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生物学实验是生物科学探究的基础,生物学实验一般可以分为两类,一类是验证性实验,另一类是探究性实验。探究性实验是指实验者在不知晓实验结果的前提下,通过自己实验、探索、分析、研究得出结论,从而形成科学概念的一种认知活动。它比验证性实验更具有灵活性和未知性。
探究性实验设计是对学生在学习思维的一种很好的训练和开发,是培养科学型实验人才的一种最基础的训练。教师在教学中如何进行探究性实验设计和指导学生掌握探究性实验设计的方法和规律呢,笔者在多年的高中教学中总结出了以下几点,以供大家参考和借鉴:
一、理清思路,头脑中有一条明确的主线
刚进入高中的学生,逻辑思维的能力很有限,自主实验和探究的能力非常差。如何让他们逐步掌握探究性实验的特点和规律,学会探究呢?在我的实践中我发现,首先要让他们认识实验探究的基本原理,在头脑中形成一条明确的主线。
我引导学生这样思考问题,我们想干什么,研究光对种子萌发有什么影响;想一想,影响种子萌发的因素有哪些?光对种子萌发有影响吗?谁做过实验证明过,都没有。因为在初中所学知识中研究过水、适宜的温度和充足的氧气对种子萌发的影响,还真没有研究过光对种子萌发的影响。也就是说这是一个我们未知的问题,那么我们怎样才能知道光对种子萌发有没有影响呢?让它在光下萌发,看光对它有没有影响,那么它原先不是在光下的吗?这实际上就是我们平时说的环节中的“提出问题”和“作出假设”,并依据此设计实验步骤的过程。
夜上海论坛 二、认识在探究性实验中的各种变量及其含义
变量,或称因子,是指实验过程中所作的特定因素或条件。按性质不同,通常可分为三类:实验变量、反应变量和无关变量。
夜上海论坛 实验变量,也称为自变量,指实验中由实验者所操纵的因素或条件。反应变量,亦称因变量,指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。通常,实验变量是原因,反应变量是结果,二者具有因果关系。实验的目的在于获得和解释这种前因后果。例如,在“探究光对植物种子萌发的影响”实验中,有没有光就是实验变量,种子萌发的结果就是反应变量(因变量)。而由于低温、适温、高温条件变化,唾液淀粉酶水解淀粉的活性也随之变化,这就是反应变量,该实验即在于获得和解释温度变化(实验变量)与酶的活性(反应变量)的因果关系。
无关变量,也称控制变量,指实验中除实验变量以外的影响实验现象或结果的因素或条件。显然,无关变量会对反应变量有干扰作用,例如,“探究光照对种子萌发的影响”的这一实验中,水分、温度及氧气都是需要控制的量,即都是无关变量。又如“探究温度对酶活性的影响”实验中除实验变量(低温、适温、高温)以外,PH、试管洁净程度、唾液新鲜程度、可溶性淀粉浓度和纯度、试剂溶液的剂量、浓度和纯度,实验操作程度,温度处理的时间长短等等,都属于无关变量。
夜上海论坛 三、明白对照实验的概念和意义
对照是实验控制的手段之一,目的还是在于消除无关变量对实验结果的影响。实验对照原则是设计和实施实验的准则之一。通过设置实验对照对比。既可排除无关变量的影响,又可增加实验结果的可信度和说服力。
夜上海论坛 通常,一个实验总分为实验组和对照组。实验组,是接受实验变量处理的对象组,说的通俗些就是指对生物或材料进行了与原生活状态不同的改变,可以是增加条件,也可以是减少条件;对照组,也称控制组,对实验假设而言,是不接受实验变量处理的对象组,即保持生物或材料原有状态的分组,如上面所设计的“光对种子萌发的影响”实验组是光下的那一组,而如果是“光对植物幼苗的影响”,那么实验组就是暗处的那一组了。因为种子的萌发是通常是不见光的,而幼苗的生长通常是在光下进行的。这样,从理论上说,由于实验组与对照组的无关变量的影响是相等的,被平衡了的,故实验组与对照组两者之差异,则可认定为是来自实验变量的效果,这样的实验结果是可信的,设置实验对照是为了增强实验的可信度。
夜上海论坛 四、对探究性实验的步骤有一个明确的轮廓
设计探究实验的步骤是学生最为头疼的问题,为了减少学生设计上的困难,我在教学中首先将探究性实验的步骤列了一个通用模式,即所有的探究性实验都有这么三个步骤:
夜上海论坛 第一步,设计对照(也就是把该准备好的都准备好,如试管、培养皿等编号,材料等分)
夜上海论坛 第二步,对照组和实验组的具体操作,主要体现两者的区别;
夜上海论坛 第三步,记录实验结果,并确定检验结果所用的衡量标准。
夜上海论坛 总之,探究性实验设计的教学是一个训练学生思维的方法和过程,也是一个艰苦的过程,需要教师努力去实践和探索。实验设计是实验的起点,需要一步步引导学生从认识到掌握最后达到灵活运用的程度。
参考文献:
夜上海论坛 [1]余亚蕾.高中生物探究性实验教学设计思路《中学时代》.2012(06)
[2]陶海滨.高中生物学实验题中的理论及解题探讨《生物学通报》2008年07期
一、创建情境,提高教学的直观化效果
夜上海论坛 教学过程中不可离开教学情境枯燥地解读课本,我在实践中总是试想着如何提高学生的课堂参与度,让学生在互动活动中自己发现规律,体验获知的,加深对知识的印象。
夜上海论坛 例如,我在和学生一起学习“传染病的传播途径”这一部分内容时,邀请几个学生参与了一个小游戏:第一个同学手沾些面粉,接着与第二个同学握手,然后第二个同学又与第三个同学握手……最后,让参与游戏的几个同学将手摊开让其他同学观察。游戏结束,传染病的传播途径的一个结论也就得到了:接触传播是传染病的一种传播途径。
夜上海论坛 再例如,我在和学生一起学习“输送血液的泵――心脏”这部分内容时,从教学内容来看,因为抽象,学生难以理解,传统做法是借助于挂图和模型进行教学,静态的、远离学生生活的图形显得呆板、无趣。我在这一节借助于多媒体给学生播放了一段视频,直观地显现这一生理过程,与教学内容息息相关的重点部位,借助于慢放、特写的手段提醒学生注意。学生在观看视频的过程中,直观地感受心脏的四个腔室,随着视频感知血液循环动态的过程。通过该情境的创设,学生对血液循环有了很直观的感受,很轻松地就理解并掌握了这部分知识。教学过程中,教师通过情境的创设起到了启发学生思维的作用,不是将知识直接灌输,承担着学生学习协助者的角色。实践经验表明,在情境中学习,学生的学习兴趣比较高,更有利于思维的深入和发散。
夜上海论坛 二、适当留白,让学生自主生成问题
“提出一个问题比解决一个问题更重要!”学生自主生成问题的过程是其思维处于较高水平对教学内容进行分析的过程,新课程指出学生是教学的主体,我们不能总是提出问题让学生解决,还应鼓励学生自己质疑。所以我认为在初中生物课堂教学中,应根据教材内容的难易程度,科学地设计教学活动方式,鼓励学生自己发现并提出问题,将生成性问题作为课堂的生长点,实现知识的学习。
夜上海论坛 例如,我在和学生一起学习“生物圈中的绿色植物”一节内容时,就放手让学生自主学习,根据自己的自主分析,提出不明白的地方。从学生的生成性问题来看,他们会问一些自己感兴趣的问题:
问题1:在生物圈中有哪些绿色植物?
问题2:一粒小小的种子是如何发展为一棵大树的?
夜上海论坛 问题3:绿色植物与人类的关系怎么样?……
问题是学生自主生成的,所以他们更希望自己能够得到答案,求知欲望和探究欲望较为强烈。此时,适当地引导就可以将学生带进多姿多彩且无限神秘的植物界,和学生每向前探究一步,问题也会随之而来,课堂在不断生成问题、解决问题的过程中潜行,认知和能力逐渐深化了。
三、分组讨论,多边互动,突破重点
夜上海论坛 面对学生课堂生成的问题,我认为我们教师不应该直接予以回答,可以留给学生几分钟时间进行小组讨论。学生在讨论和交流的时候,教师可以适当地予以点拨,对于学生中好的做法和思路应予以展示和分享,对于学生间共存的疑问,我们教师再集体讲授。
1 生物课堂教师观念的转变
由传统课堂变为探究性学习的课堂,教师首先必须转变几个观念:由教师本位变为学生本位,由注重学习的结果变为注重学习的过程,由注重知识的传授变为注重学生综合素质的提升和可持续发展。例如:高中生物课,有关生物学实质和微观的内容较多,此时探究式教学可以利用多媒体或模拟实验,以讲述或讨论的方式,引导学生提出研究的方法、建议或实验设计的思路,让学生了解生物学结论形成的过程,尤其是科学史的发展过程,因此重在培养学生的思维能力、创新能力和创新意识。但教学安排不要为了探究而探究,中学生物课内容中,可探究的内容有很多,但有些内容不适宜进行探究,因此探究式教学一定要符合教师和学生的实际。
夜上海论坛 2 生物课堂探究式教学的实践
2.1在教学设计中,要善于分析教材,挖掘教材
夜上海论坛 例如:对必修3“稳态与环境”中“植物生长素的发现”这一节的教学,我根据教材所提供的资料,按照科学家发现生长素的历史过程,引导学生分析:假如你是当年的达尔文、詹森、拜尔、温特,在观察到植物向光性之后,会有哪些思考和推测?对这些思考和推测,你将采取何种来加以验证?引导学生设计实验方案,作出实验假设和预期。在此基础上,进一步引导学生分析达尔文、詹森、拜尔、温特的设计巧妙之处,还有哪些不足,怎样修改实验方案;分析实验中的现象、产生的结果,怎样从实验现象推导出科学结论。通过这种引导学生深入主动的探索,可以发展学生的能力,帮助学生掌握科学的方法,有利于培养学生的科学素质。
2.2在教学活动中,正确而有效地引导学生主动探索是最佳的课堂教学双边活动
新教材尽量将验证性的实验改成探索性的研究过程或以探索性方式提出问题,促使学生在不知晓实验结果的前提下,通过自己的实验、探索、分析、研究得出结论从而形成科学概念。由于这种实验或思维活动条条框框少,学生的思维不受到限制,所以它不仅能激发学生对所学知识的浓厚兴趣,还能培养学生观察问题、分析问题、解决问题的能力,对于培养学生良好的科学素质及逻辑思维和创造性思维能力大有裨益。例如,关于糖类、脂肪和蛋白质的鉴定实验,与老教材相比,新教材用了“尝试”一词,更注重学生对实验方法的探究。显然后者更能体现新课程改革的精神。在实际教学中,我根据新教材的这些特点,首先让学生讨论:通过自学教材,我们可以用什么方法来鉴定糖类、脂肪和蛋白质?需要哪些器材?需要记录哪些数据?为了能够记录好这些数据,我们需要设计表格,那么,怎样来设计这份表格呢?在相互讨论的基础之上,确定好实验方案和操作步骤及相关表格之后,引导学生完成实验,让学生设计记录表格的内容,要求学生填写实验预测结果和实测结果,然后进行比较,得出结论,这对培养学生的实验设计能力有很大的帮助。
夜上海论坛 2.3在教学活动中,探究方式的多样化
例如:《基因工程的原理》是典型的贯彻探究性学习精神的课堂。整一节课就是问题探究式的教学。通过一连串的问题,既注重新旧知识的网络构建,又很好地引导了学生的思维,激发了他们的探究欲望。学生解决问题的过程实际上就是进行探究的过程。这节课还设置了不同层次和形式的探究活动。如:对图片的探究,观察大肠杆菌结构模式图,总结出质粒的特点;以问题探讨的形式探究培育荧光猪的方法;以小组活动形式探究EcoRI酶的剪切方式;以小组活动的方式探究基因工程的操作步骤。通过不同的活动培养了学生多方面的科学探究方法与技能,切实提高了学生的科学素养。尤以最后一个探究活动为典型。新课程标准中相关的教学目标是学生在学习了基因工程的操作步骤后,再利用剪刀等工具进行模拟操作。本课中,教师作了大胆的创新,改为先由学生探究基因工程的操作过程,并在此过程中发现问题、解决问题,总结出基因工程的基本操作步骤。实践证明,这种新的实施方法使学生能力得到了更好的发挥。从这也可以证明,具体进行教学的时候,教师可灵活处理教材,探究形式应多样化,对课本上的探究活动可根据实际需要作大胆创新,或适当进行增删。最重要的是要使探究精神真正地贯彻到课堂中。
3 生物课堂进行探究式教学的思考