美國生物教材中的探索類實(shí)驗.doc

美國生物教材中的探索類實(shí)驗 生物學(xué)是立足于實(shí)驗基礎(chǔ)上的一門自然學(xué)科。生物學(xué)實(shí)驗正是使學(xué)生認(rèn)識、經(jīng)歷科學(xué)的研究歷程，領(lǐng)悟科學(xué)家的思想觀念、科研方法和過程，也是使學(xué)生逐漸建立起科研意識，并潛移默化地影響其思維和決策，形成良好的情感態(tài)度與價值觀的過程。因此，在生物學(xué)教材中實(shí)驗是必不可少的。1BIOLOGYVisualizing life教材概述美國的生物教材，在實(shí)驗的安排和設(shè)置上不僅兼顧到對學(xué)生基本技能的培養(yǎng)，而且還很注重培養(yǎng)學(xué)生的探究意識和科學(xué)素養(yǎng)。以1998年HOLT公司出版的BIOLOGYVisualizing life教材來說，全書共分為6個單元：生命研究；生命延續(xù)；環(huán)境；生物多樣性；動物王國；人類。共計35章，設(shè)置了34個實(shí)驗。由于教材注意科學(xué)的現(xiàn)代性、實(shí)用性和實(shí)踐性，因此所設(shè)置的實(shí)驗與社會、實(shí)踐的聯(lián)系非常緊密。6個實(shí)驗不僅是簡單的、驗證性的，同時也安排了有一定難度、富有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗活動。這些實(shí)驗分為三大類：1.1探索類（Exploration）:通過此類活動學(xué)習(xí)基本技能和技術(shù)，共18個實(shí)驗。例如，制作生態(tài)系統(tǒng)模型；測定食物中的營養(yǎng)等。1.2調(diào)查類（Investigation）：通過此類活動使學(xué)生用學(xué)科的技能來解決實(shí)際問題，共10個實(shí)驗。例如，ABO血型的分類醫(yī)院的迷惑；分析荷爾蒙的影響受污染的泉水。1.3交互式探究類（Interactive exploration）:此類活動通過使用計算機(jī)以新的方式預(yù)見和控制生物的生理活動，共6個實(shí)驗。例如，光合作用；囊性纖維化。這三類實(shí)驗中探索類約占55.6%，這類實(shí)驗內(nèi)容有點(diǎn)類似于我國的學(xué)生實(shí)驗，但又有所不同，雖然同樣是通過相對簡單的實(shí)驗來訓(xùn)練學(xué)生的基本技能和技術(shù)，但美國教材的實(shí)驗與實(shí)際的聯(lián)系比較緊密，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，從而更好地把學(xué)生培養(yǎng)成社會中的一員。這類實(shí)驗不僅包括了實(shí)驗材料、實(shí)驗原理、實(shí)驗過程、實(shí)驗分析等固定的欄目，而且還設(shè)置了實(shí)驗背景和實(shí)驗應(yīng)用等欄目。2BIOLOGYVisualizing life教材案例探索類實(shí)驗是實(shí)驗的主體。進(jìn)行其他實(shí)驗所需要的各種技能和技術(shù)正是通過此類實(shí)驗習(xí)得的。下面就介紹此類實(shí)驗的2個例子。21制作細(xì)胞膜的模型實(shí)驗背景：一家制造公司將出售一種新型的透析管（由半透膜制成的）。該公司比較擔(dān)心這種透析管的孔徑可能比較大而起不到選擇作用。如果該透析管不具備選擇透過的能力，公司就無法將其用于銷售。你的工作就是檢測這種透析管是否具有選擇透過性。實(shí)驗過程：（1）戴上安全護(hù)目鏡，穿上實(shí)驗服。（2）取8根干凈的試管，分別貼上標(biāo)有“1”“8”字樣的標(biāo)簽。取2只250ml的燒杯，分別貼上標(biāo)有“1”“2”字樣的標(biāo)簽。（3）在試管1、2中各加入5ml淀粉溶液，在試管3、4中各加入5ml葡萄糖溶液。（4）在試管1、3中各加入兩滴魯戈爾試劑（Lugolsiodine試劑）。在試管2、4中各加入10滴本尼迪特試劑（Benedicts試劑），并將這2只試管放入沸水中水浴5min。觀察4只試管中溶液的變化。（5）在2只燒杯中各加入150ml的水。在試管5、6中各加入燒杯1中的水5ml，分別用魯戈爾試劑和本尼迪特試劑檢測；在試管7、8中各加入燒杯2中的水5ml，同樣用這兩種試劑檢測。記下結(jié)果，倒凈試管中溶液，并清洗數(shù)次。 （6）從老師那兒領(lǐng)取兩根15cm的透析管（半透膜做成的管），如圖1所示在一根管的底部打結(jié)，打開管的另一端，注入一定量（例如10ml）葡萄糖溶液，用一根細(xì)繩輕輕地在另一端系上作成一個包。用清水漂洗這個葡萄糖溶液透析包，再將它放入燒杯1中。然后用同樣的方法做一個淀粉溶液透析包，用清水漂洗后放入燒杯2中。（7）15min后。重復(fù)步驟（5）。（8）根據(jù)老師要求整理實(shí)驗用品。打掃實(shí)驗室。離開前注意洗手。實(shí)驗應(yīng)用：（1）仔細(xì)思考：為什么滲透管可以用作細(xì)胞膜模型?如何判斷燒杯中的水是否進(jìn)入到透析包中?（2）聯(lián)系職業(yè)：調(diào)查一下為病人實(shí)行腎透析的醫(yī)師操作一臺血液分析儀所需的訓(xùn)練和技能，思考半透膜是如何應(yīng)用在這種儀器中的。22測量一個生理過程的速率實(shí)驗背景：假如你是一個環(huán)境設(shè)計師。有一個想出售以溫室為特色的花園。因為明亮的色彩可以吸引顧客。其次有色塑料能大量減少光線進(jìn)入溫室，從而保持溫室的涼爽。所以他想使用明亮顏色的塑料做溫室的建筑材料。但他知道光線顏色會影響光合作用的速率。所以委托你設(shè)計。你的工作是決定哪種顏色塑料能使光合作用的速率達(dá)到最高。實(shí)驗過程：（1）戴上安全護(hù)目鏡，穿上實(shí)驗服。（2）用125ml水加入25ml溴酚藍(lán)指示劑配成溶液。用麥稈向溶液吹出你呼吸的氣體，直到溶液變黃。注意不要讓溶液吸入口中。將該溶液裝進(jìn)5根大試管，每根試管的液面距管口3cm，將它們放在試管架上。（3）取5個帶玻璃管的塞子，在插進(jìn)塞子的每一玻璃管中注入一小段具有顏色的無毒液體，且確保它們在塞子的上端。（4）選擇5根健康的、綠色的且生長在亮光中的Elodea（一種藻類）的枝條，每一枝條長約8cm左右，在每一大試管中浸沒一根枝條，用塞子塞上試管。如圖2所示。（5）每個大試管用不同顏色的玻璃紙（紅、藍(lán)、綠、黃和無色）以相同層數(shù)完全包扎起來，把包扎后的試管放在試管架上，把架子置于亮光下，30min后測量塞子上玻璃管中的液體移動了多少，記錄數(shù)據(jù)。（6）取下試管上的玻璃紙，記錄試管中溶液的顏色。（7）根據(jù)老師要求整理實(shí)驗器具。打掃實(shí)驗室。在離開前注意洗手。實(shí)驗應(yīng)用：（1）仔細(xì)思考：是否可以通過其他的實(shí)驗給你的顧客以更好的建議?（2）聯(lián)系個人：可見光中含有大量的紅光，熒光中含有大量的藍(lán)光。哪種光線能提高室內(nèi)植物的光合速率?請解釋原因。（3）聯(lián)系職業(yè)：環(huán)境設(shè)計師的工作是研究環(huán)境對生物的影響。調(diào)查一下成為一名環(huán)境設(shè)計師所需的訓(xùn)練和技能，以及他們所從事工作的類型。3實(shí)驗特色分析3.1從實(shí)驗的設(shè)置來看，在操作前都給出一個具體的生物情境，給學(xué)生一種身臨其境的感覺，加深對學(xué)生的刺激，使學(xué)生將實(shí)驗與實(shí)際相結(jié)合，教會他們?nèi)绾尉唧w問題具體分析。因此學(xué)生學(xué)得很主動、輕松，并且通過實(shí)驗對所學(xué)的知識印象深刻、理解透徹、經(jīng)久難忘。尤其這些生物情境都與某種職業(yè)有關(guān)，可以使學(xué)生了解到這種職業(yè)，對他們將來的就業(yè)選擇起到一定的指導(dǎo)作用。第一個實(shí)驗雖然過程簡單，但是有了一個特定的生物情境之后就有了一定的深度，使一個簡單實(shí)驗有了實(shí)用性，提高了學(xué)生運(yùn)用理論聯(lián)系實(shí)際的能力。而且這種具有情境的實(shí)驗類似于角色扮演的游戲，有一定的趣味性，容易提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。第二個實(shí)驗較難想到光合作用的速率與現(xiàn)實(shí)生活中的聯(lián)系，而這樣一個簡單情境的給出擴(kuò)大了學(xué)生的視野，使他們了解到環(huán)境問題不僅指污染、人口等，還包括更大的范圍，因而對環(huán)境工作者的職業(yè)了解更全面，從而既提高了他們的科學(xué)素養(yǎng)，又加深了學(xué)生對某種特定職業(yè)的了解，有利于將來的社會就業(yè)。在此實(shí)驗中，測定的光合作用的速率是產(chǎn)氧速率，因為只是比較哪種光能促進(jìn)光合作用，所以測定的是相對速率。它通過測定玻璃管中溶液的移動這一具體過程來測定所產(chǎn)生的氧氣，使學(xué)生能簡單具體的比較光合作用的速率。在實(shí)驗的設(shè)計上，又比較注重科學(xué)的思維方式。通過在試管上包上不同顏色的玻璃紙，從而給以不同的單色光這樣一個簡單的物理方法，就解決了實(shí)驗中的變量問題，同時啟發(fā)學(xué)生發(fā)散性思維，不要被學(xué)科、時間或空間所局限。另外，這個實(shí)驗將光合作用和呼吸作用形象地聯(lián)系起來，如果通過這個實(shí)驗再去講解光合作用和呼吸作用的聯(lián)系及區(qū)別，就會化抽象為具體，化平淡枯燥為生動有趣，使難變易，加深學(xué)生理解，取得較好的學(xué)習(xí)效果。32從實(shí)驗的應(yīng)用來看，它通過“仔細(xì)思考”達(dá)到對實(shí)驗的進(jìn)一步分析，鍛煉學(xué)生的發(fā)散思維。例如第一個實(shí)驗名為“制作細(xì)胞膜作用的模型”，而實(shí)驗過程測的是透析管的選擇透過性，它通過實(shí)驗應(yīng)用使學(xué)生思考“為什么滲透管膜可以當(dāng)作細(xì)胞膜模型”，使實(shí)驗變得完整。第二個實(shí)驗的“仔細(xì)思考”則是鍛煉學(xué)生考慮問題不要局限于一點(diǎn)，要多思考。而聯(lián)系職業(yè)則要求學(xué)生自己去探究關(guān)于某種特定職業(yè)所需的訓(xùn)練和技能，從而加深對此種職業(yè)的了解。美國中等教育所擔(dān)負(fù)的三重任務(wù)之一是提供一種使用的職業(yè)技術(shù)訓(xùn)練，也就是為了培養(yǎng)能在社會中生存的人。因此教材很注重對學(xué)生的就業(yè)指導(dǎo)，學(xué)生通過學(xué)習(xí)可能對某種職業(yè)產(chǎn)生興趣，他們自己再通過一些探究了解這種職業(yè)，這對他們將來的就業(yè)具有一定的指導(dǎo)作用。教材的探索類實(shí)驗使學(xué)生體驗了生物科學(xué)工作者的性質(zhì)，從中學(xué)到科學(xué)的思維和研究的精神，并且所設(shè)計的一系列實(shí)驗不僅注意到學(xué)生能力的培養(yǎng)，而且