Transcript 中学生物学探究性实验的设计

第三节 中学生物学探究性实验的设计
1、中学探究性实验主要类型
自主式探究
中学探究性实验
引导式探究
自主式探究
教师或学生先提出科学的问题
根据已有的知识和经验，作出假设
学生设计实验程序并实施实验方案
收集处理和分析数据、得出结论
应用到新的情景加以检验。
引导式探究
教师提出问题
学生提出假设
引导学生朝着教师预先设计的方向提出实验程序
预测可能结果
学生进行实验，获得实验结果，得出结论
学生提出新的问题来检验已得出的结论，有时还需进一步做
实验。
2、中学生物学探究性实验设计的基本环节
《生命科学》（高中第一册）第一章第2节
“走进生命科学实验室”以柳条鱼为何在每年4月
中旬产仔为例，阐述了“生命科学探究的步骤”：
提出疑问、提出假设、设计实验、实施实验、分
析数据、结论和新的疑问这几个基本环节。
提出疑问
实验探究是基于（科学）问题的提出。
● 所谓（科学）问题，是指可被特定科学探
究过程来证实的问题或观点、可以用实验结果或数
据来回答的问题。
●例如（高中教材）：每年4月中旬是自然界
柳条鱼产仔固定时期，导致这种现象的可能原因是
什么？这就是来自于自然界现象观察所衍生的问题。
●中学生物学教材中的许多知识点，都存在着
可以通过实验进一步拓展研究的问题。
提出假设
假设是一种推论或猜想，它是根据学生已有
的生命科学知识或者生活经验， 结合现象，对问
题作出的尝试性解释。
●例如（教材）：针对柳条鱼固定产仔时期，
提出产仔季节与水温高低、日照时间长短可能相
关的假设。
●注意：1、假设的科学性；2、假设之后实
验环节的可操作性。
设计实验（1）
设计实验是探究性实验活动的关键环节，包
括选择实验材料、确定实验用具、配制药品试剂、
设计实验方案、预测实验结果等。其中，设计实
验方案是制定计划的核心，它包括确定实验组合、
列出方法步骤、、提出注意事项、构思记载实验
数据的格式等。
设计实验方案时涉及到重要步骤：控制调节
变量。
设计实验（2）
例如（教材）：
●实验材料-体长和健康状况相近的雌雄柳条鱼
●实验用具：水族箱、电热棒、恒温调节器、日光灯
光源
●调节变量：
实验方法一：设置4种水温条件；因变量-有否
产仔
实验方法二：设置4种光照时间；因变量-有否
产仔
设计实验（3）
●在制定实验方案设计一张记录表，以能有
序地记载观察或测量结果。
例如（教材）：
设计实验（4）
●在制定的探究实验计划中，应阐述预期的
实验结果。预测是对实验计划一旦付诸实施
时“可能发生什么”作出的推理。
实施实验
指完成实验操作的过程。
●严格按照实验方案实施
●保证变量的准确无误
●实验中得到的观察和测量结果统称为数据（通
常是指生物体形态、结构、行为和生理现象
等），通过收集、整理和解读数据的过程，才
能获得支持或否定假设的证据。
分析数据、得出结论（1）
分析数据是指在实验
操作完成后，对收集的实
验信息进行整理和解读的
过程。
数据处理的常用方法：
●绘制图表是整理数据的常
用方法。
●绘制柱形图、折线图或扇
形图等。
90
80
70
60
W
X
Z
50
40
30
20
10
0
A
B
C
D
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
W
X
Z
A
B
C
D
A
B
C
D
分析数据、得出结论（2）
●通过对数据分析找出研究对象的发展趋势或不同事物之间
的联系；
●思考实验数据提示的事实或规律;
●确定实验数据是否支持原先的假设;
●运用证据和逻辑分析对提出的问题做出答案或解释，从而
得出最后的实验结论。
●结论就是对实验研究发现的总结。
例如（教材结论）：温度是柳条鱼产仔的原因。
新的疑问
针对实验结果
↓
提出新的疑问
↓
进一步设计实验探究
3、案例：探究性实验具体设计
《一个探究科学研究方法的实验操练》
Edward P Levri， Maureen A Levri.2003.A Laboratory
Exercise Exploring the Scientific Method.The American
Biology Teacher，65（5）：372-377
问题
问题一：人在吃辛辣食物时，身体会有什么反应？
吃辛辣食物容易出汗
问题一继续：吃辛辣食物时人为什么会出汗呢？
出汗是体温升高的一个反应，由此得到的联系是
吃辛辣食物容易使体温增高。
问题二：对于同样一种出汗现象，能否给出其它的
解释？
联系学生生活体验：人在心理紧张或是压力大的
情况下，虽然体温没有升高，但也会出现出汗现象。
提出假说
出汗现象归纳为两种可能解释，进而形成
两种假说：
温度假说：吃辣出汗是因为辣的物质在
体内会使体温上升。
压力假说：出汗是因为吃辣引起的压力反应。
实验过程的设计（1）
控制组与实验组的设置
全班学生随机分配成同等人数的两组：
控制组
吃没涂辣酱的面包
实验组
吃涂了辣酱的面包
两组学生在同样的时间内吃下同等量的面包。
除辣椒酱因子以外，无关因子对控制组和实验组的影
响均是相等的。
实验过程的设计（2）
体温测量与现象观察
测量部位：从方法学角度拟测量腋下的温度。
第一次体温测量应该在进食之前，作为实验前
的基准体温；
第二次体温测量开始于进食之后。
总记录的时程控制在10-15分钟，每 2-3分钟做
一次记录。
此外，需要记录的还有参与者是否出汗，如
果是，多久开始出汗。
实验过程的设计（3）：数据收集表
实验组（面包有辣酱）或控制组（面包无辣酱）














实验组=__________
起始体温_________
或
控制组=__________
起始时间0分钟
_______________
1分钟
_______________
2分钟
_______________
3分钟
_______________
4分钟
_______________
5分钟
_______________
6分钟
_______________
7分钟
_______________
8分钟
_______________
9分钟
_______________
10分钟
_______________
开始流汗的时间
________________
体温最大变化值（最高体温－起始体温） ________________
3、结果分析
分析数据（1）
利用实验记录数据，制作数据分析表，
列出两个组中每个学生的最大体温变化值。
然后计算出平均值和标准差，用这张表提
供的数值计算T值和P值。
分析数据（2）
实验组
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
平均值
标准差
T=_________________
P=_________________
控制组
分析数据（3）
根据前表体温平均值绘制一张曲线图，其中
包括有标准差。两组得到的数据都用t-检验进行
分析（下图），进而通过作图训练学生利用数学
方法处理数据的能力。
1.0
0.9
温 0.8
度 0.7
的 0.6
平 0.5
均 0.4
变 0.3
化 0.2
0.1
（℃） 0
控制组
实验组
实验数据用作图方式表示
结论
把实验组和控制组取自腋下的温度进
行比较，如果实验组和对照组最终测得体
表温度有明显差异，说明进食辛辣食物能
使人体的体温上升，而并非是心理压力所
致。
实验后学生探讨的问题（1）
为什么选择吃没涂辣酱的面包，而不是选择不吃任何
东西作为控制组？
为什么取自腋窝，而不是取自口腔的体温值更可靠？
为什么要把吃东西前后的体温值都记录下来，而不是
只记录吃了以后的数值？
你支持哪个假说？它已经被证明是正确了吗？为什么
被证明是正确的，或者为什么没被证明是正确的？
实验后学生探讨的问题（2）
你想到了实验存在缺陷吗？如果是，缺陷有哪些？
实验结果是否让你想到了一些其它的问题？如果
是，有哪些问题呢?
除了上述验证的假说，通过实验结果你还能想到
其它的假说吗？如果有，它的具体内容是什么？