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1、初中生物模拟实验的设计与实践作者:dwh 来源:佛山市教育装备 录入:dwh 字体: 【发表评论】佛山市顺德一中德胜学校 528333 杨小梅 摘 要 生物学是一门以实验为基础的自然科学。实验教学是生物教学的一个重要组成部分。随着新课标的实施，模拟实验在生物教科书中频频出现。国家生物课程标准指出，实验设计应多样化，可因地制宜地开展一些模拟实验。由于生物学中很多研究对象直接用来进行实验非常困难或者不可能，加之模拟实验在某些方面的优越性，因此，作为真实生物实验的补充，模拟实验已成为中学生物教学的一种重要教学方法。初中生物教学中模拟实验的开展，有利于学生深入理解相关的重要生物学概念，对进一步提高教育
2、教学效果，促进教学方式和学生学习方式的转变是一次有益的尝试。关键词：初中生物教学；模拟实验；教学设计 全日制义务教育生物课程标准（实验稿）中明确提出课程理念是：面向全体学生着眼于学生的全面发展和终身发展的需要；提高生物科学素养；倡导探究性学习，力图改变学生的学习方式，引导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，逐步培养学生收集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力等，突出创新精神和实践能力的培养1。这一理念的提出，为模拟实验开发与实施创造了良好的条件和氛围。因此，在全日制义务教育阶段对学生实施模拟实验教学不仅仅能让学生学习实验的方法和过程，更重要的是通过实
3、验，进一步培养学生探索与发现的能力，最终使初中学生的科学素养得到一定的提高2。 中学生物课程中模拟实验的运用, 是生物学课程改革的一个大胆尝试, 也是转变继承性教学思想, 树立创造性教育观念, 培养具有系统思维, 实践能力和创新精神的复合型人才的一项有力措施。这项措施必将推动初中、高中生命科学教学改革, 有力地促进青少年科技活动的深人开展。将课本中难以理解的内容以及不可能做的实验, 设计成构造模型或者模拟实验, 将抽象的知识形象化, 让学生动手操作, 感悟、体验生物结构和生命运动历程。 一模拟实验 1模拟实验的定义 模拟实验是指“根据相似性原理通过模拟的方法制成研究对象的模型，用模型来代替被研
4、究对象，模拟研究对象的实际情况来进行实验的研究活动” 3。生物学八年级上册是这样解释的“在难以直接拿研究对象做实验时，有时用模型来做实验，即模仿实验对象制作模型，或者模仿实验的某些条件进行实验，这样的实验叫做模拟实验。模拟实验也是科学研究中常用的一种方法4。从教育的本质上来说，模拟实验就是利用这些“模拟”的，或者说与研究对象具有某种“相似性”的实验材料，通过开展学生实验的手段，让学生来学习模型方法。 2模拟实验的基本特点 （1）直观性 与直接实验一样，模拟实验具有生动直观的特点。模拟实验还可以将许多抽象的概念、原理转化成直观的现象进行类比，使人们便于理解和接受。 （2）经济性 模拟实验所使用的
5、模型是原型事物的替代物，我们要求它在某些方面与原型具有相似性，在多数情形下，对它的线度、强度、制作精度以及结构的复杂程度等方面都可以降低要求，使之降低造价。尤其是对于教学，我们身边的许许多多的瓶瓶罐罐，都可以在模拟实验中派上用场。 （3）易控性 控制是实验的灵魂，模拟实验含有更多的人为因素，受到自然条件的限制相对较少，因此也就更容易被实验者控制，使实验沿着实验者所设计的方向进行。 （4）广泛性 模拟实验是一种间接的类比性实验，无论是宏观天体还是微观粒子，无论是漫长的过程还是短暂的瞬间，都可以转化成模型进行研究。所以具有十分广泛的应用领域。 3模拟实验与真实实验的关系 虽然模拟实验具有直观性、经
6、济性、易控性等特点，但必须强调的是，模拟实验决不能绝不能取代真实实验。因为真实实验的优势是模拟实验所无法做到的。在自然条件下，真实的实验有很多的不确定性和偶然性，这种不确定性和偶然性可能左右着实验的成败。因此，真实的实验不仅能使学生获得成功的体验，有时还能使学生获得失败的教训。此外，真实实验通过对实物的观察、触摸、解剖等，使学生获得丰富的感性认识，并留下深刻的记忆。在实验过程中，还可以培养学生的观察实践能力和各种实验技能，激发学生的学习兴趣，为教学目标中的知识目标、能力目标、情感目标的落实提供内容与形式的支撑。显然，这是模拟实验所无法比拟的。所以，模拟实验是一种间接的实验，它只是直接实验的一种
7、补充。 然而，真实实验也不能代替模拟实验。因为，如果在用原型客体直接实验不经济、不可能、不适宜或效果不好时，这时模拟实验的优势就突显出来了。它可使事过境迁或稍纵即逝的自然现象或过程在实验室重现,可将现象简化或进行时空的放大、缩小,可对那些既不能打开,又不能从外部直接观察其内部状态的系统进行研究。因此，模式实验与真实实验的关系是相互补充，不可相互替代的。 4模拟实验教学的研究 模拟实验的研究已经渗透到很多领域，如物理、地理、计算机、化学、生物学科等学科。从教育的本质上来说，模拟实验就是利用这些“模拟”的或者说与研究对象具有某种“相似性”的实验材料，通过开展学生实验的手段，让学生来学习模型方法。模
8、拟法是通过设计与原型(自然现象或过程)相似的模型,并利用该模型来间接地研究原型规律的方法。它随着生产和科学技术的发展而发展，是人类认识世界和改造世界最基础的方法之一。所谓“模型方法”是以研究模型来揭示实验，其目的就是要学生通过模型对象的类似物来认识对象；从实验形式上看，模拟实验似乎不是“实验”，它的操作过程就像是发生在人们日常生活中的一件事情那样平平常常，只不过是让学生做游戏或者作手工劳动而已5。 模拟实验是一种全新的学生实验。此法应用于生物教学，可使事过境迁或稍纵即逝的自然现象或过程在实验室重现，可将现象简化或进行时空的放大、缩小，可对那些既不能打开，又不能从外部直接观察其内部状态的系统进行
9、研究。特别是解决那些尚无简单有效的仪器可演示的实验，模拟法则成了一种重要的辅助手段6。 二模拟实验教学的设计与实践 模拟试验是根据相似性原理通过模拟的方法制成研究对象的模型, 用模型来代替被研究对象, 模拟研究对象的实际情况, 来进行实验研究7。由于生物学中很多研究对象直接用来实验很困难或者不可能, 因而模拟实验成为生物学中一个重要的方法。根据实验结果的属性及实验过程的感受, 通常也将模拟实验分为现象模拟实验、过程模拟实验、探究模拟实验和仿真模拟实验8。在教学实施过程中，我系统归纳了初中生物课程可进行模拟实验教学的渗透点，以小组合作学习为主要形式，在生物课堂开展模拟实验教学，设计了模拟生男生女
10、的奥秘、探究酸雨对生物的影响、模拟保护色的形成过程、模拟血型的鉴定等多个典型的模拟实验教学案例。如： 模拟实验一 模拟血型鉴定人教版生物学实验教材七年级下册第四章第四节的内容是“输血与血型”。血型和输血是学生非常关注的问题，但由于血型鉴定可能会造成血液传播疾病的感染，国际上许多国家都禁止在中学阶段直接采集人血进行教学实验。为了让学生能直观地理解输血时不同血型的血液互输可能发生红细胞凝聚成团，从而阻碍血液循环，甚至引起死亡。在教学过程中，对照班在“输血与血型”这一环节处理上，采取的是讲授法的教学方法，让学生了解输血应遵循的原则。鉴于输血和血型的关系是比较难理解的知识点，为了让学生“不仅要知其然，
11、更要知其所以然”，在实验班的教学过程中，根据对教材的理解与把握，设计了“模拟血型鉴定”的案例。 1 活动目标 （1）知识目标：理解输血和血型的关系。 （2）能力目标：通过引导学生分析资料和讨论，设计实验方案，培养学生的科学思维能力；通过模拟血型鉴定的实验，培养学生自主探索、合作学习、分析问题、解决问题的能力；通过布置课外作业，培养学生带着问题查找和搜集生物学信息的能力。 （3）情感态度与价值观：通过分组探究活动，培养学生的合作意识和科学态度；通过资料的收集，理解和赞同我国的无偿献血制度。 教学重点和难点： 通过模拟血型鉴定的实验，理解输血和血型的关系，同时培养科学的态度。 2 教学过程1课前准
12、备：自制的课件、模拟配制的血液和血清（如下表）、载玻片、滴瓶等。表1 模拟血型的鉴定血液血清血液类型替代溶液血清类型替代溶液A型0.02 mol/L Pb(NO3)2，硝酸铅A型0.02 mol/LAgNO3，硝酸银B型0.02 mol/ L BaCl2，氯化钡AB型上述“A型血”和“B型血”等量混合B型0.02 mol/L NaI，碘化钠O型蒸馏水2教学过程： 分析资料投影仪打出内容资料1：1990年，奥地利医生卡尔用几位同学的血液交*混合，发现一些红细胞和血浆之间发生反应，也就是说某些血浆能使一些人的红细胞发生凝集，但对另外一些人的红细胞没有这种作用。 资料2：两种血清与不同血型的血液发生
13、的反应现象如下表：表2 模拟血液和血清的凝集反应A型血B型血O型血AB型血A型血清无沉淀有沉淀无沉淀有沉淀B型血清有沉淀无沉淀无沉淀有沉淀 原理：“血液”和“血清”反应，有沉淀产生表示会发生凝集反应。 接下来让我们根据以上材料提供的信息完成一项活动。先看情景： 创设情景一次意外事故，有四名伤员因失血过多处于昏迷状态，必须马上输血。 学生思考问题如何鉴定四人血型？请各小组根据上面表格中的资料和桌面提供的实验材料（模拟的四人血液、两种血清、四块玻片）设计实验方案，并做好分工。 实验探究各小组设计好自己的方案后开始实施操作。同时投影仪打出注意事项： 1. 操作过程中，滴管不能碰到玻片，用后放回原来瓶
14、中。 2. 此为模拟实验，观察是否有沉淀现象。 3. 及时记录。实验过程中教师巡视、观察、指导，留意有代表性的不同方案、操作、分工、结论。方案：将四块玻片竖着放一排，两瓶血清放一边。在每块玻片上分别滴两滴相同的模拟血液，再分别在上面滴两种血清，观察是否有沉淀产生，做好结果记录。对照表格，鉴定四人血型24。有沉淀用“+”表示，无沉淀用“”表示。表 3 鉴定血型赵钱孙李A型血清B型血清血型鉴定A型血B型血AB型血O型血应接受的血液A型血B型血AB型血O型血 课外延伸 无偿献血是公民应尽的义务，也是一种高尚的行为。中华人民共和国献血法对献血者的年龄和健康状况有什么要求？献血会影响健康吗？这些问题请各
15、小组课后到献血站访问或通过网上查询等方式收集相关的资料，并与家人、同学交流。我们来比一比哪个小组收集到的资料最多，宣传的面最广！ 模拟实验二 模拟探究生男生女的奥秘 人教版生物学八年级下册第七单元第二章第四节的教学内容是人的性别遗传。其中关于生男生女几率均等这一知识点，是本节课的教学重点和难点。这一节也是八年级学生心理上具有重要教育意义的一课。上好这一课，无疑对学生高尚情操的培养、人生观的形成，以及良好社会道德感的养成具有重要作用。在对照班的教学过程中，采取的教学方法是讲授法，结合课本提供的插图进行相关的讲解。对于此知识点在实验班的教学过程中，根据对教材的理解与把握，精心设计了以探知人的性别差异为主线，通过小组讨论、全班讨论、模拟探究实验等生动活泼的教学活动，让学生理解生男生
