庄瑞峰

摘 要 分析定量实验的教学价值，并对高中生物课程中的定量实验进行分类，提出相应的实施策略。

关键词 定量实验 教学建议 生物学教学

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

定量实验是研究观察对象的性质、组成和影响因素之间数量关系的实验。《普通高中生物课程标准（实验）》的具体内容标准和活动建议中，有17个定量实验，在与课程标准相应的教材中，还开发了许多新的定量实验，如人教版教材增加了“用样方法调查草地中某种双子叶植物的种群密度”，苏教版教材增加了“化肥与池塘富营养化”，中图版教材增加了“自然选择的模拟”等。

随着高中新课程的实施，定量实验的教学价值却没有得到应有的重视，甚至因为定量实验操作要求严密、耗时过多等原因，不少学校很少开展定量实验。下面分析高中阶段开展定量实验的价值，对定量实验进行分类，并提出相应的实施策略。

1 高中生物定量实验的价值

人的认识从定性到定量是一个飞跃。定性实验在科学研究中有重要地位，对于任何一项研究，首先必须确定研究对象是否具有某种性质或某种关系等，才能进一步做精确的定量实验以确定量之间的关系。但是，只作定性描述而缺乏定量研究，往往不能使科学发现具有普遍意义。定量实验的核心任务是寻找数量之间的关系，用观察、实验、调查、测量、统计等来研究和分析现象，对实验设计的严密性、测量的精确性、现象的客观性、价值的中立性都提出了严格要求。

学生能力的养成是一个循序渐进的过程。在义务教育阶段，教师要注重让学生体验科学探究的一般过程中，激发其探究的兴趣，初步学会科学探究的一般方法。因此，定性实验多，定量实验少，定量实验的原理、方法相对简单，现象明显。在高中阶段，随着学生思维能力的提升，课程标准中大量增加定量实验，实验的操作相对复杂，有的实验需要较长时间才能完成，可以培养学生独立运用科学的思想和方法去分析问题、解决问题的能力，培养学生严谨、敢于质疑、坚持不懈的科学精神。

2 高中生物定量实验的类型

《普通高中生物课程标准（实验）》的具体内容标准和活动建议中的17个定量实验，可以分为实验方法类、模型方法类和调查研究类这三种类型。

2.1 实验方法类

实验方法是人们依照研究目的，使用科学仪器和设备，有意识地去控制自然过程条件，模拟自然现象，避开次要矛盾，突出主要因素，使自然过程纯化、典型化，在特定条件下去探究客观规律，从而认识客观世界的方法。

高中生物课程中，与实验方法相关的定量实验有：探究影响酶活性的因素；研究影响光合作用速率的环境因素；探究植物生产调节剂对扦插枝条生根的作用；探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化；土壤动物类群丰富度的研究；测定某种微生物的数量；尝试利用酶活力测定的一般原理和方法；用实验找出在什么条件下使用加酶洗衣粉效果最好；测定食品加工中可能产生的有害物质等。

运用实验方法进行的定量实验，通过控制自变量，限制无关变量，研究对象更便于观察、统计和分析，从而使复杂的现象变得简单，使研究从现象观察深入到本质探讨，而且可以反复再现，其他研究者能够进行重复实验加以验证。

2.2 模型方法类

模型方法是对客观对象进行观察实验，并对所获得的科学事实进行初步的概括后，利用想象、抽象、类比等方法，建立一个反映和代替客观对象，并通过对模型的研究来揭示客观对象的、特征和本质的方法。开展模拟实验的原因有很多种，常见的有：被研究对象的发展延续时间很长，中学阶段难以开展，如动植物的杂交实验、种群的数量和基因频率变化等；被研究客体的物理属性不能进行直接实验，如细胞的体积极其微小；涉及人的健康和伦理道德，如改变人体内环境的理化指标探究稳态的调节等。

高中生物课程中，与模型方法相关的定量实验有：模拟探究细胞表面积与体积的关系；模拟植物或动物性状分离的杂交实验；用数学方法讨论基因频率的变化；利用计算机辅助教学软件模拟人体某方面稳态的维持；尝试建立数学模型解释种群的数量变化等。

用模型来代替被研究对象，在探究活动中，实验工具只直接作用于模型而不直接作用于原型，能简化和理想化地再现原型与研究目的有关的各种基本因素和基本联系，略去次要的、非本质的细节，能够使研究者充分发挥想象、抽象和推理能力，将从原型获得的信息重新加以组合，形成新的图形的、符号的或概念的模式，构建一个理想的认识工具。

2.3 调查研究类

调查研究是科学研究中常用的方法，是通过抽样的基本步骤，采用问卷、访谈等方法了解调查对象的有关信息，加以统计分析的研究。调查法不受时间、空间的限制，能搜集到难以从直接观察中获得的资料，能在较短的时间里获得大量资料。

高中生物课程中，与调查研究相关的定量实验有：调查常见的人类遗传病；调查青少年中常见的免疫异常；调查当地自然群落中若干种生物的生态位等。

开展调查研究类的定量实验，要设计好调查表，尽量多地收集数据，然后对数据进行统计分析，寻找数据背后隐藏的规律。同时对人类遗传病、免疫异常等进行的调查，可能涉及家庭和个人隐私，一方面要尊重受调查者的隐私权，另一方面要改变调查的策略，告知调查的目的和公开范围，也可以到医院进行相关疾病的调查，从而获得更真实有效的数据。

3 高中生物定量实验的教学建议

3.1 关注初高中衔接

从初中到高中的生物学习过程，是一個螺旋上升的过程，在知识和能力上都不可分割。学生在初中阶段已经掌握的知识和能力是高中学习的基础，高中教学是对学生原有经验的丰富、能力的提升。

如在初中阶段，课程标准对光合作用的实验要求是“探究光合作用的条件、原料和产物”，运用简单而科学的方法验证植物光合作用需要光和二氧化碳，产生淀粉和氧气，这是定性分析。而在高中阶段，课程标准对光合作用的实验要求是“叶绿体色素的提取和分离，研究影响光合作用速率的环境因素”。探究影响光合作用速率的环境因素是一个定量实验，而环境因素主要有光照强度、二氧化碳浓度和温度。教师如何从学生已经掌握的定性实验转变为定量实验，在实验原理和方法上大同小异，但需要确定一个可测量、有信度的指标，同时，在实验材料的选择、自变量和无关变量的控制等方面，可以发挥学生的想象力和创造力。

3.2 合理安排实验计划

高中阶段开展的定量实验有的比较简单，可以在一节课中完成；有的需要到野外采集和调查；有的需要在人群中进行调查；有的培养周期较长，需要一周甚至更长的时间才能完成；有的实验需要较多的器材，如果不能提前准备、科学规划，许多实验是无法开展的。

合理安排实验计划，可以在每学期开学初，由教研组集体研究，确定各年级开设的实验项目、时间、场地和负责人，制定实验教学的目标、流程和评价。特别是评价制度的创新，引入過程性评价，评价学生在提出问题、作出假设、设计实验、数据的收集和转换、实验结论的表达与交流等方面的表现，使过程性评价真正进入学生的学业成绩评价体系，利用评价促进学生转变学习方式。

3.3 成立生物兴趣小组

由于部分定量实验的周期比较长，对器材、场地的要求特别高，一般学校无法满足每个学生都能参与到实验的全过程；有的定量实验需要野外采集和调查，组织全体学生到野外去也不现实。因此，成立生物兴趣小组，让小组成员共同完成实验或野外采集和调查，然后在全班展示他们的研究过程和成果。在一个真实的情境中，教师引导学生进行讨论、分析、评价，可以在最大范围内实现定量实验的教学目标。

如“探究植物生长调节剂对扦插枝条生根的作用”的实验，需要设置不同浓度的植物生长调节剂作为对照，每一浓度需要有多根插穗进行重复实验，因此要准备大量的枝条、容器。而且插穗生根可能需要2周以上的时间，要有足够的场地摆放实验装置。如果由兴趣小组完成这个实验，通过图片、文字、视频等方法展示实验过程和结果，从而达到课程标准规定的教学要求。如果教师将教材中的定量实验进行拓展，与科技创新活动结合起来，还能够引导学生关注科学、技术与社会的关系，运用科学的思想和方法去解决现实问题，培养学生的创新能力和实践能力。

孟德尔使用豌豆为材料进行杂交的定量实验，发现了遗传的两大规律，使遗传学从定性描述进入定量测定的全新领域。可以想象，如果没有定量实验，生命科学不会发展到今天的规模，也不会对社会发展、人类进步起到如此巨大的作用。教师首先要认识到开展定量实验的价值，同时，更要让学生体验和感悟定量实验的魅力，提升生物科学素养。

参考文献：

王德胜.化学方法论[M].杭州：浙江教育出版社，2007：43-48.

中学生物学2015年11期