初中生物模擬實驗的設(shè)計與實踐111

1、對于在教學(xué)一線工作的老師們，可能會有一部分老師對于今天我們要共同探討的“模擬實驗”都存在著一定的誤區(qū)，對于教材中出現(xiàn)的相關(guān)模擬實驗認(rèn)識都不是很深，在日常的教學(xué)活動中相對于觀察實驗、探究實驗等并不重視，常常為了趕進(jìn)度忽略它的存在，覺得耽誤課堂時間，又不太好管理課堂，不就是讓學(xué)生動手做手工？或者一起做游戲一樣。對學(xué)知識沒有什么大的幫助。在日常的教學(xué)積累中，我也是對初中教材中的模擬實驗進(jìn)行過嘗試、改進(jìn)和逐步探索的過程，今天在這和大家一塊來學(xué)習(xí)，分享我在教學(xué)中積累的一點點小經(jīng)驗或者說是小收獲吧！也希望在座的老師們也把自己在教學(xué)中獲得的想法和創(chuàng)新跟大家一起分享一下，相互交流，共同進(jìn)步。我校的課題研究的課

2、題是： 我們生物教研組針對我們的學(xué)科特征，確立的子課題是： 。所以在初中生物的各類實驗組內(nèi)老師都在不斷地進(jìn)行探索和研究，不管是探究實驗還是觀察實驗，以至于被老師們經(jīng)常忽略了的模擬實驗，對于初中階段學(xué)生的生物素養(yǎng)以及知識的提高都有著不同的價值和意義。初中生物模擬實驗的研究與教學(xué)策略全日制義務(wù)教育新生物課程標(biāo)準(zhǔn)中明確提出課程理念是：面向全體學(xué)生著眼于學(xué)生的全面發(fā)展和終身發(fā)展的需要；提高生物科學(xué)素養(yǎng)；倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，力圖改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)生主動參與、樂于探究、勤于動手，逐步培養(yǎng)學(xué)生收集和處理科學(xué)信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力，以及交流與合作的能力等，突出創(chuàng)新精神和實踐能力

3、的培養(yǎng)。這一理念的提出，為模擬實驗開發(fā)與實施創(chuàng)造了良好的條件和氛圍。因此，在義務(wù)教育階段對學(xué)生實施模擬實驗教學(xué)不僅僅能讓學(xué)生學(xué)習(xí)實驗的方法和過程，更重要的是通過實驗進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生探索與發(fā)現(xiàn)的能力，最終使初中學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)得到進(jìn)一步的提高。中學(xué)生物課程中模擬實驗的運用, 是生物學(xué)課程改革的一個大膽嘗試, 也是轉(zhuǎn)變繼承性教學(xué)思想, 樹立創(chuàng)造性教育觀念, 培養(yǎng)具有系統(tǒng)思維, 實踐能力和創(chuàng)新精神的復(fù)合型人才的一項有力措施。這項措施必將推動初中、高中生命科學(xué)教學(xué)改革, 有力地促進(jìn)青少年科技活動的深入開展。將課本中難以理解的內(nèi)容以及不可能做的實驗, 設(shè)計成構(gòu)造模型或者模擬實驗, 將抽象的知識形象化, 讓學(xué)

4、生動手操作, 感悟、體驗生物結(jié)構(gòu)和生命運動歷程。一、模擬實驗的定義及特點：1、模擬實驗是根據(jù)相似性原理通過模擬的方法制成研究對象的模型，用模型來代替被研究對象，模擬研究對象的實際情況來進(jìn)行實驗的研究活動。人教版教材生物學(xué)八年級上冊是這樣解釋的“在難以直接拿研究對象做實驗時，有時用模型來做實驗，即模仿實驗對象制作模型，或者模仿實驗的某些條件進(jìn)行實驗，這樣的實驗叫做模擬實驗。模擬實驗也是科學(xué)研究中常用的一種方法”。從教育的本質(zhì)上來說，模擬實驗就是利用這些“模擬”的，或者說與研究對象具有某種“相似性”的實驗材料，通過開展學(xué)生實驗的手段，讓學(xué)生來學(xué)習(xí)的方法。 2、模擬實驗的基本特點（1）直觀性：與直接

5、實驗一樣，模擬實驗具有生動直觀的特點。模擬實驗還可以將許多抽象的概念、原理轉(zhuǎn)化成直觀的現(xiàn)象進(jìn)行類比，使人們便于理解和接受。（2）經(jīng)濟性：模擬實驗所使用的模型是原型事物的替代物，我們要求它在某些方面與原型具有相似性，在多數(shù)情形下，對它的線度、強度、制作精度以及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度等方面都可以降低要求，使之降低造價。尤其是對于教學(xué)，我們身邊的許許多多的瓶瓶罐罐，都可以在模擬實驗中派上用場。（3）易控性：控制是實驗的靈魂，模擬實驗含有更多的人為因素，受到自然條件的限制相對較少，因此也就更容易被實驗者控制，使實驗沿著實驗者所設(shè)計的方向進(jìn)行。（4）廣泛性：模擬實驗是一種間接的類比性實驗，無論是宏觀天體還是微觀

6、粒子，無論是漫長的過程還是短暫的瞬間，都可以轉(zhuǎn)化成模型進(jìn)行研究。所以具有十分廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。 3模擬實驗與真實實驗的關(guān)系模擬實驗不同于真實實驗，真實實驗過程中能學(xué)到實驗方法和實驗技術(shù)，訓(xùn)練實驗技能，而在模擬實驗的過程中思維活動是必不可少的，這是由模擬實驗過程本身的特點決定的，它主要體現(xiàn)在以下三個方面：在實驗的準(zhǔn)備階段，選擇和建立關(guān)于研究對象的物質(zhì)模型是重要的一步，原型確定之后，要依據(jù)原型的特點，按照相似性原理并運用類比推理，選擇或建造與原型有結(jié)構(gòu)上相似或功能上相似的事物作為實驗?zāi)Ｐ?，選擇和構(gòu)建相似模型是模擬實驗的一個極為重要的環(huán)節(jié)，因為模型與原型之間相似程度越高，則將模型的性質(zhì)類推到原型上的可

7、靠性就越大；在實驗進(jìn)行階段，要將模型置于與原型相似的條件下進(jìn)行，只有這樣，才能使從模型上獲得的信息能可靠而有效地類推到原型上去；在實驗結(jié)果處理階段，要將模型實驗的結(jié)果外推到實驗中去。因為，如果在用原型客體直接實驗不經(jīng)濟、不可能、不適宜或效果不好時，這時模擬實驗的優(yōu)勢就突顯出來了。它可使事過境遷或稍縱即逝的自然現(xiàn)象或過程在實驗室重現(xiàn),可將現(xiàn)象簡化或進(jìn)行時空的放大、縮小,可對那些既不能打開,又不能從外部直接觀察其內(nèi)部狀態(tài)的系統(tǒng)進(jìn)行研究。如模擬膈肌的變化，就很直觀，讓學(xué)生增加感性認(rèn)識，因此，模式實驗與真實實驗的關(guān)系是相互補充，不可相互替代的。   從教育的本質(zhì)上來說，模

8、擬實驗就是利用這些“模擬”的或者說與研究對象具有某種“相似性”的實驗材料，通過開展學(xué)生實驗的手段，讓學(xué)生來學(xué)習(xí)模型方法。所謂“模型方法”是以研究模型來揭示實驗，其目的就是要學(xué)生通過模型對象的類似物來認(rèn)識對象；從實驗形式上看，模擬實驗似乎不是“實驗”，它的操作過程是讓學(xué)生做游戲或者作手工勞動而已       二模擬實驗教學(xué)的設(shè)計與實踐   模擬實驗是一種全新的學(xué)生實驗。此法應(yīng)用于生物教學(xué)，可使事過境遷或稍縱即逝的自然現(xiàn)象或過程在實驗室重現(xiàn)，可將現(xiàn)象簡化或進(jìn)行時空的放大、縮小，可對那些既不能打開，又不能從外部

9、直接觀察其內(nèi)部狀態(tài)的系統(tǒng)進(jìn)行研究。特別是解決那些尚無簡單有效的儀器可演示的實驗，模擬法則成了一種重要的輔助手段6。如七年級學(xué)生對于細(xì)胞的認(rèn)識，細(xì)胞很小，通過顯微鏡的觀察認(rèn)識到細(xì)胞的形態(tài)以后，再通過自己制作植物細(xì)胞和動物細(xì)胞模型，比如液泡的形態(tài)應(yīng)該是什么樣的，大小如何，葉綠體用什么來制作（展示圖片）， 模擬試驗是根據(jù)相似性原理通過模擬的方法制成研究對象的模型, 用模型來代替被研究對象, 模擬研究對象的實際情況, 來進(jìn)行實驗研究。由于生物學(xué)中很多研究對象直接用來實驗很困難或者不可能, 因而模擬實驗成為生物學(xué)中一個重要的方法。根據(jù)實驗結(jié)果的屬性及實驗過程的感受, 通常也將模擬實驗分為現(xiàn)象模擬實驗、過

10、程模擬實驗、探究模擬實驗和仿真模擬實驗。在教學(xué)實施過程中，我系統(tǒng)歸納了初中生物課程可進(jìn)行模擬實驗教學(xué)的滲透點，以小組合作學(xué)習(xí)為主要形式，在生物課堂開展模擬實驗教學(xué)，設(shè)計了模擬生男生女的奧秘、探究酸雨對生物的影響、模擬保護(hù)色的形成過程等多個典型的模擬實驗教學(xué)案例。     三模擬實驗在生物教學(xué)中的教育價值    1破除學(xué)生對科學(xué)實驗的神秘感    模擬實驗說明了生物學(xué)實驗除了可以用生物材料來做，也可以用非生物材料來做，可以因陋就簡、就地取材進(jìn)行科學(xué)實驗，這對于學(xué)生實驗設(shè)計時的發(fā)散思維的培養(yǎng)，將大有

11、益處。學(xué)生將由此進(jìn)一步認(rèn)識到，科學(xué)研究工作和科學(xué)實驗并不神秘，并非高不可攀，通過自己找尋材料，自制儀器設(shè)備，拓寬思路，自行設(shè)計實驗，就能夠達(dá)到探索科學(xué)真理的目的。例如：生物學(xué)八年級下冊第二章第四節(jié)“人的性別遺傳”一課，課后練習(xí)中有這樣的一道題“有些人認(rèn)為：生男還是生女的責(zé)任全在女性。你認(rèn)為這種想法科學(xué)嗎？為什么？”在現(xiàn)實生活中，學(xué)生不可能親眼看到精子和卵子的結(jié)合過程，那怎樣讓學(xué)生理解精子的性染色體的兩種類型，含X染色體的和含Y染色體的，它們與卵細(xì)胞結(jié)合的機會均等呢？結(jié)合對教材的研究與理解，我引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計“探究生男生女機會均等”的模擬實驗。我用圍棋（非生物材料）來代替生殖細(xì)胞來開展實驗，把全班學(xué)

12、生按照自主學(xué)習(xí)小組分成8組進(jìn)行實驗。一個同學(xué)從裝有“精子”的容器中隨機摸出一?！熬印?，另一個同學(xué)從裝有“卵子”的容器內(nèi)摸出一?！奥炎印保旁谝黄鸫硎芫褍?nèi)含有性染色體的種類（或男或女），并把結(jié)果記錄下來。每組重復(fù)20次操作，統(tǒng)計本組實驗結(jié)果中出現(xiàn)   黑白棋子代表的男女的比例。    學(xué)生經(jīng)過模擬探究精子和卵子結(jié)合來探究男女性別的問題，簡單的模擬給學(xué)生留下了深刻的印象，了解到如果在人為因素不干擾的情況下，自然界男女性別比例是接近1：1的，收到了很好的教學(xué)效果。    12能重現(xiàn)時過境遷的自然

13、現(xiàn)象    模擬實驗?zāi)軐⒆匀滑F(xiàn)象進(jìn)行放大或縮小等優(yōu)點。在科學(xué)實驗中，應(yīng)該說，有時只能模擬，不能“實戰(zhàn)”。特別是科學(xué)研究課題，由于自然歷史條件的變遷，只有經(jīng)過模擬，才有可能進(jìn)行研究。例如，人教版8年級（下）生物第七單元第3章“生物的進(jìn)化”模擬保護(hù)色的形成過程。眾所周知，生物進(jìn)化是一個漫長的過程，它需要經(jīng)過幾百萬年甚至是上億年的演變。即使在人為因素的影響下，有些進(jìn)化現(xiàn)象在比較短的時間就發(fā)生了明顯的變化。如發(fā)生在英國曼徹斯特的樺尺蛾體色變化與環(huán)境有關(guān)的例子也需要上百年的考察。為了讓學(xué)生在較短的時間內(nèi)了解保護(hù)色的形成過程。在教學(xué)過程中，我們可用“紙片、泥球”模擬獵物，“彩

14、色的布料、泥土堆”模擬環(huán)境，小組成員模擬捕獵者的方式進(jìn)行模擬保護(hù)色的形成過程的探究活動。讓學(xué)生從感性上認(rèn)識生物進(jìn)化的過程和原因，掌握生物研究的一種方法。在整節(jié)課的教學(xué)過程，我恰到好和處地把握住主導(dǎo)作用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生積極參與探究實驗活動，科學(xué)地分析實驗結(jié)果，主動獲取知識。并對于教材上提供的實驗材料嘗試做出相應(yīng)的改進(jìn)，目的是讓對照組和實驗組的同學(xué)比較用不同的實驗材料來探索到底哪個實驗效果更佳。    13寓教于樂，激發(fā)學(xué)生興趣，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)   俗話說“興趣是最好的老師”。模擬實驗具有寓生物學(xué)知識學(xué)習(xí)、探究于游戲之中的性

15、質(zhì)。這樣的實驗，既體現(xiàn)了生物學(xué)知識的科學(xué)性，又符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，是一種促進(jìn)學(xué)生身心健康發(fā)展的好形式。因此，能夠大大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生命科學(xué)的興趣，使學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性得以提高。    2模擬實驗的定位    模擬實驗是一種間接的實驗，它是直接實驗的一種補充。通常情況下，我們偏愛直接實驗，只有在用原型客體直接實驗不經(jīng)濟、不可能、不適宜或效果不好時，才考慮用模擬實驗。此外,模擬實驗是對研究對象的一種類比，實驗的結(jié)果要反推回到研究的事物上，在反推的過程中，要進(jìn)行合理地轉(zhuǎn)化處理，而不能機械搬用，否則會弄巧反拙。 

16、   21模擬實驗科學(xué)性的把握    模擬實驗有其積極的一面，如由于受地域或季節(jié)條件限制而無法獲取實驗材料進(jìn)行實驗時，或者對于某些實驗現(xiàn)象不明顯時使用模擬實驗確實有其積極的一面。但是作為老師在課堂上對于模擬實驗的把握是很重要的。曾經(jīng)我在上人教版生物學(xué)七年級下冊第四單元第七章“模擬酸雨對生物的影響”，我們主要模擬的是酸雨的PH值，在實驗室我們是用食醋混合清水把PH值控制在小于4的范疇內(nèi)，食醋的成分是CH3COOH；模擬酸雨實驗中包含的反應(yīng)過程較簡單，而實際的反應(yīng)過程遠(yuǎn)比模擬實驗中的復(fù)雜，是排放到空氣的廢氣中含SO2、NO經(jīng)過氧化、與水反應(yīng)后的產(chǎn)物

17、溶于水的結(jié)果。酸雨中通常含有H2SO3、H2SO4、HNO3。還有一點較大的區(qū)別就是所用水的pH值，由于普通雨水中溶了一部分的二氧化碳，呈弱酸性；而實驗室用的是蒸餾水。結(jié)果上可能會有一定的不同。一般來說模型與實驗對象的相似程度越高，實驗的效果越好。           生物學(xué)實驗中現(xiàn)象不明顯或不宜操作等問題是實驗發(fā)展的主要障礙, 對于這些實驗在傳統(tǒng)的教學(xué)中一般只作介紹, 至多不過看看錄像, 根本不能滿足學(xué)生的好奇心和求知欲。如果這些實驗?zāi)茉趯嶒炇壹右阅M, 則不僅可激發(fā)學(xué)生探求生物奧秘的濃厚興趣

18、, 還可加深對有關(guān)知識的理解。與此同時，模擬實驗還可以解決不能或不便用直接實驗方法解決的難題，將模型的實驗結(jié)果類推到實驗對象，以揭示有關(guān)的事實或規(guī)律，這樣可以提高效率，大大節(jié)約資源、資金和時間。因此我們把初中生物中的一些實驗根據(jù)不同的目的和要求設(shè)計了不同的模擬實驗方法, 使實驗現(xiàn)象更明顯, 操作更簡單, 也便于學(xué)生對實驗更深人理解。義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書人教版生物學(xué)八年級( 上冊) 第一章第一節(jié)有一個探究實驗探究魚鰭在游泳中的作用，并在教材中首次出現(xiàn)了模擬實驗的定義。在教學(xué)實施過程中，我用模擬實驗做了以后還輔助了動物實驗采用了氣球、硬塑料片等實驗材料來模擬探究尾鰭在游泳中的作用；采用了鯉魚、小木板、橡皮筋、繩子等實驗材料來進(jìn)行相關(guān)的探究。如果只用氣球等模擬小魚實驗缺乏真實感，并且在實驗過程中采用模擬探究僅能探究尾鰭在游泳中的作用；而采用真實的魚來做進(jìn)行補充觀察實驗，學(xué)生通過對實物的觀察、觸摸等，使學(xué)生獲得豐富的感性認(rèn)識，并留下深刻的記憶。如：魚的外形呈梭形，可以減少在水中游泳時的阻力；魚的鱗片能分泌黏液，能有效地逃避敵害和減少在水中游泳時的阻力；魚在游泳時，靠各種鰭的協(xié)調(diào)作用在水中運動，并