探究性學習對中學生生物實驗能力的影響

根據探究性學習的基本理論，以生物實驗教學為切入點，提出在生物實驗教學中實施探究性學習的一般程序、實施的策略，并采用實驗研究法考查探究性學習對學生實驗能力的影響。

探究性學習是新課程改革所倡導的基本理念之一，其目的是改變學生被動接受、大量反復操練式的學習方式，促進學生學習方式的改變。如何在生物教學中實施探究性學習，促使學生主動地獲取知識，培養能力，是新一輪課程改革研究的重要內容之一。

生物學是一門建立在觀察和實驗基礎上的科學。學生在實驗探究過程中，針對發現的問題，結合已有的知識和經驗，在收集和整理信息的基礎上，作出假設或猜想，并通過實驗對提出的假設或猜想進行驗證。這一過程也為學生將來從事科學研究提供了一種科學方法。所以，以實驗作為切入點是使探究性學習進入課堂最有效的途徑之一。本文采用實驗研究法，研究探究性學習對學生實驗能力的影響，以促進課程改革的實施。

研究的設計

研究的對象以華僑中學初一年級新生為實驗對象，在7個平行班中，隨機選取2個班作為樣本，（1）班為對照班，（2）班為實驗班。

研究的自變量及因變量的檢驗研究的自變量是教學方式，即實驗班的生物實驗教學運用探究性的學習方式，對照班的生物實驗用傳統教學法。本研究經歷時間為一個學期，學期結束后編制一套試題進行后測，用統計軟件處理實驗數據得出結論。

實驗教學中實施探究性學習的一般程序實驗教學中實施探究性學習的構想是在實驗理論教學中滲透探究性學習的思想，在實驗教學的各個環節進行探究性學習。根據探究性學習的理論，本文提出實驗教學實施探究性學習（實驗探究教學）的程序如圖1所示。

圖1是實驗探究教學的基本程序，在實際的教學過程中，并不是每一個實驗都是嚴格按照這個程序進行的。根據實驗的具體內容，可從實驗探究程序中的任何一步開始進行實驗。

實驗教學中實施探究性學習的策略

從經典實驗入手，領悟科學思想和科學的實驗方法英國學者貝爾納曾指出：“如果學生不能夠以某種方式親自參加科學發現的過程，就絕對無法使他充分了解現有科學知識的全貌。”生命科學史中的經典案例閃耀著科學的智慧，展示了知識形成過程。教師應在課堂教學中向學生介紹這些經典的科學史料，模仿典型的經典實驗，使學生從中能夠領悟到科學是一個不斷探索、完善的過程，進行科學研究必須掌握科學的方法。

例如在光合作用發現史的一節教學中就有許多經典的實驗，如在講述海爾蒙特的柳苗生長實驗時，可引導學生思考：海爾蒙特做這個實驗想證明什么？為什么只澆純凈的雨水？實驗前后為什么要稱樹和土的重量？通過分析討論，讓學生掌握實驗中排除無關因素的干擾，控制實驗條件，實驗前后對比等基本思想。又如在講述薩克斯的實驗時，讓學生思考：這個實驗是如何設計對照的？實驗所控制的單一變量是什么？是如何控制的？通過對這些問題的思考，培養學生掌握科學設計實驗的一些基本方法。

創設問題情境，培養學生發現問題和提出問題的能力

1）要培養學生強烈的問題意識。愛因斯坦說過：“提出一個問題比解決一個問題更重要。”在創設問題情境時，教師要根據教材目標和教學內容，從學生認知水平和社會生活實際出發，將學生已有的知識經驗與將要學習的知識聯系起來，精心設計可以進行創造活動的生物學問題。問題應“難易適度”，應符合維果茨基的“最近發展區”理論。對于教材的重點難點內容，要盡可能設計一組有層次、有梯度的問題，處理好問題的銜接和過渡，用組合、鋪墊或設臺階等方法來提高問題的整體效益。

2）要給學生提供提出問題的機會。教學過程中要創造一種輕松、和諧的學習氛圍，要讓學生有發問的時間和機會，盡可能讓學生以小組的方式相互討論。教學實踐表明，生生互動要比師生互動容易使學生產生疑問。這是因為學生對教師的崇拜、信任造成對教師的過分依賴和盲目順從，學生的求異思維嚴重受阻。因此，在教學中應盡可能多地進行小組討論、小組合作等學生間互動的學習方式，以給他們提供更多的提出問題的機會。

3）要掌握創設問題情境的一些方法。常用的方法有：①利用生產生活中的生物事實，如農民剛收割完糧食后為什么要曬干后才入庫儲藏？為什么樹陰下會感覺涼爽？②生物實驗中的現象，如蒸騰作用的實驗，塑料袋中的水來自哪里？在學生捕捉鼠婦后，問：在什么環境中才能找到鼠婦？它們為什么喜歡生活在這樣的環境中？是什么因素影響它們生活在這樣的環境中？③利用多媒體技術，導入教學情境。網絡上有大量的生物方面的素材，可以使許多微觀的或不易觀察到的現象進行真實的再現，引發學生質疑，如微生物的結構特征、心臟的結構等。④帶領學生到大自然中去，通過親身感受、實地觀察而發現問題等。甚至一些生物故事，都能促使學生產生疑點，提出問題。

培養學生作出假設的能力所謂假設就是人們根據已有知識對所研究的事物或現象作出初步的解釋。提出假設可以使實驗探究具有方向性，少走彎路。

首先，要培養發散假設的能力。學生在提出假設的初期，思維是發散的，學生圍繞某一問題，從各自的觀點，進行多角度的思考，做出多種假設。教師要根據具體的內容，不失時機地向學生提供符合教學要求的多種資料和信息，架設新舊知識之間的聯系橋梁，讓學生做出有意義的選擇。例如：鼠婦為什么喜歡生活在陰暗的環境中？可能的原因有：光線、土壤濕度、食物、其他生物的影響等。

其次，對假設的篩選能力。眾多假設，如果不進行篩選，就會干擾實驗的方向，影響下一步的實驗。假設是否正確，要靠實驗檢驗，被實驗驗證的假設就是實驗規律；被實驗否定的假設就應放棄，重新提出新的假設。以“響尾蛇如何追尋中毒的獵物”的課題為例，說明如何發散假設和篩選假設（圖2）。

掌握實驗設計的原則、技巧，培養實驗設計能力

1）實驗設計遵循的基本原則。

①科學性原則。所謂科學性原則是指實驗目的要明確，實驗材料和手段的選擇要恰當，整個設計思路和實驗方法不能違背生物學基本原理和其他科學原理。

②設置單一變量的原則。單一變量原則是指在實驗設計中只能確定一個變量為實驗變量，其他變量則為無關變量。例如：光合作用實驗中，同一葉片一部分見光，一部分遮光處理，單一變量就是光，其他條件都應相同。

③對照原則。對照的目的在于平衡無關變量對實驗結果的影響。在設置對照實驗時，除了實驗變量外，其余的條件，實驗組與對照組應該相同。應做到：生物材料相同；實驗所用的器具相同；實驗的試劑相同；條件控制相同。

2）教會學生實驗條件控制的一些技巧方法。如：除去容器中的二氧化碳一般可以用氫氧化鈉溶液來吸收，增加容器中的二氧化碳可以用碳酸氫鈉；增加水中的氧氣可以放入水藻；隔絕液體與空氣可以用植物油；密封玻璃裝置可以用石蠟；除去葉片中原有淀粉，可以在黑暗中進行饑餓處理；溶解葉綠體中的色素可用有機溶劑隔水加熱；要得到單色光可用三棱鏡分光處理。

3）讓學生掌握實驗結果顯示的常用方式。實驗需要通過一定的方式顯示實驗結果。例如：鼠婦是喜歡暗處還是亮處，用鼠婦在哪一邊的數量來表示；種子呼吸是否消耗了氧氣，產生了二氧化碳，可用帶火星的木條和燃燒的蠟燭來檢驗。教師可先講述一些范例，讓學生從中領會基本的思路，逐漸過度到學生能自己有所創新。例如在做“驗證萌發的種子呼吸消耗氧氣”的實驗時，筆者告訴學生可用帶火星的木條來檢驗，然后讓學生思考：還可用什么方法來檢驗？有個學生就想出一個巧妙的辦法：在瓶子里裝幾只小昆蟲，如果瓶子里沒有氧，昆蟲便會死去，從而檢證萌發的種子呼吸是否消耗了氧氣。

研究結果的檢驗

學期結束后，筆者編制一份“實驗探究能力考查試題”，考查學生綜合實驗探究能力：第1題主要考查對實驗結果的記錄，及從實驗結果推導出結論的能力；第2題主要考查設置對照實驗的能力；第3題主要考查全程探究能力，包括提出問題能力、作出假設的能力、實驗設計能力、對實驗結果預測的能力等；第4題主要考查單一因素對照實驗的設計能力；第5題主要考查實驗設計、實驗結果的處理、實驗結果的預測、對可能結果的分析推理能力等。用此試卷對實驗班和對照班進行測試，結果輸入統計軟件，進行統計處理，其結果如表1所示。

從表1統計結果中可以得出：通過一個學期的實驗探究性學習，實驗班的實驗探究能力明顯高于對照班，且差異顯著，也就是說在實驗教學中運用探究性學習可以提高學生的綜合實驗探究能力。

結論

依據探究性教學理論，采用適當的教學策略，在生物實驗教學中實施探究性學習是完全可行的，而且可以提高學生的實驗探究能力。

（作者單位：福建省晉江市華僑中學）