这些动态文件后,说出自己喜欢的图片,再从不同角度给它们分类,填写分类信息。学生在笑一笑的同时,会恍然大悟,原来曾经看到过的这些都是GIF动画文件。因为有了丰富的图片素材,关于分类学生仁者见仁、智者见智,开放度高,有多样的课堂生成可预期。
思 考:动画原理的学习在于记忆和理解,更在于应用。大量的动态图片让学生明白,动画存在于我们生活的方方面面,用动画可以更轻松、更形象地表达情感,在短时间内精准地传递信息,动画为我们的生活增添了无限的乐趣与可能,从而提升学生对动画原理、学习价值等的认识。其深层的意义是培养学生的分类思想与能力,可惠及他们对生活、学习的分类与管理。
步骤六:鉴赏前沿作品 升华原理
师生共同欣赏2015年上海GIF艺术作品展及法国街头的GIF动画,其作品之精妙,让学生发自内心地感叹,感悟与内化信息文化。
思 考:前沿作品展进一步开阔了学生的视野,对于动画原理的理解自然会更加细致而深入。通过以上六个步骤,充分调动学生的“知、情、意、行”协调地参与到学习中,让学生在生动趣味的课堂中,学得高兴、学得精彩。
在课本插图中,有的用有趣的卡通画、漫画等形式来呈现严肃、抽象的科学信息,以贴近学生已有认知结构;有的对物理模型进行形象描述;有的对重要物理实验与仪器进行简要介绍;有的介绍一些著名的物理学家;有的生动地体现出物理在生活中的实际应用;等等.
因此,在教学中,教师应灵活而巧妙地运用插图,全面提高学生的能力.
一、对照图文,培养学生的自学能
力
在教学过程中,知识传输是十分重要的,但学生的能力发展也不容忽视.对于初中生而言,其思维一般处在从形象思维至抽象思维的一个过渡时期.在物理教学中,因知识较为抽象,如物理概念、物理规律等,加之学生没有正确的学习方法,因此有些学生在物理学习上存在一定的难度.而课本插图,为形象性“物”与抽象性“理”、理论与实践构建了沟通平台.通过图文对照,可帮助学生更好地理解教材文本知识.
例如,在讲“直流电动机工作原理”、“汽油机工作原理”等知识时,教师可以引导学生对照书本上的相关插图,阅读有关知识,再指导学生拨弄模型,积极思考,使其从图至物,从静至动,体会其中所含规律,理解文本知识,把握物理规律,提高学生的知识获取能力和自学能力.
二、观图表述,提高学生的概括能
力
在物理教学中,有些物理概念与现象,需要学生抽象或概括.在面对说理题、叙述题时,学生往往缺乏精炼的语言,条理不清,论据不充分,缺少严密的推理.
可见,在物理教学过程中,教师应重视学生的语言概括能力,使其学会抽象与概括知识,而看图说话则是一个有效方法.在物理教材中,插图具有较强直观性,形象生动,同时能将连续实验加以分解,帮助学生反复观察,也可放大实验仪器部分以及一些实验现象,从而提高观察效果.通过观察插图,引导学生积极思考,让学生敢于发言,并依据插图实现言之有物,有理有据,逻辑分明.
例如,在讲“练习使用电磁继电器”时,教师可引导学生观察课本上关于控制电路与工作电路的插图,并让学生依据书本插图对电磁继电器的工作原理加以表述.对那些基础不好的学生,教师可为其提供参考提纲,引导表述:①控制电路有哪些任务?工作电路又有哪些任务?这两者电源的不同之处有哪些?②可以用什么来代替工作电路开关?③在工作电路中,触点开关是如何实现断开与闭合的?当学生根据教师提供的提纲表述后,可再展开综合叙述,同时教师对学生的表述应予以肯定与鼓励,以增强学生学习的信心.而对那些与实验相关的课本插图,教师可让学生表述有关的实验原理、实验所需仪器、实验步骤与方法及实验结论与注意事项.长期坚持下去,学生可脱离插图而独立表述,且条理清晰.
此外,在物理学习中,有些学生喜爱物理科学家不断探索、刻苦钻研的小故事,而有些学生喜欢利用已学物理知识分析自然中一些物理现象以及生活中物理知识的运用及其原理.对此,教师应予以鼓励,对学生在表述中显露出的错误或者不恰当的观点,教师可让学生交流、讨论,并让他们写写物理小论文,书面表达自己的观点、讨论结果,从而充分发挥学生的想象,促使学生积极思考,并提高学生的表达能力与概括能力.
三、依图实验,提高学生的实践能
力
初中阶段,学生通常对物理实验感兴趣.在实验教学中,有的学生由于没有全面把握实验步骤、实验方法等,在实验过程中手忙脚乱、条理不清,在物理实验现象的观察中,也只是停留于实验表面,没有发现其中的物理规律.因而,实验完成后,学生并不清楚实验原理以及实验结论,写出的实验报告不尽如人意.另外,有的学生喜爱物理小制作,但往往有始无终,半途而废.为了解决这些问题,教师可借助小实验、小制作相关的书本插图,考虑教学进程,结合学生的认知能力,选取一些较为简单的小实验与小制作,让学生认真观察插图,看清实验仪器或者器材构造,然后相互交流、讨论,把握实验步骤与关键环节,接着作好实验准备,明确实验方案,明确所需的实验仪器,而后动手实验或者制作.
关键词化学实验实验要素实验探究
实验是科学赖以产生和发展的基础,探究是科学发展和科学教育的有效途径。因此,实验和探究都是中学化学课程实施的重要方式。同时也是化学教学中教与学的重要精神和理念。实验教学能验证知识,加深理解,但它首先应是一种探索,以培养创新意识,可见,实验又是探究的重要载体,如何利用和开发现行教材中的实验开展探究,实现实验与探究的整合,是每一位化学教师力图思考并尽力解决的问题。
作为精神和理念,实验与探究是并存的,都是历来已久的;但作为教学和学习的方式,实验教学已经形成了较为完整的理论系统和实践体系。因此,依托实验教学的已有体系可以为实验探究开辟更广阔的天地。具体的化学实验在内容和形式上不尽相同,但一个相对完整的化学实验方案,一般包括实验课题、目的、原理、用品及规格、步骤和操作、现象和结果处理、讨论与交流[1]等基本要素。分析和研究实验要素可以为实验探究搭建更多的平台。
1实验目的:由“验证”向“探究”转化
实验目的是实验要素中的核心要素。这是因为,实验的目不同,实验的内容、手段和方法就不同。笔者认为,实验目的的转变是理念层面的转变,即给学生充分探索答案的机会[2]。在新课程实施的今天,学生仍然使用“实验手册”,这大大地减轻了师生设计实验方案的负担,同时也抹杀了学生充分探索答案的机会,也会导致一部分教师“有而无忧”的心理,形成“饭来张口、衣来伸手”的坏习惯,磨灭了再创造的机会。倘若教师有“实验手册”而学生没有,教师的再创造是完全可能的,学生探索的机会也会增大。
有些“实验手册”中的实验,虽有“探究”之名,而无“探究”之实,或由于“实验手册”的存在而丧失了探究的可能。如一个“探究乙醇的性质”实验的“思考与猜想”栏目中,设置了如下内容:写出乙醇和水的结构式,请猜测金属钠能否跟乙醇发生化学反应?你为什么做出这样的猜想?将一块金属铜片放在酒精灯火焰的外焰上灼烧,可能发生什么反应?反应中铜表现出什么性质?将灼热的表面变黑的铜片伸入盛有氢气的瓶中,可能发生什么反应?反应中氢气表现出什么性质?你认为乙醇是否具有还原性?将灼热的表面变黑的铜片立即放入无水乙醇中,可能发生什么现象?请你将你的猜想设计成一个化学实验加以证明。这一设置表明了编者的“良苦用心”,千方百计“引导”学生设计实验方案,但就是因为“过分的设计”和“手册的出现”(后续问题的导向作用)导致了探究很难达到预期的效果。
该实验的内容则是乙醇与钠和氧化铜两个反应,只要稍作分析:乙醇与钠反应表现出氧化性;与氧化铜反应表现出还原性。可见,乙醇的氧化还原性是并存的,实际上,这是绝大多数物质的通性。倘若以此出发,可以设置如下问题引导学生进行猜想和方案设计:①乙醇有没有氧化性和还原性?理由是什么?②怎样证明乙醇有氧化性或还原性?可以选择哪些化学试剂?通过这样的问题设计,其开放性大,探究的可能性就更大,即使在“手册”里预先呈现,也不会给学生以暗示。
2实验原理:由“单一”向“发散”转化
一般实验中,实验原理是事先给定的,教师也很难对实验原理进行干预或改变,但制备物质往往有不同的途径,不同的制备途径所应用的原理可能有所差别。因此,在物质制备实验中可以对实验的原理进行探究,从而设计多种实验方案,并进行合理的选择。如制备Al(OH)3的各种方案是基于不同原理的:
①Al3++3OH-=Al(OH)3;
②Al3++3NH3•H2O=Al(OH)3+3NH4+;
③AlO2-+H++H2O=Al(OH)3;
④2AlO2-+3H2O+CO2=2Al(OH)3+CO32-;
⑤Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3。
通过方案的设计、对比和分析,既巩固和拓展了知识,又使学生清晰建立Al(OH)3两性的概念。
又如,教材采用在沸水中滴加FeCl3的方法,利用加热促进FeCl3水解制取Fe(OH)3胶体:FeCl3+3H2O=Fe(OH)3(胶体)+3HCl。然后,引导学生思考:促进FeCl3水解的方法也不仅仅是加热,学生通过实验证明,将少量Na2SO3固体或溶液加入FeCl3溶液中同样也可以得到Fe(OH)3胶体,此法比教材实验更为方便,同时给化学实验寻找到更多的探究空间。
3实验装置:由“给予”向“创造”转化
化学实验中的实验装置往往是事先给予的,这不仅会导致学生对课本实验装置的僵化,同时也会对新的实验装置的解读产生困难,从而丧失了创新和创造的机会。化学实验装置往往由常见的玻璃仪器拼凑而成,一种任务可由不同装置完成。利用装置的分析解剖或技术改进创造新的实验装置,为实验探究找到了新的切入点和有效的途径。对具体装置的分析和研究中发现其存在的缺陷,设计新的装置来加以改进以创造更合理的装置。如气体发生装置、气体收集装置、尾气处理装置的改进和创造就是最为典型的例子。
通过对装置的改进和创造的探究,既让学生从原理上理解了装置的功能优劣,又拓展了视野,还培养发散和辐合思维,发展学生的创造性思维。通过气体收集装置的改进和改造,学生还总结出:收集密度比空气大的气体采用的装置是低进高出,收集密度比空气大的气体采用的装置是高进低出,排水法的收集装置实质上也是高进低出,这是由于气体的密度小于水的密度决定的。
实验装置的工业化又是装置有效探究的内容之一,如在氯碱工业装置的改进和创造过程中,不仅加深了学生对工业装置的理解,同时又明晰了科学技术发展的历程。
4实验步骤:由“指定”向“设计”转化
实验步骤是由实验假设和实验方案决定的,一个实验目的就有多种实验假设,会产生更多的实验方案,从而导致多种多样的操作步骤。而“实验手册”中却以“经典”步骤,把学生“做实验”的实践过程禁锢在“读实验”的文本对话中。教材需要“读”,实验也要“读”,实验在多重因素的影响下,自觉不自觉地走上了“只读不做”的大道。因此,有学者提出要突破和超越“读”的观念,强化对“做”的认识,在读与做之间寻求动态的发展,也许可以让科学教育走向一片更广阔的天空。
实验是“做”的良好机会,如果希望学生“做”,那必须给学生一定的“做”的自。例如,在探究氯水的漂白作用时,根据Cl2+H2O≒H++Cl-+HClO及H2O≒H++OH-和HClO≒H++ClO-可知氯水的成分主要有H2O、Cl2、H+、Cl-、HClO,还有极少量的ClO-和OH-,因此,对氯水中起漂白作用的微粒的假设是多样的,可能是一种微粒或多种微粒的共同作用,根据不同假设而设计的实验的方案也应该是多样的,学生选择实验的操作顺序则更应该是多样的。只有这样,实验的步骤才真正是学生自己亲手设计的。当学生亲手实践着自己的想法和设计,那是何等的享受啊!这是学生在“阅读”实验步骤时所无法享受的。
笔者认为,“实验手册”应该隐退为教师的教学参考用书,让学生有更大的实践自。在学生手里,应该是一张空白的实验报告单,这需要学生去书写、去创造。但这会给教师批改实验报告单带来很大的挑战,因为机遇与挑战并存,教师会迎接挑战;因为教育是为学生服务的,教师有责任迎接挑战;因为实验报告单是学生的作品,教师会学会欣赏。
5实验现象:由“事实”向“问题”转化
实验中,实际得到的理论预测的实验现象间存在3种关系:即完全一致,有些偏差,或截然不同。
如果实验现象与预测的截然不同,一般认为是基于不同机理导致的,教师往往会带领学生深入探究。如在进行Al的性质实验时发现,用除去氧化膜的Al片分别与H+浓度相同的稀HCl和稀H2SO4反应时,发现存在明显不同的现象:①跟稀盐酸反应快,产生气泡多;②跟稀硫酸反应慢,产生气泡很少。从而提出假设:①氯离子对反应有促进作用;②硫酸根离子对反应有抑制作用。并设计两种实验方案进行探究:①在稀硫酸中加入固体食盐,发现反应明显加快;②在稀盐酸中加入固体硫酸钠,发现反应几乎没有什么影响。最后得出结论氯离子对铝片跟H+反应有促进作用,这一探索结论与Cl-与Al3+形成配合物AlCl4-[4]从而加速致密氧化膜结构的破坏这一科学结论是一致的。:
如果实验现象与预测现象有些偏差,一般认为化学试剂的纯度原因,稍作解释以了事。实际上,这可能涉及更为广泛的反应机理,更有必要探究。如在盛有少量FeCl2溶液的试管中滴入数滴KSCN溶液(Fe2+不能使KSCN溶液变血红色),再向混合液中加入一定量的新制氯水时只有一点点浅红色,并没有预测中的血红色。这一探究活动中发现,滴加试剂的顺序不同会导致不同的实验结果,从而对操作步骤进行改进。
现实的问题往往是综合性的,化学实验中的意外现象、学生生活中遇到一些化学问题往往能开阔学生的思路,成为实验教学中的良好素材和探究起点。即使是与理论预测完全一致的结论也可以质疑。
6实验结论:由“确认”向“批判”转化
一般地,现象与预测吻合,结论与所学知识一致,这是实验成功的标志。笔者认为,这同样有推敲的必要性和可能性。如在比较酒精灯火焰温度的实验中,将一根小木条迅速平放入火焰中,1~2秒钟后取出观察[5],发现在外焰部分的木条被烧黑了,从而得出“酒精在外焰燃烧最充分,火焰中外焰温度最高”的结论。最新研究表明:酒精灯火焰温度的高低顺序为:内焰>外焰>焰心[6]。由此反思,小木条在酒精灯火焰中的炭化能否证明酒精灯火焰的温度高低?木材的炭化是一个复杂的化学过程,其炭化程度是由受热的温度、受热的时间和氧气的含量等多种因素共同决定。因此,木条的炭化程度不能反映酒精灯火焰温度的高低。从这一事例可以说明,即使是正确的结论也只能是相对正确的,科学是不断发展的,因此也有必要质疑,从而发展学生的批判性思维。教师决不能把教材的结论作为神圣的教条,而把自己和学生沦为书本的奴隶。学习和教学都需要质疑,有必要采用不同的方法和眼光进行阅读和思考,以免唯书本定势[7]。
上述6转化实现了3个层次的超越:首先,是理念层次上的超越,即实验目的由“验证”向“探究”转化;其次,是思维层次上的超越,实验原理由“单一”向“发散”转化突出了发散思维,实验现象由“事实”向“问题”转化和实验结论由“确认”向“批判”转化则突出了逆向思维和批判性思维;第三,是实践层面上的超越,即实验装置由“给予”向“创造”转化和实验步骤由“指定”向“设计”转化。因此,通过对各个实验要素进行方向性的调整都可以为实验探究搭建有效的平台。
然而,在实验探究过程中会遇到各种困难,以中学生所拥有的知识水平,很难得出完全符合实际的正确的结论,但这既是实验探究的特点,更是实验探究的精髓——注重结果更注重过程。
参考文献
[1]刘知新.化学教学论.第3版,北京:高等教育出版社,2004:160
[2]靳玉乐.探究教学的学习与辅导.第2版,北京:中国人事出版社,2003:186
[3]刘德华.“点击”学校课程:走在十字路口的科学教育,福州:福建教育出版社,2001:66
[4]北京师范大学无机化学教研室等编.无机化学.下册.第4版,北京:高等教育出版社,2003:674
[5]课程教材研究所、化学课程教材研究开发中心.义务教育课程标准实验教科书•化学•九年级上册.第2版,北京:人民教育出版社,2006:21
关键词:自主探究;生物教学;备课
检测生物组织的糖类和蛋白质是《分子与细胞》分册中一个重要的学生活动,该实验与学生的生活联系紧密,整体实验操作难度不高,容易引起学生兴趣。以往生物实验课教学侧重于实验的知识功能,实验多为验证性的实验,先由老师详细讲授实验原理、实验步骤,然后学生“按方抓药”完成实验,并不利于学生灵活运用能力、创造性解决问题能力的培养,不符合新课标的“倡导探究性”的教学理念。因此在本节课的教学设计中我明确提出要倡导自主学习、合作学习和探究学习,引导学生有效地、自主、科学地进行学习。在课例研究和改进过程中,我们也就紧紧围绕如何引导学生更好进行自主探究这个问题展开讨论。
围绕本节课的教学目的,我按照课前预习、课堂讨论、动手实验和展示讨论的基本思路进行了第一稿的教学设计。为了能够充分体现学生的自主探究,在课前预习中围绕实验整体操作布置了3道思考题:(1)本实验的实验原理是什么?(2)生活中哪些食物中含有还原性糖、淀粉和蛋白质,如何对实验材料进行处理?(3)在实验操作中哪些实验步骤值得你注意?思考题的设置旨在让学生通过自主阅读课本,理解实验原理和实验步骤,能理解实验材料的选择问题,以及对沸水浴的使用和双缩脲试剂添加顺序等操作引起注意,从而完成实验的预习。在课堂讨论环节,将课本实验改为探究性实验,对三种实验材料的检测就不再局限于每种只检测一次,这样仅梨汁一种样液的检测就包含三个小实验:梨汁中有没有还原性糖,有没有蛋白质,有没有淀粉。为了引导学生用探究性的思路进行实验,又将实验步骤用探究性实验方法设计好后以填空的形式展现给学生,实验分组和实验中的注意步骤也一并提示出来。实验结果以表格的形式要求学生填写,方便学生进行讨论交流。
在和备课组教师的讨论中,就有老师提出意见。将验证性实验改成探究性实验,让学生自主进行实验设计,并通过相互讨论完成实验,能够体现让学生自主学习的意图,又能落实高中阶段对于探究性实验设计的要求。但是为了能让学生在限定的40分钟时间内把实验顺利完成,就把实验设计思路用填空的形式展现给学生,其实是限制了学生的思路,尤其在分组上的提示等于暗示了本实验的设计思路,并不是真正意义上的自主学习,不能发挥学生的探究精神。教学活动是一项具有高度“情境特定性”的活动,可用不确定性和不可预测性来概括,必须因人、因事、因地、因时而制宜。教师更应尊重和鼓励学生独立思考,提倡多样化。换言之,实验课的重心不能只放在结果上,应更关注学生主动探索实验方法的过程,只有如此才有可能培养学生探究的能力。于是我对教学原有的实验设计过程进行了更改,删除了填空式的实验步骤,并对预习思考题进行简化。
第一节课上,由我引课后,学生回答预习的思考题。然后学生以2人为一组,针对预习时设计好的实验步骤进行讨论,并动手做实验。在这个环节中,为了实验的开放性,老师不加以任何的限制,让学生自己做,并请2组学生上台演示实验结果,得出实验结论。结果学生出现的问题有:实验步骤讨论阶段“有些小组根本不知道如何做这个实验”“不能正确区分验证性实验和探究性实验的不同,不能正确分组”“实验原理不清,设计步骤错误或者只能按照课本依样画葫芦”。在实验实施阶段,绝大多数学生“添加的试剂量随意,各试管不一”“加了试剂之后的试管相互混淆了,不知道原来加的是什么材料”。在实验结果展示阶段,上台发言的同学“不能完整描述今天他所作的实验分组理由和实验结果分析”。
课后,备课组进行了讨论,我对自己的课不满意而且困惑:这堂课学生学得比较被动,课堂讨论也不活跃。课堂纪律不是很好,很多学生兴趣不高,预习作业中的实验设计基本没有做。那有什么办法能使学生学得积极主动起来并自主进行探究?如何让学生在自主探究过程中落实实验操作的规范呢?
经过备课组老师讨论,我对教学设计进行第二次修改,尤其注意如何引导学生有序开展探究性实验的细节。首先删除了复杂的课前预习,而采用在黑板布置2个简明的问题:(1)阅读课本及实验册,简述实验原理。(2)尝试设计实验步骤,并能用画图法表示。然后调整了实验室的座位,由原来的2人一组改为4~5人一组,既能够增加实验讨论的方案种类,又能够提升学生相互交流探究的能力。为了让学生能够规范实验操作,如试剂的量和实验操作顺序,在晚自修布置预习要求时,向学生简要介绍了利用标签进行注释操作的方法。这样既能防止学生对试剂使用的错误,又方便在结果展示阶段学生的语言表述。
培养学生思维能力的主渠道是课堂教学的各个环节,教师要在各个教学环节中创造良好的思维环境,强调学生学习的主动性,发挥学生的主体作用,将学生的思维引导到最佳状态.这样不仅能让学生的化学学习效率事半功倍,更有利于学生掌握学习方法.
下面结合自己的教学实践谈谈在化学教学过程中学生思维能力的培养.
一、精心设计问题,激发学生思考
思源于疑,没有问题就无以思维.思维总是从解决问题开始的.在化学教学中,教师要提出启发性问题或质疑性问题,创设新异的教学情境,给学生创造思维的良好环境,让学生思考、分析、比较,加深对知识的理解.
设置问题时,要抓住教材的重点、难点和关键,问题的内容应潜伏着教材内容的内在联系和符合知识积累的逻辑顺序,一环扣一环,由浅入深,由简单到复杂,叩开学生思维的大门,使学生感到新颖,造成连续的思索,形成持久的内驱力,引起学生思想共鸣,活跃课堂气氛,有效地调动学生的思维积极性,这样可收到预想不到的效果.
二、建构思维阶梯,增强学习效果
教师通过精要、生动的讲解,由此及彼,由表及里,引导学生逐步接近知识结构.对于知识的讲授,无须讲求立论、讲解、分析、小结的完美程序,要知道这种完美的程序只对教师“完成任务”的自我感觉有用,甚至是一种变相的对学生不负责任.
教师必须把主要的精力放在捕捉学生学习障碍和思维的灵感方面,并及时开导启发,激发学生的学习动机,让学生沿着思维的阶梯,在教师有效的引导下,自觉地发现、掌握知识,从而调动他们潜在的勇气、胆识,培养他们的能力.教师必须转变备课只熟悉教参和教材、上课“照本宣科”的轻备课、重授课的教学思路,确立重备课、活课堂的教学思路.教学课标和教材所规定的教学内容,仅仅为教师提供了教学的基本线索,教师在备课过程中不仅要熟悉教学内容,而且要着重掌握教学课标所规定的学生的认知和能力培养目标,围绕这一目标,广泛搜集现实的材料,设定使用的媒体和教学方法,并使之与教学内容有机结合.扎实、科学、全面的备课,将会使课堂教学厚积薄发、游刃有余.
三、通过化学实验设计,培养学生的思维能力
1.通过实验反应原理培养学生的思维能力
“实验原理”即是反应原理,指的是每个具体的化学实验,反映了或说明了或推断了什么样的物质发生何种变化的理论.可以从以下问题引发学生思考:①变化实质——选用哪些化学物质(有时还应进一步分析为什么要选用这些物质)?发生什么特征的反应?属于何类型的变化?结果如何?为什么得这样的结果?②定量关系——反应物之间采用怎样的物质的量(质量、体积或粒子的数目)的关系?为什么要采取此种定量关系或过量关系?③反应条件——实验时应选择怎样的物质的状态,变化温度,压强或催化剂?为什么要选择这样的条件?
2.通过装置原理培养学生的思维能力
“装置原理”指的是为了达到某个具体实验的目的,应当选择的何种仪器、何种设备、采用何种组合连接方式,可以从以下引发思考:①仪器选用——根据实验原理,对特定的反应物或生成物,应选用哪种量取,混合反应,加热,除杂质,检验,干燥,收集,吸收,分离,缓冲(安全)的仪器?为何选用这些仪器?②配套组合——根据实验需要选用仪器的大小,规格,应怎样协调,塔配?为何这样?能否做某种调节或代用?③连接顺序——为达到良好的实验效果,选用的仪器应采取怎样的连接顺序和安装与拆除的先后顺序为何要这样?不遵守此顺序会带来何不良后果?
3.通过操作原理培养学生的思维能力
“操作原理”指的是根据具体的实验目的和仪器,进行实验操作活动的理由.可以从以下方面进行:①操作步骤——为达到某实验目的,应当经过哪些操作步骤?这些步骤先后顺序如何确定?为什么要经过这些步骤?为何要安排这种顺序?省略或调动这些步骤会有何影响?②注意事项——实施某个实验步骤时应注意能做什么和不能做什么?原因何在?③安全措施——实验过程可能会出现哪些事故?如何防止?万一出事故应如何处理?依据何在?
【关键词】实验 培养 思维 方法
化学是一门以实验为基础的自然科学,实验教学能为学生正确认识物质及其变化规律提供实验事实,它具有目的性、探索性、现实性和易感知性。化学课程标准中强调指出:“实验教学可以帮助学生形成化学概念,理解和巩固化学知识,培养学生能观察现象、分析问题、解决问题,初步掌握一些常用的化学实验技能,培养学生实事求是、严肃认真的科学态度和科学方法。”因此,化学实验是化学教育的一种最有效的教学形式,它可以帮助学生获取化学知识,培养科学素质。所以在实际教学中,教师应该重视化学实验教学,以提高化学实验教学质量。本人认为要提高化学实验教学质量,在实验教学就应该注意培养思维方法。对此谈一下我的几点看法。
一、通过演示实验,培养学生的思维能力
演示实验为学生提供感性认识材料,并在此基础上引导学生探求新知,学生在观察的同时便会伴随积极的思考,它是训练学生创造思维的重要契机。所以教师应善于利用从演示实验的现象中所获得的感性材料,引导学生进行“去粗取精,去伪存真,由此及彼,由表及里”的思维加工,经过科学的抽象,形成概念,进一步作出判断,进行推理,从而实现由感性认识到理性认识的飞跃。起初在做演示实验时,应注意把每个演示操作交代清楚,同时要说明道理,即为什么要这样做。比如在演示氧气的实验室制取时,若教师只告诉学生怎样做,这是不够的,因为学生不明白为什么要这样做,因而只能硬记。如果教师先根据实验室制取氧气的原理,说明为什么要采用课本中的气体发生装置--固体反应需要加热的气体发生装置;第二根据氧气的物理性质来说明为什么要用排水或用向上排空气法收集氧气。这样一来,学生容易记住实验的现象和内容,以后在遇到气体制取实验时,就懂得应根据下列几个方面熟练地运用到化学实验中去:(1)先根据实验原理选择气体发生装置;(2)根据气体的性质选择收集装置。从中培养了学生围绕着具体的实验内容有针对性地进行思考,展开思维训练活动,培养学生的逻辑性思维能力。
二、通过设计实验,培养学生的思维能力
在学生具备了一定的化学基础知识、掌握了一定的化学实验操作技能的基础上,教师应有目的地设计一些实验习题(也可用课后的实验习题),要求学生按照实验目的要求,根据已学过的实验原理和方法,设计出实验方案,同时对学生的实验操作提出具体要求。这是对学生进行科学训练,培养实事求是、独立思考、开拓创新的一种途径。
例如:在学习到二氧化碳的性质和制取时,要求学生设计有关二氧化碳的制取和性质的实验方案。这时可引导学生思考下列问题后再进行设计:(1)实验室用什么试剂制取二氧化碳气体,反应的条件是什么?(即实验原理是什么?)(2)根据实验原理应该采用什么样的气体发生装置、收集装置、性质实验装置?(即为了达到具体实验的目的,应当选用何种仪器、设备。)(3)应当经过哪些操作步骤?这些步骤先后顺序如何确定?为什么要经过这些步骤?
学生根据这些问题设计出具体的实验方案,经过教师审查,然后让学生独立进行实验。同一实验习题可能会有不同的实验设计方案,都可以让学生去实践,并相互交流,比较各自方案的优缺点,以开阔学生的眼界。上面所提出的问题是从化学实验的整体来阐述的,从而引发学生展开思维活动。在实际实验中应抓住某些侧重点展开思维训练,引导学生从某些典型的实验探索入手,上升到一般性、规律性的认识,逐步提高学生思维品质的层次。
另外,教师要多鼓励学生设计实验,可通过课本上的实验习题、历年中考中的实验题以及学生根据自己的意愿设计出的实验习题的练习。对学生提出的设计方案,只要有新的实验改进和设想,甚至还不够完美,都要让他们去试一试。最后,教师还要做好实验后的总结,指出学生实验方案的优劣,使学生的理论知识得到巩固,逐步使学生掌握设计实验的要领和规律,指高设计实验的能力,从中培养了学生逻辑思维能力、抽象思维的能力和创造性思维的能力。
三、通过课外小实验培养学生的思维能力