第三节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。

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=__________ 或控制组=__________ • 起始体温_________ 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） T=_________________ P=_________________

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？

第三节 中学生物学探究性实验的设计