逍遥学能 2014-07-08 10:57
1．课题的提出
综观生物实验教学，其实验目的大多数在一个设计完整的实验框架范围内重复前人验证的结果，实验的结果都或多或少在设计者的预料之中，学生的思维和科学素养表现的机会很少。另一方面验证性实验对新知识本身蕴涵的潜在意义，以及新知识的组织与呈现方式挖掘不够，对学生的情感调动不够充分。而探究性实验教学以实验为载体，探究科学结论和发展的过程，是在教师的指导下，学生运用已有的知识和技能，通过实验亲自发现问题、探究问题和解决问题的过程。
探究实验的特点要求教师要改变以往的教学策略，构建新型的教学模式，打破“明确目的──掌握操作步骤──验证结论”的模式，采用“问题──假设──实验探究──得出结论”的探究性实验教学新模式，以强调学生探究新知的经历和获得新知的体验，实现结果和过程的并重，更好地培养学生的科学素养。
2．课题研究的意义
2．1 生物新课程改革的需要
我国基础教育新课程改革的核心理念是“一切为了每一位学生的发展”。目前，转变学生的学习方式已成为教学领域的重要研究课题。新课程倡导探究性学习，期望使每一个学生通过学习生物学对生物学知识更深入的理解，能够使他们对今后的职业选择和学习方向有更多的思考；能够在探究能力、学习能力和解决问题能力方面有更好的发展；能够在责任感、合作精神和创新意识等方面得到提高。生物实验教学作为生物教学中的一种重要的教学活动，决定着生物学教学改革的成败，决定教学过程的优劣，是解决高中生物教学现状与素质教育、创新教育之间的矛盾的关键因素。
2．2 教师教学理念发展的需要
高中新课程的改革不仅在教材内容上发生了较大的变化，而更多是教师教学理念不断更新，从培养人才的角度去提升自己。在新课程中，教师既是课程使用者，又是课程的开发者，不仅要教好教材，更要用好教材。如何搞好高中生物学实验教学，如何通过实验课培养学生能力，关键在教师。教师应依据课程标准，加强实验模式的研究，应尽可能多的让学生参与实验，创设条件使学生身临其境，是适应新课程改革教师教学理念发展的需要。
2．3 学生认知发展的需要
在生物新课程改革中，要依据教材资源，结合当地实际，课内外结合，灵活调整探究性实验教学内容。在教学过程中，教师要积极创设情境，让学生可根据具体时间、地点、学生的不同生活经历、学校的教学环境，设计灵活多样的活动方案。在探究性实验教学过程中，提高学生的创造思维，体验到获取知识的快乐，发展探究学习的空间，延伸探究学习的视野，因而可提高探究性实验学习过程中的主动性和趣味性。
3．探究性实验教学研究概况
面对21世纪知识经济时代的挑战，世界各国开始纷纷审视教育存在的问题，改革人才培养观念和模式，实现从精英教育向大众教育转变。科学探究称为贯穿各科新课程的主线，国内学者围绕该主题也展开了理论与实践研究。
虽然我国中小学生物课程改革的步子迈得大，迈得快，素质教育的实施对中学实验教学要求越来越高，但是中学生物实验教学的现状明显落后，现状跟不上形势的发展，实验教学观念滞后。有些地方仍把实验教学看作一种辅助性教学手段，教师看重实验结果，轻视实验过程；侧重知识的巩固，淡化能力的培养且习惯性地以验证性实验为主。因此，实验仍停留在较低的感知和操作层次，多数未形成相对持久的探究兴趣。因此，实验教学依然是薄弱环节，与我国教学改革要求存在较大差距。因此，认真扎实地开展中学生物探究性实验教学的效果研究，很有必要，也有重要的现实意义。
4．课题的研究目标和意义
4．1课题的研究目标
随着我国基础教育课程改革由试点地区逐渐向更广大地区的有序推进，新课程实施过程中如何加强实验教学，如何利用可利用的课程资源，利用教材优势，使学生的实验学习和研究过程更加丰富多彩，使学生的认知水平、研究水平得到发展称为重要研究课题。探究性实验教学与传统的实验教学模式有哪些优越性？这是在新课程改革过程中最为迫切研究和解决的问题，也可为广大教师进行适宜操作的探究教学模式的依据之一。
4．2课题研究的意义
通过探究性实验教学的效果研究，将为探究性实验学习在生物新课程教学中运用的理论建设和实践操作提供有价值的经验，使生物实验教学在促进学生获得知识、提高能力，落实培养学生的创新意识和创造能力等方面取得重要突破，有力推动中学生物课程改革不断深入。
通过探究性实验教学的效果研究，将有助于采用探究的方式主动建构知识，并在建构的过程中感悟科学方法, 学会实验探究的思维与方法，并将这种思维和方法运用于学习中，实现学习角色的正确定位和学习方式的改变，并能丰富情感体验，提高科学素养，对其谋求生存和发展，提高生活质量起到久远的作用。
通过探究性实验教学的效果研究和实验，有利于中学生物教师思考和接受新课程理念；也有利于中学生物教师从接受新课程教育理念向实施教育行为进行转化；同时也有利于地方中学的生物教师因地制宜、创造性的开展探究性实验教学。
5．当前生物实验教学存在的主要问题分析
反思目前的中学生物学教育，就会发现充斥我们头脑的仍然是一种偏执的知识本位教学观。虽然强调能力本位的实验探究性实验教虽然具有不可比拟的优势，但由于种种原因，在实验教学中还没有普遍实施。在中学生物实验教学中存在的问题主要是：
5．1 知识本位教学观的影响
受知识本位教学观的影响，实验的开展多以教师的演示实验为主，过分强化实验的验证作用，侧重于现象本身的观察和描述，不重视现象产生时条件的讨论和探究，实验的实际效果和实验的教学目标存在着一定的差距。
5．2 忽视学生的主体性
在实验教学中，忽视学生的主体性，学生处于被动地位，学生的主体性得不到充分的发挥，学习主动性受到抑制。教师只是向学生传授知识，教学的主要任务只是传授知识、学会操作，忽视对学生创新意识的培养。
5．3 绝对真理观的影响
受绝对真理观的影响，给学生的知识是预设的、确定的东西，对问题的解决只要求一种方案或答案，忽视了学科之间的内在联系。忽视对学生想象力和创造性思维能力的培养，这不仅不利于创新思维的培养，而且遏制了学生创新能力的发展。
5．4 忽视探究教学理念
在实验教学中，忽视探究教学的理念，过分重视实验的“经典性”，缺少与生活实际相联系的实验环境，不利于学生对周围环境的关心和探索，实验成为“空中楼阁”。注重学生能力和个性发展的训练力度不够，忽视科学探究过程的教学理念，不利于全面提高学生的科学素养，也不利于学生的创新精神和实践能力的培养。
6．探究性实验教学理论基础
6．1布鲁纳的发现学习理论
布鲁纳是美国当代认知心理学的主要代表人物，他的发现学习理论认为：学习是认知结构的组织与重新组织，是将新知识与学生原有的认知结构联系起来，通过新旧知识的交互作用，使新知识在学习者头脑中获得新意义的过程，这就是学习中的发现。由于不同个体认知结构的层次水平是有差异的，所以教学中教学内容的设计和组织既要合乎逻辑，又要与学生头脑中的认知结构相适应，以便于学生掌握和发现科学的新概念，培养科学探究能力。
6．2萨其曼的探究教学理论
萨其曼认为实施探究教学必须满足三个条件:①有一个集中学生注意的焦点，最好是一个能引起学生惊奇的事件或现象。②学生具有探索求异的自由。③有一个能激励思维活跃的环境氛围。一般由一个惊异事件或现象开始教学，接着让学生对他们所观察到的现象提出“是”或“不是”之类问题，当学生对观察结果做出推测性解释后，他们进一步提出问题，检验自己假设。他提出了探究训练的四条基本原则:一是只有学生感到疑难时才会去探究；二是在探究中学会分析和改进思维策略；三是新的思维策略对学生原有的策略有补充作用；四是一切知识都具有尝试性。萨其曼的探究教学理论为高中生物探究性实验教学提供了理论依据。
7．高中生物实验中探究教学的设计模式
探究性实验教学并不是杂乱无章的，而是一种精心编排的教学活动。实验探究是学生在课堂上进行的一系列的科学探究活动。其基本程序一般包括以下六个方面：
图1 高中生物实验中探究教学的基本程序
7．1 提出问题，构想假说
假设是一种推论和猜想，所以可能是正确的，也可能是错误的。一般情况下，假设的依据是已有的生物学理论知识、生活经验、既往的经验或证据，其正确与否必须通过实验进行检验。用来检测的依据应来源于收集、分析和解读的实验数据。如针对低温能够诱导染色体数目加倍吗？作出假设：如果低温能够诱导染色体数目加倍，那么用低温处理生根的洋葱等实验材料，在其有丝分裂细胞中能够观察到染色体数目的加倍的现象。
7．2 设计实验，预测结果
设计实验是探究性实验活动的关键环节，包括确定实验目的、实验原理、实验材料的选择、设计实验方案、预测实验结果等。
（1）实验目的
实验目的是从提出问题演变而来的，即把提出的问题变为陈述句。在实验目的的表述上要体现实验的性质，使用“观察、鉴别、验证、探究”等关键词语进行区别。
（2）实验原理
实验原理是设计实验方案的指导思想，是预测实验结果的理论依据。它涉及生物学及相关学科中的一些方法和原理。如测定洋葱鳞片叶表皮细胞的细胞液浓度，虽然其利用了植物细胞的质壁分离现象，但实验原理是渗透作用。
（3）实验材料
实验材料的设计要根据实验所提出的问题和要求，联系实验过程的需要准确判断和选取，不要少用或多用，尽量选用实验效果显著、容易获得以及原理简单的实验装置和器材。
（4）设计实验方案
设计实验方案是设计实验的核心，它包括确定实验组合、筹划实验方法步骤、思考注意事项、构思记录实验数据的格式等。
（5）预测实验结果
阐述预期的实验结果，其表述形式通常与假设类似，采用“如果……那么（则）……”的句式。“如果”是预测实验现象，“那么”是根据预测的实验现象可以得出的实验结论。
7．3 实验操作，搜集数据
在完成实验操作的过程中搜集足够的实验数据是一个至关重要的环节。实验数据主要是通过观察和测量得到。通常用描述和绘图来搜集观察获得的数据，用国际标准单位来表示测量获得的数据。在收集、整理和解读这些实验数据的过程中，就能获得支持或否定假设的证据。
7．4 分析数据，得出结论
分析数据是对实验数据信息进行整理和加工的过程。通过整理，找出研究对象的发展趋势，或推断不同事务之间的联系，或揭示事实或规律，确定数据或现象是否支持预先作出的假设，运用证据和逻辑分析对提出的问题作出答案或解释，从而得出最后的实验结论。因此，结论与预测不同，结论是唯一的。
绘制图表是整理数据的常用方法。观察获得的数据可以绘制概念图、比较表或图示、思维图、流程图或循环图。测得获得数据可以绘制柱形图、折线图或扇形图等。
7．5 交流讨论，进行反思
8．高中探究性实验教学的现状调查和案例分析
8．1 学生现状分析
针对学生学习的现状，我们对学生学习生物实验的情况进行了问卷调查(青县一中高一年级18个班共1062人)(见表1)。
从表1中分析其原因：学生实验目的不明确及思想认识不够，对实验不感兴趣是造成实验效率低下的主要原因；由于长期教师“传授式”教学的影响，学生过分依赖于教师、没有养成独立思考的习惯，使学生的主动学习、自主探究的能力没有得到培养；由于实验仪器的不足，造成实验中2、3人一组，只有少数人能动手，其他的学生只能看实验的现象，使一些学生的实验操作能力得不到培养。
表1 学生生物实验学习情况调查统计
调查内容
人数
对实验感兴趣，喜欢做实验
773
72．8%
明确实验目的
678
63．8%
养成实验前预习的习惯
463
43．6%
喜欢自己边看书边实验
581
54．7%
喜欢听老师讲解，不愿意动脑筋
496
46．7%
认为实验课效果不好
618
58．2%
喜欢自己探究，课后主动设计
328
30．9%
8．2 教师教学现状分析
8．2．1教师教学观念陈旧
许多实验中，教师只要求学生按实验报告上内容与步骤重复“放影”一遍，要求学生实验过程形式化，实验结果唯一化。这种僵化的实验教学，使学生学习的积极性和探究精神受到压抑，学生的创新精神和探究能力得不到培养。
8．2．2 教师对实验教学的作用认识不足
对于演示实验，教师只要求学生在课堂上自己完整演示一遍就行，而不利用质疑、提问的形式加强实验的探究。对于学生实验，只要求学生按照实验报告上的步骤会动手做就行，而没有让学生把实验内容与生物知识联系起来，做到一个仪器多种用途，多种设计思路等。针对当今的教师的教学观念，我们调查了教师对实验教学的认识情况(青县一中生物教师10人)。下面是我们在教师中作的一个小调查统计表(见表2)
表2 教师对实验教学认识情况调查
调查内容
调查结果
分析原因
教学观念
实验教学是为了高考要求
90%
升学压力大
实验教学为了完成教学任务
80%
比较同年级同学科的成绩，造成无形压力
实验教学的目的培养学生的实验能力
100%
培养学生的创新能力和素养
教学方式
主要通过教师动手完成
40%
许多学生实验基础差，且有些实验仪器不充足
通过师生互动完成
50%
学生愿意在教师的指导下完成实验，创新少
通过学生自主性独立完成
80%
培养学生动手能力和实验技能
教学效果
能在试卷上答题
80%
利用考试成绩说明教师教学水平的高低
能在实际生活中应用
60%
培养学生理论联系实际的能力
能在实验中培养探究能力
70%
培养学生的主动研究和亲自实践能力
从以上表2调查可知，升学的压力和利用考试分数评价教师的教学质量好坏是影响教师开展实验教学的主要原因。教师的教学观念及自身素质也是影响实验教学开展的重要因素。
8．3 探究性实验教学案例教学设计分析：细胞的质壁分离及质壁分离复原
实验探究模式：学生自己提出探究的问题→自行设计实验方案→进行实验进行探究→分析实验数据和现象，得出结论→交流并反思。
8．3．1 探究的主要思想及目的
质壁分离和复原实验中所用的材料是紫色洋葱鳞片叶、0．3g/mL的蔗糖溶液、清水。紫色洋葱鳞片叶是作为观察材料，当滴加0．3g/mL的蔗糖溶液时，细胞就会渗透失水，从而发生质壁分离；几分钟后滴加清水，细胞又会渗透吸水，从而发生质壁分离和复原。针对这个实验，我们提出了许多问题，其中有比较具有代表性：蔗糖溶液的浓度为什么0．3g/mL是呢？能否用其它浓度的蔗糖溶液代替呢？这个问题，萌发了我们探究质壁分离和复原最佳材料选取的想法。
8．3．2 实验方案设计及探究思路
方案：针对“能否用其它浓度的蔗糖溶液代替0．3g/mL的蔗糖溶液”这个问题，我们设计了第一组对照实验：
表3 不同浓度蔗糖溶液对植物细胞质壁分离和复原的影响实验记录表
蔗糖溶液
0．1g/mL
0．3g/mL
0．5g/mL
0．7g/mL
质壁分离程度
复原状况
说明
结论
在这组实验中，所用的实验材料为紫色洋葱鳞片叶、蔗糖溶液，只是将蔗糖溶液的浓度改换了一下。为了使现象区分较为明显，我们所用的溶液浓度差别较大，分别为0．1g/mL、0．3g/mL、0．5g/mL、0．7g/mL，通过实验对比得出结论。
材料准备：新鲜洋葱、0．1g/mL蔗糖溶液、0．3g/mL蔗糖溶液、0．5g/mL蔗糖溶液、0．7g/mL蔗糖溶液、清水、显微镜、吸水纸、载玻片、盖玻片。
8．3．3 研究过程及其实验方法
根据能否用其它浓度的蔗糖溶液代替0．3g/mL的蔗糖溶液，我们选择了0．1g/mL、0．3g/mL、0．5g/mL、0．7g/mL的四种不同浓度的蔗糖溶液。
用0．1g/mL的蔗糖溶液时，细胞发生轻微的质壁分离，但现象不明显，几分钟后滴加清水，复原较慢；用0．3g/mL的蔗糖溶液时，分离较明显，有一部分细胞原生质层已经完全脱离细胞壁，几分钟后滴加清水，复原较快；用0．5g/mL的蔗糖溶液时，分离很明显，几分钟后滴加清水，不能发生质壁复原；用0．7g/mL的蔗糖溶液时，分离现象更加明显，几分钟后滴加清水，不能发生质壁复原。
引导探究为什么前两种情况下可以发生复原，而后两种情况下即使滴加清水都不能复原呢？经我们小组分析讨论，得知是由于后两者浓度过高，导致细胞失水过多而死亡，从而不能复原。而前两者由于浓度不是太高，细胞失水不是太多，仍然存活。于是总结如下：
表4 不同蔗糖溶液下的实验结果
蔗糖溶液
0．1g/mL
0．3g/mL
0．5g/mL
0．7g/mL
质壁分离程度
轻微分离
明显分离
明显分离
明显分离
复原状况
发生复原
发生复原
不复原
不复原
说明
细胞存活
细胞存活
细胞死亡
细胞死亡
结论
不宜选用
宜选用
不能选用
不能选用
（1）0．1g/mL蔗糖溶液
图2 分离时显微照片 （10X40倍） 图3 复原时显微照片（10X40倍）
（2）0．3g/mL蔗糖溶液
图4分离时显微照片（10X40倍） 图5 复原时显微照片（10X40倍）
（3）0．5g/mL蔗糖溶液
图6 分离时显微照片 （10X40倍） 图7 复原时显微照片（10X40倍）
（4）0．7g/mL蔗糖溶液
图8分离时显微照片（10X40倍） 图9 复原时显微照片（10X40倍）
实验结论：为了观察质壁分离复原现象，不可以采用0．5g/mL或0．7g/mL的蔗糖溶液，而0．1g/mL的溶液分离现象不明显，且用时太长，所以最好选用0．3g/mL的蔗糖溶液来观察植物细胞质壁分离现象。
8．3．4 分析并反思
探究实验的目的并不在于得到全班学生统一的结果，而重在使学生真正参与探究过程，在实践中获得具体的经验体会，让学生懂得科学的探究方法，培养严谨的科学态度，让他们的创新意识得到发挥，这可以让学生受益终身。从案例中我们发现，探究式教学使学生成为知识的探索者,而不是消极的接受者,充分体现了学生是学习的主体,同时有利于开发学生的智力和培养实验、观察、思维能力。同时，学生在探究活动中感受到成功带来的喜悦，增进了同学间的合作精神,获得了理想的教学效果。
9．关于生物探究性实验教学的效果的研究的认识和思考
9．1 开展生物探究性实验教学的优点
经过一年的教学实践与研究，笔者认为与传统的实验教学相比，探究性实验教学在以下三方面具有突出的优点：
9．1．1 激发求知欲，培养浓厚的兴趣
在高中生物学实验教学中，采用探究性实验教学可强烈地激发了学生的求知欲，培养了学生学习生物的稳定、持久的兴趣，同时观察能力、思维能力、综合分析能力和实验探究与设计能力等诸多方面都有所提高。学生能从实验现象、生活经历入手，提出可探究的问题并设计可行的实验方案，最后完成实验并得出相应结论。因此，教师在教学中要力求把学生的兴趣调动起来，唤起学生学习生物的热情，并使之自觉转化成为学习生物的动力。
9．1．2 发挥学生主体性，提升探究能力
“实验探究教学”模式与传统教学模式最大的不同，就在于学生不再是一味听教师讲、看教师做，而是在足够的时间和空间范围内，由自己来确定时间的分配，进行方案设计并进行实验操作，对实验的事实加以分析并做出结论。在这样的学习氛围中，学生就能真正感受到自己是学习的主人。在生物探究性实验教学中，真正体现了学生的主体作用，充分发挥了学生的主观能动性。学生在教师的指导下，积极主动地发现和提出问题、自主搜集资料、设计实验方案、自主进行实验、得出结论，并在自主的前提下进行讨论与交流。这样的实验探究活动，充分发挥了学生在实验教学中的主体作用，使他们能够在实验教学中认真实验、主动观察、大胆提问、积极思考，极大地调动了学生的积极性、主动性和创造性。
9．1．3 培养严谨科学态度，开拓创新思维
生物探究性实验教学与传统的教学方式相比，更有利于培养学生实事求是的科学精神与严谨的科学态度，提高学生的探究能力、创新能力。在实验过程中，学生自觉地遵守实验规则，逐步养成了良好的实验习惯；当出现与预想不同的现象时，认真分析原因，尊重事实而不弄虚作假；通过实验来探究、解决问题，逐步提高了学生的实验能力、探究能力和创新能力；同时，在探究的过程中，学生获得了亲自参与研究、探索的积极情感，逐步形成了一种在日常学习与生活中喜爱质疑、乐于探究、努力求知的心理倾向，养成了尊重前人劳动成果，实事求是的科学态度以及不怕困难、勇于探索。
9．2 生物探究性实验教学对老师的影响
在生物探究性实验教学课题实践中，教师研读了多本有关科学教育的理论书籍，并查阅了很多国内外科学教育的资料，不但对科学教育有了更深入地理解，提高了有关科学教育研究的能力。而且，在生物实验教学技能方面，驾驭教材和课堂能力有了较大提高，教学思考也更具有前瞻性。在实验教学中，逐步建立了新型的学生观，形成了良好的师生关系，得到了学生的喜爱。
9．2．1 提高教师素质，加强应变能力
传统的实验教学中，教师视实验教材为法宝，不加取舍地传授给学生。教师不是将实验作为研究课题，让学生去探究、去创造设计新的实验，也不去加宽学生的知识面，只要求学生按照大纲要求去做。在探究教学中，要求把学到的知识加以归纳概括，综合分析，判断反思，再运用到实践中去。探究性实验无疑增加了教学的难度，从而要求教师具有较高的教学素养，能驾驭实验中学生提出各种问题及实验中发生的各种问题。树立以实验为基础的教学观。改变理科教学重理论研究轻实验探究，重知识传授轻能力培养的倾向。重视和深刻认识实验教学的多重教育教学功能。尤其是对于培养学生能力，提高科学素质，造就创造性人才的意义，明确实验教学在物理教学中的重要地位。
9．2．2 更新教学方法，提倡探究精神
生物探究性实验教学要求教师不断改进教法，在实验教学中，应注重培养学生的问题意识，科学地引导学生提问，充分挖掘学生潜在的创造性，使学生成为真正的探索者。教师在教学中应注意引导方法的变化，做好“提问”的示范。传统的教学方法是“授之以鱼”，学生不会处理各种复杂的情况，而探究教学要求学生学会学习。教学中要使学生学会学习，从而达到“授之以渔”的目的。运用探究教学，实现知识与能力的统一。在实验教学中，从学生的认识规律出发，强调“以实验为基础”的理科教学观，以自然科学方法论为依据，把学生认识科学知识的活动组织成主动参与探索科学问题过程的一种教学活动方式。由于探究教学是按照科学探究的方法进行的，使学生成为主动探究者，因此，在实验教学中，培养学生的认识能力和科学创造能力，实现学生知识与能力的统一。
经过对比性实践研究，表明在中学生物实验教学中，增大探究性实验的数量，减少验证性实验，在提高学生实验技能、培养科学方法，以及形成直觉思维的能力和创新意识等方面是可行的，也是有效的。