利用人教版新教科书中“资料分析”进行实验思想的指导_人教版教科书

　　摘要　利用课本中与实验有关的“资料分析”对学生进行实验思想的指导，以培养学生的探究能力从而达到《普通高中生物课程标准》的要求。从对待实验结果的态度、设计实验遵循的原则、科学实验要借助于科学的手段以及如何进行假设和展示实验结果等几个方面进行了尝试。
　　关键词　资料分析　实验思想　人教版　生物学教学
　　中图分类号　G633.91
　　文献标识码　B
　　
　　“资料分析”是新人教版教科书中的一个栏目，3个必修模块和2个选修模块中共有30个资料分析，分别是必修1有9个、必修2有5个、必修3有11个、选修3有5个(选修1中无)。资料分析的内容涉及的范围很广，如有的是呈现血浆的化学组成，有的是讲述健康生活方式与防癌的关系，有的是介绍呼吸作用原理的应用，但与实验有关的最多，达到12个，占总数的40％。而实验这一内容在《普通高中生物课程标准》中也有较高的要求，需要教师培养学生全面的科学探究能力。笔者尝试利用“资料分析”这一资源对学生进行科学实验思想的指导。
　　
　　1　对待实验结果要有正确的态度
　　
　　“听取他人的意见，利用证据和逻辑对自己的结论进行辩护以及作必要的反思和修改”这是《普通高中生物课程标准》对于科学探究能力的要求之一。就听取他人意见及反思来说，课本中的一些资料分析给出了正反两方面的例子，对学生具有深刻的指导意义。
　　必修模块1“细胞学说建立的过程”的资料分析中给出了反面的例子比夏，他创造性地指出器官由低一层次的结构――组织构成。但与此同时他又固步自封，不相信显微镜，致使自己的研究不能进一步深入，无法进入比组织更微观的生命系统的研究。在必修3第23页“促胰液素的发现”的资料分析中介绍的斯他林和贝利斯则是不囿于现有的理论，认真对待实验结果，大胆假设，严谨求证，终于发现了前人没有发现的真理。既要尊重他人的研究成果，又要敢于向权威挑战，这正是科学的态度。而学生缺少的往往就是向权威挑战的意识和胆识，当自己的实验结果与课本不一致时，缺乏质疑精神，简单归因为自身不足，可能与真理擦肩而过。因此利用好课本中资料分析这一资源，可以端正学生对待科学实验结果的态度。
　　
　　2　进行实验要遵循对照和单一变量原则
　　
　　对照和单一变量是生物学实验的两个基本原则。设置对照是为了排除自变量以外因素对实验结果的影响。若要排除就必须做到实验组与对照组之间除了自变量以外，不能再有任何其他的不同，亦即实验组与对照组之间要遵循单一变量原则，只有这样才能真正找到实验组与对照组产生不同结果的原因。
　　必修模块1第100页“叶绿体功能”的资料分析中，恩格尔曼用极细的光束照射没有空气的黑暗环境中的水绵，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中。因为叶绿体有的部位被光束照射到，有的部位没有被光束照射到，被光束照射到的叶绿体部位与没有被光束照射到的叶绿体部位就形成了平行对照的两组实验。结果，被光束照射到的部位有细菌聚集，即有氧气产生，而没有被光束照射到的叶绿体部位则没有氧气产生。有氧气产生的一组比对照组只多了光束照射这一个条件，其他条件都完全相同，也就是说这两组之间完全遵循了单一变量的原则，因此可以得出光合作用需要光这一结论。
　　教科书中很多需学生动手的实验也要遵循对照和单一变量这两个基本实验原则。如探究温度对酶活性的影响实验中，通过设置低、中、高三组不同温度的实验，这三组之间除了温度这一自变量不同以外，不再有其他不同，即这三组实验之间遵循了单一变量原则。这三组实验之间也形成了平行对照。通过对结果与自变量的比较，容易得出温度对酶的活性有影响，过高或过低的温度都会降低酶的活性。在组织学生实验前，通过前面资料分析的学习、分析，帮学生熟悉这两种实验原则的运用规则，减少学生实验的盲目性。
　　对照除了平行对照还有前后对照。所谓前后对照就是一个实验分为前后两个部分，前面进行一种处理，产生一定的结果以后再进行另一种处理，最后比较两种处理的结果从而得出结论。必修模块1第52页“细胞核具有什么功能”的资料分析中，资料2介绍用头发将蝾螈的受精卵横缢为有核和无核的两半，中间只有很少的相连，结果有核的一半能分裂，无核的一半则停止分裂。当有核的一半分裂到16―32个细胞时，如果将一个细胞核挤到无核的一半，这一半也会开始分裂，最后两半都能发育成正常的胚胎。该实验前半部分的处理是让细胞的一半无核，其结果是它不能分裂；后半部分的处理是将核挤到无核一半，其结果是这一半也正常发育成胚胎。这前后两种处理中除了无核与有核的差异外，其他尽可能保持相同，处理的前后遵循了单一变量，又形成了前后自身对照。正是因为设置前后自身对照同时遵循单一变量，才得出了细胞分裂离不开细胞核这一结论。
　　类似的方法在学生实验“探究铜离子是否是大豆的必需元素”中也有运用，该实验需要学生将长势相同的大豆均分为两组，一组培养在完全培养液中，另一组培养在只缺铜的“完全培养液”中，观察两组的生长状况。若两组都正常生长，说明铜不是大豆的必需元素；若缺铜组生长不正常，后再加入适量的铜，再观察大豆的生长情况；若不正常的状况有所缓解或变得正常，说明铜是大豆必需元素。在这一探究实验中，如果铜是大豆必需元素，也要进行前后两部分实验，前半部分缺铜，后半部分有铜，即需学生设计前后自身对照并遵循单一变量原则。如果将前面的资料分析放在该实验之前，作为“先行组织者”使用，再由教师加以点拨，实验教学会取得更好的效果。
　　
　　3　科学实验要善于借助科学的技术手段
　　
　　“君子生非异也，善假于物也”，在科学发展的道路上，人类依靠先进的科学技术手段，揭开了一个又一个未知世界之谜。借用不断涌现的先进技术，包括其他学科的科学技术手段，有助于生物理论的发现、探究。教学过程中，教师帮助学生建立这样的意识十分必要。教科书的一些资料分析给学生展示了一些科学技术手段的运用，有极佳的教育效果。
　　如必修1第48页资料分析“分泌蛋白的合成和运输”介绍了一种利用同位素标记法来追踪物质运行路途的方法，先从标记氨基酸开始，不同的时间分别在细胞的不同部位检测到放射性，直到最后放射性物质存在于细胞外。这一技术的运用很好地解决了一个本来很困难的命题。这种技术手段在很多实验中都有应用，如光合作用一节中的卡尔文循环：卡尔文利用同位素C标记的“CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，最终探明了CO2中的碳元素在光合作用中转化成有机物中碳的途径。通过教师指导学生学习这一系列材料，再引导他们进行材料呈现的问题之间的类似性比较，他们就会在将来遇到相像问题时，考虑到运用这些技术手段。
　　
　　4　科学的假设是新发现的灵魂
　　
　　假设是实验中相当重要的一环，是对问题的一种可能的解释。假设虽然不是事实，但也不是毫无根据的猜想，在实验观察和分析的基础上对现象发生的原因或存在的条件等进行合理的猜想。《普通高中生物课程标准》要求学生在实验探究中能够作出假设。
　　必修3第23页资料分析“促胰液素的发现”中就介绍了英国科学家斯他林和贝利斯对于胰液分泌调节的假设，他们读了沃泰默的论文后，没有认同沃泰默的观点，而是大胆地作出另一种假设：这不是神经反射而是化学调节――在盐酸的作用下，小肠黏膜可以产生了一种化学物质，这种物质进入血液后，随血液到达胰腺，引起胰液的分泌。后经设计科学合理的实验终于证明了他们的这一假设，从而发现新的真理。这种假设的能力，学生不会凭空产生，在学习上述的资料分析时，就要指导学生学会使用已知的理论、已完成的实验等，做出合理的实验假设，再进行新命题的探究。
　　
　　5　实验结果的展示要尽可能直观
　　
　　《普通高中生物课程标准》中对于学生能力方面的要求中有一条是用图表介绍研究结果。必修模块3第106页资料2用坐标曲线展示莴苣种子萌发率与光的波长的关系，118页同样用坐标曲线展示我国人口增长的情况。用坐标曲线展示实验结果具有直观性，可从曲线的变化趋势直接看出自变量与因变量的关系。借鉴这些参考，学生在完成必修3“探究培养液中酵母菌种群数量变化”实验中，通过连续观察多天，记录每天的实验数据，最终也会用曲线图表示出来，这样就很容易看出细菌生长所经历的调整期、对数期、稳定期和衰亡期。
　　生物学是一门以实验为基础的学科，通过实验可以培养学生的动手操作能力、缜密的思维、严谨的推理，而实验操作之前要进行实验设计，设计实验时往往要考虑对照、单一变量，实验后要进行数据的收集与处理与展示以及得出结论，可能还要对实验过程中出现的与预期不符合的现象进行分析等，而几乎所有这些在课本资料分析中都有体现，只要教师做有心人，用心汲取课本资料分析的精华来传授给学生，学生的科学探究能力就一定会有所提高。