“模拟动物种群密度调查的标记重捕法”实践的一些改进
2022-06-08
摘 要 文中依托建构主义理论，通过控制无关变量，对苏教版必修3教材上的标记重捕法模拟实验中的实验材料和实验方法做了一些改进，认为能使高中学生更好地领悟标记重捕法。
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
关键词 标记重捕法 模拟实验 实践改进 建构主义 无关变量 合作学习
中图分类号 G633.91 文献标识码 B
建构主义的学习理论对生物学教学具有重要的指导意义。建构主义学习理论认为，学习过程不是学习者被动地接受知识，而是积极地建构知识的过程。建构主义提倡在教师指导下的、以学习者为中心的学习，提倡发现学习、探究性的学习、合作学习、个别化教学以及利用现代信息技术手段进行教学。
实验是以认识为直接目的的探究活动，是人类认识客观世界的本质和规律，能动地改造客观世界的活动。生物学实验是生物科学形成和发展的基础；生物学实验教学是中学生物学教学的重要组成部分，是实现中学教学目标的基本途径和方法。因此，在实验教学中如何开展实验，如何优化实验教学过程，如何进行生物实验教学设计是对教师能力的基本要求。
但是，在生物学教学中，直接用研究对象的实验很多时候是非常困难或不可能进行的，因而模拟实验成为其中一个重要的方法。
苏教版高中生物教科书必修三《稳态与环境》第三章“生物群落的演替”第一节“生物群落的基本单位――种群”中，有关调查、测定、计算动物种群密度的常用方法是标记重捕法。动物种群密度的调查，对城市学生来说，很难通过实地调查展开，为了避免将方法论仅当作知识来讲授，教师可以通过模拟实验活动，让学生领悟有关科学方法，并且培养学生的小组合作学习精神与能力。
建构主义认为，知识不仅是个体在与环境的相互作用中建构起来的，而且其与社会的相互作用同样重要。学生可以通过相互沟通和交流，相互争辩和讨论，合作完成一定的任务，共同解决问题，从而形成更丰富、更灵活的理解。采用“合作学习”有助于学生的意义构建，即教师给定一个任务（问题），经小组成员在研究、解决问题中相互沟通，相互合作，共同负责才能完成的。
笔者在按照教材进行实践的过程中遇到了一些问题。比如：世界上没有2粒长得一模一样的黄豆和红豆，学生有时能从手感上区分出黄豆和红豆，从而增加实验误差；有学生会反映“实践”中计算公式的字母（a、x）与之前正文中计算公式的字母（N、M、n、m）不统一；教师在教学研讨中也发现“每次从大烧杯中随机抓取一粒……连续抓取……”似乎不符合标记重捕法的实际情况；……
该实验成功的关键之一在于控制无关变量。无关变量，也称控制变量，是指实验中除实验变量以外的影响实验现象或结果的因素和条件。无关变量的控制是生物学实验设计中重要而又复杂的内容，只有控制好无关变量，才能排除无关干扰，得出正确的结论。
因此，笔者对教材上边做边学中学生实践活动的材料用具、方法步骤和数据统计等进行了一些改进，使其更符合标记重捕法的精髓。实践材料由黄豆、红豆改为人工制成的大小相同的蓝色、黄色玻璃球，避免了因材料的大小不一而造成的实验误差。将方法步骤中标记数（M）改为不固定，由各组第一次捕获数确定；将“每次从大烧杯中随机抓取一粒……连续抓取……”改为“抓取一把（或两把）（可根据学生手的大小而灵活调整）”。数据统计时，将字母表示与教材正文中标记重捕法估算公式中的字母统一（N、M、n、m）；因每组各项统计数据（N、M、n、m）均不相同，故设计每组最终计算“N平均值与实际总数的差值（%）”（即误差率），全班统计、比较，再讨论如何减少误差。
具体改进如下：
材料与用具：（每组）
蓝色玻璃球若干，同样大小的黄色玻璃球若干，1个篮筐，3个大烧杯。
方法与步骤：
（1） 从篮筐中取出一把（或两把）蓝色玻璃球（M），计数后将同样数量的黄色玻璃球放入篮筐（模拟标记后的动物）。
（2） 充分混匀后，从篮筐中随机抓取一把（或两把）玻璃球（n），并计数其中黄色玻璃球数（m）。
（3） 根据N=M×n/m，估算蓝色玻璃球总数（N）。
（4） 重复3次，求N平均值。
（5） 计数蓝色玻璃球的实际总数，计算N平均值与实际总数的差值（%），即误差率。
（6） 统计全班误差率，比较。
讨论：如何减少模拟标记重捕法实验中的误差？
改进之后，师生通过实践发现：如第一次捕获的数量（M）较大，并注意充分混匀、随机抓取等，可以有效地减少模拟标记重捕法实验中的误差；而且，通过4人小组的“合作学习”，每一位学生都积极参与到课堂的实践活动中，不仅有助于小组合作学习精神的培养，也有助于小组合作学习能力的提高，更能实现高效课堂！
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关键词 标记重捕法 模拟实验 实践改进 建构主义 无关变量 合作学习
中图分类号 G633.91 文献标识码 B
建构主义的学习理论对生物学教学具有重要的指导意义。建构主义学习理论认为，学习过程不是学习者被动地接受知识，而是积极地建构知识的过程。建构主义提倡在教师指导下的、以学习者为中心的学习，提倡发现学习、探究性的学习、合作学习、个别化教学以及利用现代信息技术手段进行教学。
实验是以认识为直接目的的探究活动，是人类认识客观世界的本质和规律，能动地改造客观世界的活动。生物学实验是生物科学形成和发展的基础；生物学实验教学是中学生物学教学的重要组成部分，是实现中学教学目标的基本途径和方法。因此，在实验教学中如何开展实验，如何优化实验教学过程，如何进行生物实验教学设计是对教师能力的基本要求。
但是，在生物学教学中，直接用研究对象的实验很多时候是非常困难或不可能进行的，因而模拟实验成为其中一个重要的方法。
苏教版高中生物教科书必修三《稳态与环境》第三章“生物群落的演替”第一节“生物群落的基本单位――种群”中，有关调查、测定、计算动物种群密度的常用方法是标记重捕法。动物种群密度的调查，对城市学生来说，很难通过实地调查展开，为了避免将方法论仅当作知识来讲授，教师可以通过模拟实验活动，让学生领悟有关科学方法，并且培养学生的小组合作学习精神与能力。
建构主义认为，知识不仅是个体在与环境的相互作用中建构起来的，而且其与社会的相互作用同样重要。学生可以通过相互沟通和交流，相互争辩和讨论，合作完成一定的任务，共同解决问题，从而形成更丰富、更灵活的理解。采用“合作学习”有助于学生的意义构建，即教师给定一个任务（问题），经小组成员在研究、解决问题中相互沟通，相互合作，共同负责才能完成的。
笔者在按照教材进行实践的过程中遇到了一些问题。比如：世界上没有2粒长得一模一样的黄豆和红豆，学生有时能从手感上区分出黄豆和红豆，从而增加实验误差；有学生会反映“实践”中计算公式的字母（a、x）与之前正文中计算公式的字母（N、M、n、m）不统一；教师在教学研讨中也发现“每次从大烧杯中随机抓取一粒……连续抓取……”似乎不符合标记重捕法的实际情况；……
该实验成功的关键之一在于控制无关变量。无关变量，也称控制变量，是指实验中除实验变量以外的影响实验现象或结果的因素和条件。无关变量的控制是生物学实验设计中重要而又复杂的内容，只有控制好无关变量，才能排除无关干扰，得出正确的结论。
因此，笔者对教材上边做边学中学生实践活动的材料用具、方法步骤和数据统计等进行了一些改进，使其更符合标记重捕法的精髓。实践材料由黄豆、红豆改为人工制成的大小相同的蓝色、黄色玻璃球，避免了因材料的大小不一而造成的实验误差。将方法步骤中标记数（M）改为不固定，由各组第一次捕获数确定；将“每次从大烧杯中随机抓取一粒……连续抓取……”改为“抓取一把（或两把）（可根据学生手的大小而灵活调整）”。数据统计时，将字母表示与教材正文中标记重捕法估算公式中的字母统一（N、M、n、m）；因每组各项统计数据（N、M、n、m）均不相同，故设计每组最终计算“N平均值与实际总数的差值（%）”（即误差率），全班统计、比较，再讨论如何减少误差。
具体改进如下：
材料与用具：（每组）
蓝色玻璃球若干，同样大小的黄色玻璃球若干，1个篮筐，3个大烧杯。
方法与步骤：
（1） 从篮筐中取出一把（或两把）蓝色玻璃球（M），计数后将同样数量的黄色玻璃球放入篮筐（模拟标记后的动物）。
（2） 充分混匀后，从篮筐中随机抓取一把（或两把）玻璃球（n），并计数其中黄色玻璃球数（m）。
（3） 根据N=M×n/m，估算蓝色玻璃球总数（N）。
（4） 重复3次，求N平均值。
（5） 计数蓝色玻璃球的实际总数，计算N平均值与实际总数的差值（%），即误差率。
（6） 统计全班误差率，比较。
讨论：如何减少模拟标记重捕法实验中的误差？
改进之后，师生通过实践发现：如第一次捕获的数量（M）较大，并注意充分混匀、随机抓取等，可以有效地减少模拟标记重捕法实验中的误差；而且，通过4人小组的“合作学习”，每一位学生都积极参与到课堂的实践活动中，不仅有助于小组合作学习精神的培养，也有助于小组合作学习能力的提高，更能实现高效课堂！