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高中生物学实验的复习,是进一步强化基础知识、学会基本方法和形成基本能力的重要环节。为此,提出如下复习策略与教师们交流。 1、要将实验内容融于构建的知识体系中 高中生物学中的动手实验和教材中提到的众多实验,是生物学知识体系中的重要组成部分。复习实验内容应以知识体系为基础,并与知识体系有机地融合在一起。例如: 1.1“观察植物细胞的质壁分离和复原”的实验,就是证明植物细胞是一个特殊的渗透系统,植物细胞的结构与渗透作用发生的原理。浸在溶液中的成熟植物细胞和渗透作用的物理装置是相似的,都具备了半透膜和膜两侧溶液具有浓度差的条件。这正是我们复习水分代谢的一个重点内容,因此复习中如有条件可再做此实验,并研究、分析如下的问题: 1)为什么要选用紫色洋葱鳞片叶的表皮细胞做观察材料? 2)质壁分离的“质”和“壁”分别指细胞的哪部分结构? 3)质壁分离发生时,水分子渗透所经过的细胞结构依次有哪些?质壁分离复原时,水分子渗透所经过的细胞结构依次有哪些? 4)质壁分离发生后,“质”与“壁”之间的空隙里有什么?为什么? 5)质壁分离发生后,液泡中的紫颜色的变化是怎样的? 6)如果用50%以上的蔗糖溶液做此实验,细胞发生质壁分离后,为什么不能复原? 7)如果用0.18mol/L的KNO3溶液做此实验,细胞发生质壁分离后,为什么会自动复原? 8)与渗透作用装置相比较,一个成熟植物细胞发生渗透作用时所具备的2个条件分别是什么? 9)植物根的根毛细胞里的水分如何逐层渗透到内部的细胞中? 10)当细胞发生质壁分离时,水分进出细胞的方式是什么? 1.2 科学史上发现生长素的一系列实验,以及生产实践中的一些实验的设计思路和对实验现象的分析,是与有关生长素的理论知识相联系的。这些理论知识包括: 1)胚芽鞘尖端能产生某种物质; 2)感受光刺激的部位在胚芽鞘尖端; 3)单侧光刺激引起某种物质分布不均匀; 4)向光弯曲的部位在胚芽鞘尖端下面一段; 5)某种物质从胚芽鞘尖端向下部运输; 6)某种物质是吲哚乙酸,取名生长素; 7)合成生长素的活跃部位是分生组织; 8)生长素能够促进植物生长; 9)生长素能够促进果实发育; 10)生长素能够促进扦插枝条生根; 11)生长素对植物生长作用的两重性; 12)不同植物和同一植物的不同器官对生长素的敏感程度不同。 复习中可以从实验和实践活动分析出上述理论,也可以用上述理论来解释和解决实践活动中的现象和问题。
1.3 孟德尔发现和证实2个遗传规律的杂交,测交实验的内容是“遗传和变异”的知识体系中的重要部分。其中,问题的提出、实验的设计、实验现象的表述、对实验结果分析的假设、对假设的验证、实验结论的得出和表述等内容,是复习的重点。这部分内容的复习将有助于学生逐步形成分析实验和设计实验的能力。此外,有关证明DNA或RNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质、DNA的半保留复制等一些经典实验内容,也应结合知识体系的构建,复习其实验设计的思路、程序、方法、原理以及实验现象和结论等。 总之,实验与基础知识的复习融为一体,为分析、解决新的实验问题和设计新的实验,以及形成实验能力,奠定了知识基础。 2、归纳、总结有实验的方法体系 无论是新版的还是旧版的高中生物学教材中,都有一些学生的动手实验,还有大量的结合知识内容所列举的实验。在复习中要将这些实验中的方法加以归纳、总结,以得学生应用这些方法,举一反三、触类旁通。按笔者的理解,可把教材中的实验方法归为以下10种: 1)显微观察法,如观察植物细胞有丝分裂的实验,观察植物细胞质壁分离和复原的实验等。 2)观色法,如观察根对矿质元素离子交换吸附现象的实验,动物毛色和植物花色的遗传实验等。 3)示踪原子法,如噬菌体浸染细菌的实验,用18O2和14CO2追踪光合作用中氧原子和碳原子转移途径的实验等。 4)等组实验法,如小麦淀粉酶催化淀粉水解的实验,观察根对矿质元素离子交换吸附现象的实验,发现生长素的燕麦胚鞘实验等。 5)加法创意,如用饲喂法研究甲状腺激素的实验,用注射研究生长激素的实验,用移植法研究性激素的实验等。 6)减法创意,如用阉割法、摘除法研究性激素、甲状腺激素和生长激素的实验,雌蕊受粉后除去正在发育着的种子的实验等。 7)杂交实验法,如孟德尔发现遗传规律的植物杂交、测交的实验,小麦的杂交实验等。 8)化学分析法,如番茄和水稻对Ca和Si选择吸收的实验,叶绿体中色素提取和分离的实验等。 9)理论分析法,如大、小2种草履虫竞争的实验,植物根向地生长、茎背地生长的实验,植物向光性的实验等。 10)模拟实验法,如渗透作用的实验装置,米勒的模拟实验等。 上述内容基本上可以包括一般的实验方法,学生通过复习理解这些方法,将有利于他们去认识、分析和设计新的实验内容。此外,上述多数的实验方法有一个共同的特点,就是实验结论的得出,都是一个逻辑推理的过程,或者说都是一个透过现象看到本质的思维过程。因此,复习中要让学生充分体会和体验这种过程。可以说,构建实验的方法体系,为分析、解决、设计新的实验,以及形成实验能力,奠定了良好的方法基础和思维基础。
3、注重实验能力的培养和训练 高中生物学的总复习对实验能力的要求是:“使用恰当的方法验证简单的生物学事实,并对结果进行解释和分析”。这一要求包括了:①设计简单生物学实验的能力;②对实验结果分析、解释和推导结论的能力;③根据某些实验条件和结果,推测下一步实验结果的能力。 根据上述要求,在复习中可从以下几方面对学生的实验能力进行培养和训练: 3.1 指导学生认真分析实验的操作、程序、原理、现象和结论等。对于学生的动手实验、教师的演示实验、教材中提到的众多实验、历年高考试题中的实验,以及补充的生物科学史中的经典实验和与当前的热点问题有关的实验等,都要结构相关的基础知识、基本方法来进行分析。本文的第4点内容中将列举一些实验内容供复习中进行分析。 3.2 指导学生练习设计简单的实验。由于高中生物学教学中极少有设计实验能力的培养和训练,因此在复习中练习设计实验时,应注意以下几点: 1)要让学生明确运用实验法设计验证性实验或探究性实验的一般程序是:提出(发现)问题、做出假设、设计实验、实施和得出结论。
2)要让学生明确实验内容、过程和要求等的呈现形式中一般包括:实验目的和要求、实验材料和用具、实验方法和步骤、实验结果和分析、实验结论和讨论等项内容。 3)要让学生尝试设计一些简单的实验,有条件的可以让学生实际地确定某个课题,在课外进行操作,最后得出结论。还可以让学生练习对设计不完整的或有错误的实验设计,予以补充或纠正。本文的第4点内容中也列举了一些课题供复习中练习设计实验。 3.3 指导学生学会分析、解释各种实验中所获得的各种数据的表述形式。最常见的形式是表格、曲线图和柱形图等,这在历年的高考试题中都有实例。指导具体的数据转变为图表,这是一个由具体向抽象的转化,而抽象的图表又具有形象化的特点,这又是一个由抽象向形象的转化。指导学生完成这种转化,不但可以培养实验能力,更重要的是培养了学生的形象思维和抽象思维能力。
4、精选例题演练 4.1 分析实验 1)对“观察根对矿质元素离子的交换吸附现象”的实验,应分析如下问题: ①为什么要选用质量浓度为0.1mg/mL的亚甲基蓝溶液染色? ②为什么要用蒸馏水反复冲洗染色的根? ③实验中有几个“等量”?为什么? ④染色的根浸于蒸馏水中的一组在实验中的作用是什么?
⑤整个实验过程中发生了几次离子的交换吸附?具体的变化是什么? ⑥CaCl2溶液中的一半根的蓝色没有被全部交换下来,可能的原因是什么?(提示:Ca2+与亚甲基蓝阳离子的交换吸附形成动态平衡,或部分亚甲基蓝阳子被主动运输到根细胞内。) 2)为什么研究甲状腺激素生理作用的实验中,可以用含有甲状腺制剂的饲料喂蝌蚪,而研究生长激素、胰岛素等的生理作用实验中,不能用“饲喂法”?(提示:甲状腺激素是含I的氨基酸,而生长激素、胰岛素等是蛋白质。) 3)科学家在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸,3min后,被标记的氨基酸出现在附着有核糖体的内质网中,17min后,出现在高尔基体中,117min后,出现在靠近细胞膜内侧的运输蛋白质的小泡中,以后又出现在释放到细胞外的分泌物中。请分析此实验的实验目的、实验方法、实验现象和实验结论。 4)选取9个大小和生长状况相近的洋葱,放在盛满清水的广口瓶中培养,使其根系充分发育后备用。另取3只广口瓶,编号为1、2、3,分别加入等量、等浓度的硫酸铵、硝酸钠和硝酸铵溶液,并用精密pH值试纸测定1、2、3号瓶中溶液的pH值分别为X、Y、Z。然后从9个洋葱中挑选出3个根系发育状况相近的洋葱,分别放在3只广口瓶中,尽量让根系浸没在溶液中。把它们旋转在25℃左右的环境里3h后,再测定3瓶中溶液的pH值。请分析3只广口瓶中溶液pH值的变化情况、变化的原因,以及此实验说明了什么问题和得出了什么结论。 5)某同学为证明某一个问题做了如下实验,其步骤是:①夏夜捕捉到数10只萤火虫,用小刀逐个将其腹部末端的发光器切下,放在培养皿内,并干燥3h。 ②将干燥后的发光器放在研钵中研成粉末。 ③将粉末分成两等份,分别装入甲、乙2只无色透明的小药瓶中,再分别滴入几滴蒸馏水,使之混合。
① 甲、乙2瓶的发光器粉末与蒸馏水混合后,为什么会出现萤光?1min多后,萤光为什么又会消失? ②推测在甲、乙2 瓶中分别加入葡萄糖液和ATP溶液后,会发生什么现象?为什么? ③某同学做此实验,试图证明什么问题?你认为这个实验的现象说明了什么问题? 6)选取籽粒饱满的黄豆种子150粒,用清水浸泡使其吸足水分并萌发长出豆芽(胚根和胚轴)。实验时,从中选取胚根及胚轴均为2cm长的豆芽60个,平均分成6组,分别放在铺有湿纱布的培养皿中,并经常保持湿润20~25℃的温度。然后,每隔6h,分别用0×10-6、1×10-6、2×10-6、3×10-6、4×10-6、5×10-6的2,4-D溶液(一种人工合成的植物生长素)浸泡1~6号培养皿中的豆芽,浸泡时间为2min。5d后分别测量每个培养皿中10个黄豆牙的胚根和胚轴的平均长度,测量结果如下表。 ①分析上述实验结果,请将表中数据转化成人材系中的曲线。 浓度 部位 2,4-D(10-6) 0 1 2 3 4 5 胚根长度(cm) 4.1 4.5 2.6 1.2 0.5 0.5 胚轴长度(cm) 4.3 4.7 5.6 4.2 3.1 2.5 ②上述实验结果说明了哪些问题?
4.2 设计实验 提供几个课题,供复习中按设计实验的要求,指导学生练习设计实验。 1)一般情况下在光学显微镜的视野中是看不到植物细胞膜的存在,如何设计一个实验,使我们能在“光镜”下看到细胞膜的存在。 2)科学家利用哺乳动物成熟的红细胞(无细胞核)可获得较纯净的细胞膜,用于对细胞膜成分、结构和功能的研究。请设计一个实验方案,利用成熟的红细胞来获得纯净的细胞膜。 3)请设计一个等组实验,证明昆虫感受信息激素或气味刺激的器官是触角。 4)请设计一个等组实验,证明植物蒸腾作用中的水分是通过叶的气孔而散失的。 5)请利用小铁钉(或铁粉等)、动物新鲜的肝脏和过氧化氢溶液,以及其他相关器物,设计一个等组实验,证明酶的高效性。 6)现有高秆(D)抗锈病(T)的纯种小麦和矮秆(d)不抗锈病(t)的纯种小麦。请运用所学过的知识,设计一个育种方案,要求是: ①在尽可能短的时间内培育出新的品种; ②新的品种应该是矮秆抗锈病的小麦; ③新的品种的性状能稳定遗传,自交后代不出现性状分离; ④写出育种方案的步骤并画出遗传图解。
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