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改进生物组织中成分鉴定实验的行动研究

点击数:    更新时间:2006-9-19 19:05:58    
    

 

摘要:本文采用行动研究法对高中生物学课本中的一个实验进行了改进,由验证性的实验改为探究性实验。结果发现:探究性实验使学生的兴趣和积极性得到提高,合作的机会增多,有助于学生对科学本质的理解,但学生的探究能力有待提高。

关键词:验证性实验 探究性实验 行动研究

一、问题的提出

在现行的中学理科教材的实验活动中,大部分是以验证性的实验方式(即菜谱式实验)出现的。而新一轮的课程改革,对科学探究能力的培养极为重视。如何改进现有的实验活动,使实验活动体现科学探究的过程和方法,是我们科学教育工作者需要研究的问题。例如,《高中生物》(试验修订本,必修)第一册中“实验一生物组织中可溶性还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定”是一个验证性的实验,在教学实践中如何利用这个实验的原理,对实验过程加以改进,提高实验活动的探究性,以及改进以后效果如何,都是有待研究的问题。

二、研究方法和目标

本研究采用行动研究法。研究目标是改进高中生物学《生物组织中可溶性还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定》实验,提高这个实验活动的探究性,同时探讨改进以后的实验活动效果。

                                   三、理论指导

        通过搜集有关资料,对验证性实验和探究性实验进行比较如下:

1.教育观念上,验证性实验强调演示和证明科学内容,注重实验的结果(事实、概念、理论),而不是实验的过程;探究性实验强调科学探究的过程和方法,把学习置于探究的背景下,以提出问题和解决问题为中心。因此,在教学过程中,通常将探究性实验看成“这是一个问题”,要设计“什么样的实验能回答这个问题”,“如何实施这个实验”,强调科学知识、过程和方法的统一。

2.教学目标上,验证性实验通过规范的实验操作,能够达到培养学生的实验仪器操作、观察、计算和数据处理等基本的科学实验技能和严谨的科学态度的目标,但难于达到培养综合的探究能力,以及好奇心、科学兴趣等情感态度方面的目标;探究性实验是通过实验来回答一个学生感兴趣的问题,能够激发学生的好奇心,有利于科学态度和情感的养成。一个完整的解决问题的过程,也有利于达到培养学生科学探究能力和解决问题能力的目标。

3.教学模式上,验证性实验通常采用“实验原理——实验步骤——实验现象——观察验证”的教学模式,整个过程是结构化的照单抓药,所有的学生都做同样的实验,学生被告知观察什么,记录什么,得出什么结论,学生缺乏主动性和创造性;探究性实验通常采用“提出问题――作出假设――收集数据――分析数据――得出结论”的教学过程。问题可能来自教师的引导,也可能来自学生的现实生活。然后,由学生作出假设,设计并实施实验方案,以收集验证假设所需的数据,在分析数据的基础上,对假设作出判断。在面对同一个问题时,学生们可能有多种假设,多种实验方案,得出的结论可能相同,也可能不同。

4.教学反馈上,验证性实验由于实验过程和结论是已知的,通常不安排学生之间的交流讨论,对实验活动进行反思;探究性实验由于实验过程的多样性,往往要组织小组或班级讨论,交流收集的数据和对数据的解释,并把数据表达和交流作为科学过程技能进行培养。在交流的过程中,对解决问题的方法和过程进行反思,甚至可能提出新的问题,引发下一轮探究活动。

5.教学心理上,验证性实验是一个传递接受或者是刺激反应的过程,学生往往处于被动的接收地位,在这种教学中,学生们探究物质世界的本能被抑制,易失去对这个世界存在的好奇心;探究性实验开始于一个有刺激性的问题、引起关注的现象等,探究的过程受一个为了理解观察的事实或解决一个问题时的好奇心所驱动。由于探索结果是未知的,学生们的兴趣和积极性都会增强。

依据以上的理论指导,为了引发学生的兴趣,首先,将实验活动的主题由“生物组织中可溶性还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定”改为“探究常见食物中的化合物成分”。

其次,通过以下问题,引导学生开展活动。“你对什么食物中的化合物成分感兴趣?”(学生活动:列举食物名称,最终确定自己感兴趣的待探究的食物);“根据你的知识和经验背景,食物中可能有那些化合物?”(学生活动:列举化合物的名称,最终对自己要探究的食物中的化合物作出预测,即作出假设);“如何才能知道食物中是否有这些化合物?”(学生活动:学生通过教师的演示或自己的操作,学习有关化合物的鉴定方法。);“如何探究食物中的化合物?”(学生活动:设计探究实验活动方案。)

第三,通过利用相关的检测试剂检测已知化合物,帮助学生掌握有关化合物的检测方法,并要求学生做好检测记录,以便在探究食物中的化合物时进行对照。

有关化合物的检测方法如下:

n          蛋白质检测:将5mL指定样品放入试管中。加10滴双缩脲试剂。

n          葡萄糖检测:将5mL指定样品放入试管中,加刚配好的斐林试剂3mL,放入装有沸水的烧杯中加热5分钟。(注意用试管夹拿试管,不要让沸水和烧杯接触皮肤)

n          淀粉检测:将5mL指定样品放入试管中,加碘液5滴。

n          维生素C检测:将5mL指定样品放入试管中,加8滴吲哚酚试剂。

n          氯化物检测:将5mL指定样品放入试管中,加5滴硝酸银试剂。

n          脂肪检测:将指定样品滴在一小片牛皮纸上,或将待检测食物在牛皮纸上摩擦,对光检查。若食物中只含少量脂肪,此法检查不出来。可将食物放入10mL脂肪溶剂(如异丙醇,99%)中。让食物在溶剂中放置5分钟。然后,将溶剂慢慢加在牛皮纸上,随干随加,使之成为一斑点。干后检查。(注意异丙醇易燃;其蒸气可能爆炸,应远离火和火星。实验时要熄灭任何明火。)(课本上的是切片染色法)

n          在学习检测方法时,建议学生注意实验的观察记录,并能将实验结果有序地进行记载。示范检测记录表如表1

1 测试已知物质的检测试剂和检测结果记录表

已知物质

检测试剂

检测结果

蛋白质(5mL10%明胶或蛋清)

双缩脲试剂

 

葡萄糖(5mL10%葡萄糖)

斐林试剂

 

淀粉(5mL10%淀粉)

碘液

 

维生素C5mL1%抗坏血酸)

吲哚酚试剂(0.1%)

 

氯化钠(5mL2%氯化钠)

AgNO31%)

 

脂肪(1/4茶匙植物油)

苏丹III(或牛皮纸)

 

第四,指导学生按照一般的探究过程开展活动。这个过程包括:提出问题(如马铃薯中有那些成分?);作出可被检验的假设(对马铃薯中的化合物成分进行预测);制定实验方案(包括实验目的、材料器具、方法步骤、预计结果等);实施实验方案(具体操作实施);收集实验数据(观察记录实验现象);分析实验数据(对实验现象进行分析);对假设作出判断(将实测结果和预测结果进行比较分析后,对预测作出否定、修正或支持的判断);向同伴报告自己的探究过程和发现(开展小组或班级讨论,检查反思活动过程)。

为便于分析实验数据,建议学生将对食物的最终的检测结果整理成有序状态,如表2

2:常见食物中化合物的检测结果分析(+示有,-示无)

物质

 

蛋白质

葡萄糖

淀粉

维生素C

氯离子

脂肪

马铃薯

预测

 

 

 

 

 

 

实测结果

 

 

 

 

 

 

梨子

预测

 

 

 

 

 

 

实测结果

 

 

 

 

 

 

其他(黄豆、黄瓜、苹果、奶粉等)

预测

 

 

 

 

 

 

实测结果

 

 

 

 

 

 

 

第五,引导学生对活动过程进行反思。在本次活动中,建议学生讨论的问题有:

1.          你的预测和实测结果比较如何?

2.          你的预测中哪一条是完全正确的?

3.          哪种食物含有你检测的全部物质?

4.          根据你的检测,哪种食物可用作蛋白质的来源?或葡萄糖、淀粉、维生素C、脂肪的来源?

5.          被检测材料原来的颜色会影响检测结果吗?

根据对高二4个班223名学生在活动中的行为观察、学生作业和学生问卷调查,本次行动研究的发现和评价主要有:

1.学生对探究性实验的兴趣很高。95%的学生在问卷中对改进后的实验比课本上的实验更有兴趣。100%的学生在讨论发言中认为改进后的实验更有意思。

2.学生在实验中的积极性主动性得到发挥。在实验中,除教师准备的材料外,60%的学生自带了待检测的食品,一时间实验室里的待测材料五花八门,有水果,有饮料,有天然的,也有人工的。有的学生还把家里的榨汁机带到了学校。学生们按照自己的实验设计进行操作,自己独立思考实验中出现的实验现象。

3.学生在活动中有更多的机会学习合作和分享。学生在活动中有的自发地组成了小组,为了完成课前设计的一系列食物的检测计划,他们注意分工协作,各测一部分食品,最终将资料汇集到一起。有的学生在活动过程中,相互比较各自的实验现象,交流看法。由于检测材料和操作过程的多样性,为他们交流合作提供了空间。

4.学生通过活动对科学本质有进一步的理解。在活动结束后,有的学生发现,实际检测结果和他们当初的预测有很大的不同。这就造成了科学事实和学生现有知识经验的冲突,为他们的认知发展提供了动力。有的学生在实验中发现:检测食品时出现的现象和检测已知物质(纯化合物,如淀粉液)时出现的现象并不完全相同。食品本身的颜色会影响检测所出现的颜色反应。有的学生检测咖啡中的化合物发现:咖啡中检测不到淀粉和葡萄糖,也检测不到脂肪和蛋白质。因而感慨,原来咖啡中没有什么营养物质!科学不仅仅是一堆科学事实和知识,而且是一个探索过程,解决问题的过程;要用事实、数据说话,不要凭经验主观得出结论,这是学生在活动后普遍认同的观点。

5.学生的实验设计能力有待提高。在活动开展前,教师为了了解学生的实验设计能力,要求学生做一份《探究常见食物中的化合物》实验设计。结果发现仅仅可操作性这一项的合格率,只有23.6%。针对学生实验设计中存在的问题,教师用一个课时的时间专门向学生介绍了《如何做实验设计》。课后要求学生做第二份实验设计,结果发现可操作性虽然有所提高,达到59.8%,但问题存在不少。例如,受课本实验的影响,在设计中,有26.2%学生采用一种食品检测一种化合物的实验设计,即用鸭梨检测葡萄糖,用鸡蛋检测蛋白质等,离不开验证性实验的思路。由此看来,提高学生的探究能力,不是一个实验活动所能解决的。它需要以解决问题为中心的教学模式来支撑。

6.探究性活动费时较多。验证性实验只要照单操作,完全采用结构化教学模式,时间利用效率较高。而探究性活动教学环节较多,需要提出问题,设计实验,还要讨论交流,费时较多。这与传统的固化的教学计划有矛盾,需要依靠课程改革来解决。

Action Research On An Inquiry Activity for

High School Biology

 

Zhang Haihe

(Jimei High School, Xiamen, China, 361021)

 

AbstractThe cookbook style approach to testing for biochemicals is changed to an inquiry approach. The action research shows that students have more interest and positivity in inquiry, and the activity provides more opportunities for students to collaborate with each other and promote students to understand the nature of science. But it also shows that students need more inquiry to learn how to investigate.

Keywords: cookbook style approach; inquiry approach; laboratory activity; action research.

 

主要参考资料:

1. F. J. Rutherford & Andrew Ahlgren, Science for All Americans, available: http: // www. project2061. org

2.V. N. Lunetta, The School Science Laboratory: Historical Perspectives and Contemporary Teaching in B.J.Fraser and K.G.Tobin (eds), International Handbook of Science Education, 1998 Kluwer Academic Publishers. Great Britain.

3.【美】国家研究理事会著,戢守志等译:国家科学教育标准,科学技术文献出版社,19991月第1版。

4Altichter, Posch & Somekh 著,夏林清等译:行动研究方法导论--教师动手做研究,台北:远流出版事业股份有限公司,1997年版。

5曹玉民,探究性实验验证性实验教学的比较,Available www.pep.com.cn/zhxiaoxue/xwj/bc/7-5-1.htm

6.人民教育出版社生物自然室编著,高中教科书——生物(第一册),人民教育出版社,20003月第2版。

7.【美】美国BSCS著,北京市教育委员会编译,生物科学(第一册),北京出版社,19996月第1版。

 

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