《生物学实验教学研究（第二版）》是为适应高等师范院校生物教育专业及中学生物学教学改革需要而编写。《生物学实验教学研究（第二版）》以研究当今中学生物学教师所需要的实验教学理论、方法和能力为基本任务，以理论系统、方法新颖、语言简练、内容丰富，又便于自学为基本要求。《生物学实验教学研究（第二版）》内容共8章，主要对生物学实验教学研究进行了概述，重点介绍了生物学实验教学目标、类型，生物学实验教学过程及优化，生物学实验设计和生物学实验教学评价，还介绍了生物学实验材料的采集与制作、生物学实验教学主要场所等。

　　生物学是一门以实验为基础的科学。生物学实验教学是中学生物学教学的重要组成部分，是达成中学生物学教学目标的基本途径。搞好生物学实验教学研究，对于培养合格的中学生物学教师，推进基础生物学教育教学改革，贯彻素质教育的要求有重要意义。基于这一初衷，2004年我们编写了《生物学实验教学研究》，该教材出版发行以来得到了广大读者的厚爱和好评。为适应课程改革深入发展的要求，修订出版以来广大读者在阅读中发现的问题，吸收一些有益建议，我们决定再版。
　　根据生物学实验教学的特点，在再版过程中注意理论联系实际，既探讨生物学实验教学的理论，更重视生物学实验教学的实践性和操作性。本教材既是编者教学和科研的总结，又吸收了国内外最新的科研成果，力求理论新颖，与时代同步，有助于当前中学生物学教学改革。
　　本书由陈继贞教授、燕艳副教授编写提纲，徐宜兰老师、尹苗副教授参与了修订。编写分工如下：徐宜兰（第1章）、刘坤（第2章）、王秋华（第3章）、燕艳（第4章）、尹苗和张峰（第5章）、卜庆梅（第6章）、周续莲（第7章）、杨珺和贺建东（第8章）。最后由陈继贞教授、张祥沛审阅定稿。
　　本书的出版得到了曲阜师范大学生命科学学院、山东师范大学生命科学学院、科学出版社的大力支持和帮助。参阅了同行、专家的著作、论文，在此我们表示衷心的感谢。

目录
第1章生物学实验教学研究概述1
1.1生物学实验2
1.2生物学实验教学5
1.3生物学实验教学研究的主要任务11
1.4生物学实验教学研究方法与步骤15
1.5生物学实验教学研究展望19
第2章生物学实验教学目标22
2.1生物学实验教学目标确立的依据22
2.2生物学实验教学的总目标25
2.3生物学实验教学的认知目标25
2.4生物学实验教学的操作目标29
2.5生物学实验教学的情感目标39
第3章生物学实验教学类型46
3.1演示实验46
3.2学生实验50
3.3课外实验55
3.4研究性课题58
3.5探究性实验与验证性实验64
3.6模拟实验与虚拟实验70
第4章生物学实验教学过程74
4.1实验教学过程的主要环节74
4.2实验教学过程中的因素75
4.3实验教学过程的优化86
第5章生物学实验设计90
5.1生物学实验设计的作用90
5.2生物学实验设计的原则91
5.3生物学实验设计中的假说、预期和变量93
5.4生物学实验设计的方法步骤95
5.5实验设计示例98
第6章生物学实验教学的评价103
6.1生物学实验教学评价的作用103
6.2生物学实验教学评价的内容及形式104
6.3生物学实验教学评价的实施108
6.4生物学实验考核118
第7章生物学实验教学材料的采集制作123
7.1生物学实验教学材料的采集123
7.2生物学实验教学材料的培养132
7.3生物学实验标本的制作138
第8章生物学实验教学的主要场所160
8.1生物实验室160
8.2培养室167
8.3实验园地170
参考文献174
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第1章 生物学实验教学研究概述
内容提要：①生物学实验教学的概念、地位与作用； ②生物学实验的概念与特点；③生物学实验教学的主要任务； ④生物学实验教学研究方法与步骤；⑤生物学实验教学的展望。理解生物学实验教学的概念，掌握生物学实验教学研究的方法与步骤，清楚生物学实验教学的发展趋势。
生物学是一门集实验性、实践性及科学性于一身的自然科学，随着现代科学的发展，它越来越显示出其作为 21世纪领先学科的独特魅力。实验教学是生物教学不可分割的重要组成部分，它是帮助学生实现由感性认识到理性认识，由具体思维到抽象思维飞跃的一个重要环节，应当引起广大生物教师的高度重视。因此，各国在中学生物教学中都极为重视实验教学。搞好生物学实验教学研究，对于培养合格的中学生物学教师，推进基础生物学教育教学改革，贯彻落实素质教育有重要意义。
根据生物课程标准规定的培养目标，中学生物学教学内容增加了实验的数量和类型，变化较大。从实验的类型上看，既有验证性实验（如观察细胞的有丝分裂等），又有探索性实验（如酶的高效性和专一性等），有些实验既可以是探索性实验，又可以是验证性实验（如植物细胞的质壁分离与复原等）；既有训练基本技能的实验（如高倍镜的使用和观察叶绿体的装片），又有帮助学生学习科学研究的一般方法、发展科学探索技能的实验（如植物向性运动的实验设计和观察等）；既有定性分析实验（如生物组织中可溶性还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定等），又有定量分析实验（如几种果蔬中维生素 C含量的测定）。
回顾传统的生物实验教学，虽然也有知识、操作及各种能力的要求，但其核心仍停留在基础知识的学习和基本技能的培养上，追求反复记忆和重复训练，结果只能培养大量模仿型或熟练操作型的“实验操作工”，这显然已经不能完全适应当今以培养学生实验创新能力为核心的素质教育的需要。且由于种种原因，目前生物实验教学没有引起足够的重视，缺乏有效的规范管理。
随着生物学课程改革进一步深入开展，生物学实验教学越来越引起人们的重视，反观生物学实验教学现状，深感实验教学的滞后，将严重影响和制约新课改的实施。加强生物实验教学改革，使之与现代素质教育的要求相一致，这不仅是教育观念的转变，也是每个生物教师面临的全新实验研究课题。生物学实验教学如何适应现代生物科学技术的发展水平，以满足社会主义现代化建设对科技人才的需求，这是当前生物教学改革的重要课题之一。
1.1 生物学实验 
1.1.1 生物学实验的概念
生物学是一门以实验为基础的自然学科，几乎所有的生物学规律都源于生物学实验。生物学实验是有一定的研究对象，并根据研究目的，运用一定手段（仪器、设备等）主动控制、干预研究对象，或控制条件，即创造一种典型环境或特殊条件等，并在其中进行的探索生命现象及其运动规律的实践活动。
在每一个实验过程中，从实验意念的产生到实验方案的设计，从实验结果的分析到实验报告的完成，每一步都是思维的结果。
1.1.2 生物学实验的特殊性
物理学、化学等自然科学都是实验学科，这些学科的创立和发展，也都离不开科学实验。同物理学、化学实验相比，生物学实验有以下几个独特之处。
1．实验场所灵活多样
生物学面向广阔的自然界，自然界内的大小生命系统都可以成为生物学实验的对象；不同的动植物生命活动都可以用来达到同样的教学目的。由此可见，生物学实验比起物理、化学实验，条件显得更为优越。除了充分利用生物实验室外，校内的生物角、生物园，校外的农田、山林、江河湖海、动物园、植物园、自然博物馆等，都可以用来做生物学实践活动活的实验室。在目前我国中学实验条件缺乏的情况下，更应发挥生物学实验的这一优势。
2．实验周期较长
生物的生命活动，一般都要持续一段较长的时间。因此，生物学实验的周期往往较长。如繁殖极快的果蝇，繁殖一代也需用十几天时间。杂交育种实验从制种到育成新品种，在正常情况下至少也要经过两三年的努力。根据这一特点，中学生物学实验应注意周密计划，统筹安排，尤其要注意实验材料用具的使用和供应问题。
3．实验材料多为有生命的个体
实验材料大多是活的生物。例如，探究光对鼠妇生活的影响，组织学生捉鼠妇；观察草履虫，需要教师提前半个月培养草履虫；为了做光合作用实验，需要培育多盆天竺葵；观察小鱼尾鳍内血液的流动，探究鱼鳍在游泳中的作用，都要用到活小鱼等。这些实验材料的准备都费时、费力又费钱，而且不能重复使用，每年都要重新准备，这也是生物实验课开课情况不好的一个主要原因。
4．实验内容受季节影响较大
生物的生命活动受温度、光照等条件的影响很大，在目前中学实验室现有条件下，实验材料的获取或培养也要受季节影响。例如，观察花的结构，在 12月份很难采到花；观察蚯蚓、草履虫的培养，种子萌发，光合作用等都受到季节的影响。
5．综合性实验多
生命运动是比物理、化学等运动形式更高级的物质运动形式。这种物质运动形式的复杂精细的过程，既呈现出生命的本质特征，又受非生命变量的影响和制约。因此生物学实验大都是综合性的，既要突出生命性，又必须运用物理、化学等学科的判断标准。例如，初中生物中的活体解剖青蛙及脊蛙反射实验，都要借助特定的化学药品和一定的物理条件。又如，在高中生物中所列举的孟德尔豌豆杂交实验里，除考虑豌豆种子的质量以外，还必须顾及土质、肥料、温度、杂交技术等非生命因素。生物学实验的综合性，为培养学生的准确操作能力、综合观察能力及多学科的思辨能力，提供了机会。
1.1.3 生物学实验的发展历程 
1．古代生物学实验
从某种意义上讲，生物学是和人类及其实践活动一起诞生的，生物学实验也是源于人类的各种实践和尝试。人类真正有意识地认识生物，是从原始社会人的采集和狩猎开始的。没有原始人的各种实践和尝试，今天的“实验”也就成为无源之水、无本之木。
进入文明社会以后，人们开始有目的地对各种生物的形态、习性进行探索。传说在大约公元前 2000年的中国夏代，人们就已经知道酿酒了，有文字记载的是公元前 1600年的殷代，人们用曲糵制酒。酿酒业可以说是古人比较系统地进行“生物学实验”操作的典型代表。公元前 1000年，中国的《诗经》就有了大量关于动物、植物知识的记载，都是人们观察自然后进行的描述。
关于杂交实验最早的记载，是公元 121年我国东汉时期的许慎所著《说文解字》中提到的“鴁，驴父马母者也；駃騠，马父驘子也。”大约公元前 600年，古希腊生理学家阿尔克迈翁即对人和动物的尸体进行了解剖。被西方称为“生物学始祖”和“动物学之父”的古希腊哲学家、动物学家亚里士多德（公元前 384～公元前 322）曾对 540种动物进行了分类，对其中 50多种动物进行了活体解剖观察，并做了详细记录。在我国古代就曾有神农尝百草，“一日而遇七十毒”的传说。古人为了认识自然现象而自觉地通过简陋的手段专门进行一些观察和比较，可以看作科学实验的先驱。
由于古人探索实验手段简单、工具简陋和方法局限，古代生物学实验的特点表现为：①以观察为主的手段和以描述事实为主的结论；②还没有从以经验为主的劳动实践中分化出来，其实验的目的和内容是直接获取人类所需要的物质，其技术手段是生产实践中的经验积累；③还没有完全摆脱原始的思辨，即还没有完全从自然哲学中分化出来。
2．近代生物学实验
生物学实验在走向科学的道路上经历了艰难和曲折。维萨里、塞尔维特等作为科学实验的先驱，为探索生命的本质而献身，而他们最初的探索，还是没有完全摆脱以“考察事实”为主的解剖实验。真正开创以科学研究为主的生物学实验的是英国生理学家、医生威廉 哈维（ W. Harvey，1578～1657）。他应用了正确的研究方法——在观察事实的基础上提出假设，并通过实验来证实假设。哈维之后，生物学实验开始在生理学、微生物学、细胞学、遗传学等领域迅速发展起来，同时推动了这些领域的发展。
近代工业技术的巨大发展，使得许多先进的仪器设备进入科学实验，如显微镜的出现和改进。物理学、化学、医药学的方法、手段等引入生物学实验，对生物学的一些问题做出了科学的解释。 1821年，由法国生理学家马真迪（ F. Magendi，1783～1855）创办的《实验生理学杂志》正式创刊，这是生物学史上第一本以实验研究为内容的杂志。它的诞生，促进了实验生理学的发展及实验方法在生物学研究中的应用。19世纪，科学实验在生物学领域呈现出全面繁荣的局面。
近代生物学实验从古代的生产实践中分化出来，走上了科学的道路，有如下特点：①生物学实验不再是对自然现象的观察和描述，而是有目的地对生命本质的探索；②生物学实验从原始的生产实践中分化出来；③建立了生物学实验的方法和手段。
3．现代生物学实验 
19世纪末，自然科学开始了全面的、革命性的发展，生物学实验也进入了现代发展阶段，现代生物学实验的内容更为深入和广泛，设备、方法和手段更为完善和先进。1895年，德国物理学家伦琴（ W. K. Rontgen，1845～1923）发现 X射线。1951年，英国生物物理学家威尔金斯（ M. Wilkins，1916～2004）将 X射线衍射技术应用到对 DNA结构的研究中，获得了突破性进展。美国遗传学家沃森（J. Watson，1928～）和英国物理学家克里克（ F. H. C. Crick，1916～2004），在此基础上于 1953年提出了 DNA双螺旋结构的分子模型。放射性的发现及同位素示踪技术，开辟了现代生物学实验的新途径。
随着现代物理学、化学的发展，越来越多的新技术被引入现代生物学实验中。20世纪 40年代以后发明了核磁共振技术， 20世纪 60年代激光技术、超速离心机、层析技术、电泳技术等都广泛应用到生物学领域中，促进了现代生物学实验的发展。电子显微镜、扫描隧道电子显微镜的使用使人类对生物超显微结构有了更深入的认识。 20世纪 70年代在分子生物学基础上发展起来的现代生物技术——生物工程的产生和发展，标志着现代生物学实验已经摆脱了传统模式，而直接将生命科学的理论和发现应用于生产实践的探索。电子计算机的应用使生物学实验的周期大大缩短，而且使实验的准确度大大提高。数学模型广泛应用到高级神经活动的生理学、复杂的生物系统、遗传学、生态学的研究中是现代生物学实验革命的另一个标志。
现代生物学实验从内容到手段、方法，乃至实验模式，都发生了巨大的变革，有如下特点：①物理学和化学的新成果、新技术为生物学实验提供了日益完善和精密的实验手段；②生物学实验与生物技术的关系日益紧密；③生物学实验传统模式的变革。总之， 20世纪以来，生物学实验取得了突破性进展，生物科学也获得巨大的发展。21世纪，生物科学将成为整个科学的前沿学科，生物学实验的作用也将越来越大。
1.2 生物学实验教学 
1.2.1 生物学实验教学的概念
在生物学教学活动中，以实验作为重要教学内容的教学，都称为生物学实验教学，即根据生物学的教学目的、学生的认识水平、教学条件，有目的地安排、设计一些类似科学实验的模式、程序，在规定的较短时间内进行实验操作，以达到实验目的要求的教学实践活动。在生物学教学中做的生物学实验称为生物学教学实验。
1.2.2 生物学实验与生物学教学实验的区别与联系 
1．一致性
（1）实验的性质两类实验都有目的性，从认识论的角度来看都具有可知性。
（2）实验的构成从静态来看，由实验者、实验对象和实验手段组成；从动态来看，都要经过实验的准备、实验的实施和实验结果的处理3个基本阶段。
（3）实验的功能从在认识论中的地位来看，都是沟通实验客体与科学认识或教学认识（学习认识）的中介；从对认识论的作用来看，是认识的来源和动力，是检验真理的标准。
（4）实验的理论指导两类实验的设计、实施和结论的获得都离不开科学方法的指导，生物学实验是以实验方法论为指导，教学实验要接受实验方法和教学论方法的共同指导。 
2．差异性
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