模拟实验在生物科学研究中的应用初探.doc

东莞市2010年生物学科技探究论文 编号 模拟实验在生物科学研究中的应用初探 作者姓名：蔡金佑 作者单位：东莞中学初中部初二（12）班 辅导教师：肖小亮 联系电话：0769 模拟实验在生物科学研究中的应用初探 摘要：本文受八年级“鱼鳍在游泳中的作用”模拟实验的启发，分析教材中典型案例，并尝试多做一些模拟实验，体验其魅力，并在学习探索中归纳出模拟实验的应用方法。 1 研究背景 在八年级的生物课学习中，经常应用到模拟实验，如：在八年级上册的“鱼鳍在游泳中的作用”模拟实验；八年级下册的“模拟保护色的形成”和“米勒实验”也都用到了模拟实验；觉得挺有意思的，就很想多做几个类似的实验进一步探讨。 2模拟实验的界定 八上教材中提到：模拟实验，在难以直接拿研究对象做实验时，有时用模型来做实验，即模仿“实验对象”制作模型，或者模仿“实验的某些条件”进行实验。模拟实验是科学研究中常用的一种方法。到底在什么情况下使用模拟实验呢？如何使用呢？心中产生了好多疑惑。 3 实例剖析 3.1 模拟实验条件。受练习题的启发，米勒实验其实具体地模拟了很多不同条件[1]（见图1），从原始大气、原始地球环境条件（持续不断的雷电）到原始海洋（提供了水蒸气和高温条件）再到模拟冷凝降雨都恰如其分。 3.2 模拟实验对象。“鱼鳍在游泳中的作用”模拟实验就是模拟实验对象，用气球、吸管等材料制作鱼的实验模型进行模拟实验。可暂时代替找不到的生物实物，也能取得较好的效果。 4 进一步实例探究 4.1 刺猬的模拟实验 在参加生物第二课堂时我们就学习了刺猬法则，讲刺猬在一起抱团取暖。挨的太近，身上会被刺痛；离的太远，又冻得难受。就这样反反复复地分了又聚，聚了又分，不断地在受冻与受刺之间挣扎。最后，刺猬们终于找到了一个适中得距离，既可以相互取暖，又不至于被彼此刺伤。很想重现一下科学家的实验，然后刺猬实物是很难找得到的，老师提醒我们运用刚学过的“模拟实验法”尝试一下。 通过查资料得知，刺猬体背和体侧满布棘刺，头、尾和腹面被毛；受惊时，全身棘刺竖立，卷成如刺球状，头和4足均不可见。于是通过制作模仿刺猬模型的环保衣服（重点体现棘刺的部位），制作好后就试穿，然后尝试模仿抱团取暖的动作，寻找最适距离；甚至还有同学想试模仿“受惊时，全身棘刺竖立，卷成如刺球状”实现御敌。具体实验过程如下： 4.1.1 实验原理：模拟实验，用报纸制作刺猬模型，通过模仿实验对象进行实验。 4.1.2 实验材料：废报纸（1叠，其中铜版纸2张）、剪刀（2把）、浆糊（1罐，配棉签）； 透明胶、双面胶、订书机等。 4.1.3 实验过程：用报纸卷起形成刺，然后固定在体背和体侧（见图2）。 4.1.4 实验体会：通过模拟实验活动实质是制作了实物模型模拟体验了取暖的过程（见图3），比我们单纯地看书印象深刻多了。 4.2“建模解释真菌无处不在的原因”模拟实验 在八年级上册学习中，我们知道细菌无处不在，真菌是不是也是这样呢。平时也不怎么需要接种就会有些霉菌长出来，说明孢子到处都是。怎么这么多呢？由于真菌的孢子很小，实物很难做实验，我们又想到了做模拟实验，即通过制作孢子囊模型[2]，模拟孢子破裂的散发过程。具体实验步骤如下： 4.2.1孢子囊模型的制作。取一个气球，往里装入适量的事先准备好的被揉成球状的棉花（不能太大）；往气球中吹气，后用橡皮筋扎紧气球颈部；最后用竹签把气球支起（见图4）。 4.2.2模型演示。将模型放置于空旷的地方，用针扎破气球，观察棉花的散布情况，并做相关的记录。 4.2.3 实验记录及结果 在用针扎破气球“爆炸”的瞬间，棉球辐射地向各个方位散开，几乎到处都是（见图5）。同时，经几次重复实验进行定性与定量探索，还发现： ①当气球的体积相同：棉花多的气球：棉花散布较集中，散布面积小； 棉花少的气球：棉花散布较分散，散布面积大。 ②当棉花的数量相同：气球体积大的：棉花散布较分散，散布面积大；气球体积小的：棉花散布较集中，散布面积小。 4.2.4 实验结论：当气球体积越大时，棉花的数量就会越多。所以在一定的范围内，气球的大小和棉花的数量成正比。当然，孢子囊不可能无限大，即理论上孢子囊中的孢子尽可能地达到峰值（太多反而不能散开），只有这样，散布面积才大，才能体现其对环境的适应。根据模拟实验得出的结果，又可以回到实物中来探索，借助显微设备验证其体积与数目的关系。这正体现出模拟实验与实物实验的相互补充作用。可以，模拟实验的确是生物科学研究中不可缺少的一部分。 5 归纳总结 原来，在科学探究过程中，有些问题是很难单凭观察或直接用研究对象做实验得出结论的，因此在这时就要用模拟实验，模拟实验物体进行