中学生物探究性实验教学模式初探

生物学杂志JOURNALOFBIOLOGY

Vol125 No14

Aug,2008

中学生物探究性实验教学模式初探

陈建新

(江苏省宝应县画川高级中学,225800)

摘 要:当前,随着生物新课程的实施,广大中学生物教师对新课程标准/倡导探究性学习0理念的认识不断提高。高中生物教材中提供的探究性实验作为探究学习的基本材料之一,越来越引起教师们的关注。然而,如何有效开展探究性实验教学,本人认为探究性实验教学具有相对稳定的范式型的教学模式。这一教学模式的流程简单概括为:提出问题)作出假设)验证假设)得出结论)交流评价。通过结合自己的教学实践就生物探究性实验教学模式的理论依据、教学目标、教学程序、教学评价、实施条件以及实施的体会作初步探讨。关键词:生物实验;探究;教学模式中图分类号:G424.31

文献标识码:C

文章编号:1008-9632(2008)04-0077-03

1 探究性生物实验教学模式的理论依据

建构主义学习理论认为,知识不是通过教师传授得到,而是学习者在一定的情境下,借助他人的帮助,利用必要的学习资源通过意义建构的方式主动获得

的。情境、协作、会话和意义建构是学习环境中四大要素。情境:学习环境中的情境必须有利于学生对所学内容的意义建构,有利于学生对问题的创设。协作:协作发生在学习过程的始终。协作对学习资料的收集与分析、假设的提出与验证、学习成果的评价直至意义的最终建构都有重要作用。会话:学习小组成员之间必须通过会话商讨如何完成学习任务的计划;另外,协作学习过程也是会话过程,在此过程中每个学习者的思维成果为整个学习群体所共享。意义建构:所要建构的意义是指,事物的性质、规律及事物之间的内在联系。即通常所说的知识。意义建构就是要把所知识同化到学习者的认知结构中去。由此可见,在教学过程中,教师不应该把知识作为预先确定了的东西。而应创设与学习内容相关的情境,让学生通过自主学习,协作学习,并根据已有的知识经验去学习新知识。使原知识作为构建或获取新知识的平台。

2 探究性生物实验教学模式指向的教学目标

任何教学模式都指向或完成一定的教学目标,探究性生物实验教学模式指向的教学目标是初步学会:(1)客观地观察和描述生物现象;(2)通过观察或从现实生活中提出与生物学相关的可以探究的问题;(3)分析问题阐明与研究该问题相关的知识;(4)确定变量;(5)作出假设和预测;(6)设计可行的实验方案;(7)实施实验方案,收集证据;(8)利用数学方法处理、

解释数据;(9)根据证据作出合理判断;(10)用准确的术语、图表介绍研究方法和结果,阐明观点;(11)听取他人的意见,利用证据和逻辑对自己的结论进行辩护,以及作必要的反思和修改。以上11项是普通高中生物课程标准关于/发展科学探究能力0的具体目标。它是生物探究性实验教学模式结构的核心。它决定着教学模式的操作程序和师生在教学活动中的地位关系,也是教学评价的标准和尺度。这里需要说明的是,任何一个探究性实验活动都不可能涵盖这11项目标,而是侧重其中的部分目标。例如:/探究影响酶活性的条件0关于探究能力的教学目标是:(1)初步学会从现实生活中提出一个与酶活性有关的问题;(2)学会运用已有知识对问题进行分析并提出可以验证的假设;(3)学会控制自变量,观察和检测因变量以及进行对照和重复实验;(4)制定可行的实验方案;(5)正确实施实验方案;(6)阐述和交流实验结果与结论。3 探究性生物实验教学模式的基本程序311 创设情境,提出问题

生物探究实验是围绕一定的问题展开的,而问题源于对日常生活现象或实验现象的观察和思考。创设与探究活动相关的现实生活中的问题情境,容易引起学生兴趣。引导学生对问题情境深入思考,会发现许多困惑和问题,从中提出一个经过探究实验可以解决的问题。例如,在探究/影响酶活性的条件0时,每个实验小组桌上都有一袋加酶洗衣粉。实验前让各组代表仔细阅读洗衣粉包装袋的说明,从中能否提出与本次探究实验相关的问题。经过小组成员的思考,同学们都认识到酶的活性跟温度有关,酶在一定温度范围内起作用。在此基础上,让学生用文字具体准确表述上面的问题意识。经过进一步思考同学们提出了以下问,如:(1)酶活性的强弱跟温度有什么关系?(2)影

收稿日期:2008-01-21

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响酶活性的最适温度是多少?选择其中一个问题作为

本次探究的主题。312 分析问题,作出假设

问题是实验探究的前提,整个探究活动都是围绕问题展开的。引导学生分析问题,明确解决问题需要哪些知识。根据学生的经验和已有的知识对问题探究的方向和可能出现的结果作出推测与假设。例如,在探究/酶活性的强弱跟温度有什么关系0问题时,教师问学生/请根据你对酶的认识,说一说酶是什么?0学生很快回答出/绝大多数酶是蛋白质。蛋白质具有一定的空间结构,外界因素很容易破坏蛋白质结构,使其变性。0接着提出问题/在一定温度范围内,如果改变温度高低,酶活性的强弱会改变吗?0同学们相互议论:假如在一定范围内升高温度(0ey60e),酶的活性强弱会怎样?大家都有这样的经验,加酶洗衣粉在温水比在冷水中洗衣效果好。于是可以这样推测:在一定范围内,温度升高酶活性增强了。通过以上推测同学们作出了假设:/在一定温度范围内,随着温度升高,酶活性强度增强0。

313 制定计划,设计实验

制定计划与设计实验就是从操作的角度把探究的假设具体化、程序化。一般方法是先分析该探究需要解决哪几个问题,每个问题有怎样的解决方法。这里的自变量是什么?因变量是什么?如何控制自变量,观察、检测因变量?是否需要设计对照实验和重复实验。根据现有条件和探究的要求选择解决问题的方法,然后根据方法确定需要什么实验器材,按这些方法的逻辑关系构思出操作步骤。例如设计/温度高低对淀粉酶活性强弱的影响实验方案时,同学们作出假设/在一定温度范围内,随着温度升高酶活性强度增强0之后,引导学生通过逻辑思维,很容易分析出实验需解决的问题有:(1)怎样控制和测量温度;(2)怎样观察和检测酶活性强弱。进一步组织学生讨论解决上述问题的方法。如对问题一的解决。有的同学提出冰水混合物的温度是0e,沸水的温度是100e,将盛淀粉酶与淀粉的试管分别放入冰水和沸水中。一段时间后,不需测量便知其温度。有的同学提出用水浴加热控制温度,用温度计准确测量温度。对问题二的解决。有同学提出淀粉被淀粉酶水解后,对碘呈蓝色反应消失。在不同温度的淀粉与淀粉酶混合液中滴加等量碘液,观察褪色速度便可知道酶活性强弱。还有学生提出用斐林试剂检测反应后有无砖红色沉淀及沉淀生成快慢来检测。在讨论交流过程中,同学们认识到温度这一自变量的变化导致了酶活性这一因变量的改变,同时明确了如何控制自变量、如何观察和检测因变量的方

法。为了使观察的现象更加明显可靠,同学们设计了

在不同温度下的对照和重复实验。最后小组成员根据条件和选择的方法列出实验材料清单。根据这些方法的逻辑关系写出实验步骤,设计记录数据的表格,从而形成自己的设计方案。314 进行实验,收集数据

科学事实是科学结论的唯一标准。证据是进行科学分析的依据,假设的真伪只有通过实验来验证。按照制定的实验方案进行实验。在实验过程中让学生通过观察收集数据时,首先要有明确的观察目标,知道在哪一个研究对象上收集信息;同时要明确收集信息的内容,知道是记录某一现象的细微特征还是记录不同现象之间的差异;还要明确收集信息的时间,知道是在哪一时刻或哪一段时间记录有关信息,做到在预定的时间观察预定的目标,收集预先所关注的信息。例如在/探究不同温度对酶活性强弱的影响0实验时,实验前,小组同学经过讨论明确了本实验观察的对象是编号试管里的溶液。记录的信息是溶液颜色的变化。观察的时间是加碘液后观察。另外,在实验时教师要提醒学生注意实验安全,规范操作、如实记录数据。

315 分析结果,得出结论

实验数据即实验得出的结果,实验数据是客观事实的反映,实验结论是在数据的基础上进行科学分析的结果。对实验数据的描述可以采用文字表述的方法,也可以采用数学表示的方法。前者用于定性实验,后者用于定量实验。例如探究/温度对淀粉酶活性强弱的影响0时。部分小组同学作了定性实验。记录的数据是:1号试管内溶液在0e时保温一段时间后加碘液变蓝;2号试管里溶液在60e时保温一段后加碘液不变蓝。于是同学们作出了这样的分析,变蓝是因为0e时酶的活性很低或失去了活性,不能催化淀粉水解。不变蓝是因为60e时酶的活性强,催化淀粉迅速水解的缘故。因此,同学们得出了这样的结论:淀粉酶在60e时活性很强。上述实验也有小组同学作了定量实验,他们设置了从0e到100e中间多个不同温度下的探究淀粉酶活性的实验。记录的数据是:在不同温度时出现同一结果所需时间来表示酶活性。然后以温度为横坐标,时间为纵坐标绘出不同温度下酶活性曲线图,通过对曲线图的分析得出实验结论。316 表达和交流

首先要求学生具有准确表达的意识。交流的目的是为了使自己表达的内容能被交流对象所理解。因此,对交流内容具有准确表达的意识,表现为怎样实现这一目的所进行的各种思考。例如,应该如何站在听

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众的立场上来构思、组织和表达自己科学探究的过程

和结论。其次要求学生具有表达自己观点的意识,科学探究不同于接受式教学方式,它是对并不确定的预期结果所进行的探究,在这个过程中所获取的信息并不是千篇一律的,因而对信息的处理、分析和解释也会有所不同,这就要求学生明确表达自己的观点。学生表达自己观点的意识,具体表现为自己观点与别人不同、或者自己想法别人暂时还没有想到时所具有的表达自己观点的愿望。要使学生能形成这种意识,教师就要尊重学生表达自己观点的愿望,并在科学探究的交流中实现这种愿望。另外,在交流中注意尊重他人,表现为认真思考别人的观点,分析别人观点与自己观点不同的地方,一旦发现自己想法有错误时,要勇于承认,放弃或修改自己错误的地方。尊重他人,还表现为认真体会别人意见中的道理,一旦发现别人意见中的合理因素,应尽量吸收到自己探究方案中来,完善和改进自己的探究方案。

4 探究性生物实验教学模式的教学评价

教学评价是指以教学目标为依据,制定科学的标准,运用一切手段,对教学活动过程及结果进行测定、衡量,并给以价值判断。由于不同教学模式所要完成的教学任务和达到的教学目标不同,使用的程序和条件不同。其评价的方法和标准也有所不同。本文以探究温度对酶活性影响为例,说明实验探究教学模式的教学评价方案。对实验探究能力评价依据的教学目标是5课程标准6的探究能力目标。评价的要点是:(1)提出问题和作出假设:a确定一个可以通过探究活动回答的问题;b说出与问题有关的背景知识;c作出一种可检验的假设。(2)构思解决问题的策略并制定实验计划:a明确实验目的;b陈述自变量与因变量的关系;c描述观察或测量变量的方法;d列出重要的步骤和材料器具。(3)实施实验计划:a执行实验计划中规定的步骤;b记录实验现象和数据;c重复收集实验数据;d处理实验数据。(4)阐述和交流实验结果与结论:a根据实验现象和数据得出结论;b应用有关科学知识解释结论;c说出假设是否得到支持;d对探究过程进行反思和评价。

5 探究性生物实验教学模式主要的实现条件511 教学环境

生物探究实验是在生物实验室里进行的,实验室的布置应充分体现宽松、民主、平等的原则。小组同学围坐在实验桌旁,桌上摆放着本探究实验所需要的各种器材用具。此外,教师应更加注意创设与探究实验相关的问题情境,使学生在问题情境中发现问题、提出问题,萌发探究解决问题的愿望。

512 师生角色

教师与学生角色定位的转换是保证探究实验教学顺利进行的重要条件之一。在实验探究中,教师是情境的创设者、问题的引领者、探究的指导者。是探究性实验教学的主导;学生是情境的感悟者、问题的提出者、探究的执行者,是探究的主体和主角。在探究实验各个环节中,教师以合作伙伴的身份参与学生的探究、交流、讨论等活动。学生应发挥自身的积极性和主动性,充分表达自己的观点,展示个人的聪明才智。6 探究性生物实验教学模式的实施体会611 教师的作用

中学生物探究实验教学不同于一般的课堂教学,其探究的历程也不完全同于科学家的探究,在有限的时间里使学生的探究能较好地达到预期效果。在探究前,教师要做好充分的准备工作,精心设计探究的每一个环节。从实验材料的准备、问题情境的创设、探究过程中可能发生的问题以及如何帮助学生解决这些问题,教师都要心中有数。在探究中教师要以平等的身份参与到学生的探究活动里。主动拉近与学生的距离,以平等中的首席指导学生运用已有知识分析当前问题,提供解决问题的有关线索。鼓励学生大胆表达自己对问题的理解和解决问题的设想。尊重不同学生的意见和观点,让同学之间通过交流取长补短,不断补充、修正、完善自己的实验方案。对于探究同一问题出现不同的实验结果,要帮助学生分析原因,是操作上的失误还是方案本身有问题。本人认为实验探究,过程重于结果,不在于是否得出正确的结果,而是在于使学生能否学会获得知识的科学方法。这对于提高学生科学素质,培养学生的创新能力有重要意义。612 存在的问题

中学生物探究实验存在的问题主要是,部分探究课题过难和探究实验教学需要的时间较长。这里说的探究课题过难,是因为学生缺乏与研究课题相关的基础知识即学生的前认知。另外,中学普通生物实验室缺少探究课题所需要的材料和设备。探究实验耗时较长,一个探究课题往往一节课难以完成,有的课题需要两节课或更长时间也不见效,在目前课时紧任务重以分数论英雄的考试制度下,不少教师仍然重结论轻过程,不愿意花较多时间和精力结果表面上却一无所获的探究实验上来。

参考文献:

[1]旺 忠.走进高中新课改生物教师必读[M].南京:南京师范大学出版社,2005,241

[2]何克抗.建构主义)))革新传统教学的理论基础[J].电化教育研究.1997,3:3~41

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