網絡環境下學生生物實驗探究能力的培養

《高中生物課程標準》倡導探究性學習，培養學生搜集和處理科學信息的能力、分析和解決問題的能力，以及交流與合作的能力等，重在培養創新精神和實踐能力。目前我國生物探究實驗主要側重于利用生物實驗儀器開展探究，而對如何發揮網絡在學生生物實驗探究能力培養方面的作用則較少研究。我校的設備為開展這類實驗提供了可能。我校的網絡硬件設備好，學校有理化生三個網絡環境下的探究性實驗室，與國際互聯網相連接，能夠實現學生實驗與模擬實驗同步。 全校每間課室都有電腦多媒體，且隨時可以接入國際互聯網。學校配備四個電腦室，有近300臺學生電腦。

在起源于20 世紀60 年代的國際科學課程改革中，很多研究者傾向于把科學探究能力劃分為一系列要素，諸如:觀察、分類、描述、操作定義、假設、控制變量、實驗、解釋數據、形成結論等。國外目前的測評機構把觀察、分類、數學應用能力測量、交流、預測、推斷、解釋數據、控制變量、建立假設、操作定義、實驗等基本技能和綜合技能作為科學探究能力的要素。國內目前大多把觀察、測量、推理、實驗作為評定科學探究能力的要素。我們認為生物探究能力的組成要素有以下方面:提出問題、猜想與假設、制定計劃 、進行實驗 、收集證據(或數據) 、解釋與結論 、反思與評價(或評估)、表達與交流等。

培養生物探究能力的途徑

根據高中教學實際，我們提出以下培養學生生物探究能力的方案和實施途徑。

(一)學生實驗探究能力培養的方案

1.需要實際操作的探究性實驗中能力培養方案

將書上的演示實驗、學生分組實驗、驗證性實驗設計成探究性實驗。如，理、化、生物科教師開展了探究性實驗的設計，包括:

(1)實驗方案的重新設計;

(2)實驗結論的再次探究;

(3)實驗儀器功能擴展的探究;

(4)材料的創新應用的探究。

2. 模擬探究性實驗中能力培養方案

有些實驗要求的條件嚴格，有些實驗歷時過程長、難度高、效果也不明顯。此時利用多種方法進行實驗模擬，創設情境，引導學生猜想、觀察、分析、討論，同時也可驗證學生探究實驗結果的可靠性和正確性。在電子閱覽室網絡環境下探究實驗課件制作的設計如下:

(1)化不可見為可見的模擬實驗設計

(2)化靜態為動態的模擬實驗設計

(3)化抽象為形象的模擬實驗設計

(4)化復雜多變為簡潔明了的模擬實驗設計

(5)正確與錯誤實驗操作的設計

3. 學生設計的點評方案

學生設計結束后，教師組織學生一起點評實驗方案。一般做法是:學生在實驗前設計好實驗方案，包括原理、儀器、藥品、實驗步驟和結果預測等。教師在實物投影儀上顯示各小組的實驗方案，學生進行討論和評議，教師進行點評。

4. 學生實驗成果匯報的程序方案

探究實驗結束后，利用網絡讓學生匯報其實驗所依據的原理、實驗的步驟和演示全過程。然后，其他學生就實驗方案的簡捷性和科學性，演示操作的缺點或問題，結果的可靠性等提出意見或質詢。

(二)探究性實驗教學的基本思路

1. 創設情景，提出問題

2. 分析問題，猜想假設

3. 設計方案、展示方案，動手實驗

4. 展示實驗結果，師生、生生交流，總結成果

5. 反思評價，知識應用

案例及分析

案例1:綠葉中色素的提取和分離——培養“猜想與假設”的能力

生物教師帶領學生進行“綠葉中色素的提取和分離”實驗時，有學生發現色素的顏色太淡，層析效果不好，層析液又有一定的毒性。于是教師引導學生采用“減法”和“替代法”，進行“猜想與假設”。利用網絡多媒體展示“猜想與假設”，上網查詢相關的資料，提出對實驗的改進方案，并進行實踐。

猜想一:根據“減法”進行猜想與假設，減少無水乙醇、CaCO3、二氧化硅的用量。

猜想二:根據“替代法”進行猜想與假設，用“汽油、煤油、四氯化碳等”代替“無水乙醇”(用來提取葉綠素);用“汽油、四氯化碳” 代替“層析液”等。

案例2:“生長素的發現”模擬探究性實驗的教學案例——培養“收集證據，分析證據，形成結論”的能力

1. 教學過程:實驗班“生長素的發現”教學方法是利用電腦多媒體動畫創設情景，演示“生長素發現”過程中的四個經典實驗。在老師的引導下，讓學生自己觀察動畫，自己歸納、分析，形成結論。對照班教學方法是講授并配合使用課本上的插圖，其他條件相同。

2. 教學結果: “生長素的發現”教學效果(延時檢測)見圖。

通過后測可以看出:實驗班平均成績為75.7 分，對照班成績為66.6分，經過統計學t-檢驗有顯著的差異。說明運用模擬型探究性實驗在“生長素的發現”教學中能取得好的效果，培養了學生收集和處理信息的能力。

案例3:利用網絡進行探究結果的匯報——培養“表達與交流”的能力

下圖為高二同學“植物生長調節劑在生產中的應用”探究結果匯報會。

對案例的分析和小結:從以上案例可以看出，網絡在培養學生實驗探究能力過程的作用體現在:

1. 查詢工具(如:方案前人有沒有做過、材料是否用過)

2. 研討的平臺(展示猜想、討論方案、討論結果等)

3. 數據收集和記錄的工具

4. 數據處理的平臺(如:數據處理、圖表表達等)

5. 創設探究情境的平臺

評價

根據評價的主體不同，將評價分為:學生自評、教師評價、家長評價、專家評價等。

根據評價的介質不同，評價的方式有:現場觀察評價、紙筆測量評價法、計算機模擬評價法、工作單評價法。

觀察評價法。顧名思義就是學生在做科學探究實驗時，評價者對其探究的全過程進行評價，并根據事先規定的統一標準對其科學探究能力進行評價。一般采用一(教師)對一(學生)甚至二對一的觀察。內容要涵蓋科學探究能力評價的所有要素，主要包括假設能力、控制變量能力和分析數據能力等。

紙筆測量評價法。紙筆測量評價法就是學生通過完成測評者事先做好的試卷來得到評價表中相對應的分數。國際上例如McLeod等人(1975)開發的測量工具就是針對小學SAPA課程的，用來測量形成假設、控制變量、操作和解釋數據四個過程技能。

計算機模擬評價法。計算機模擬評價法是由Shave Lson等人(1992)最先提出的。它是先通過計算機模擬出科學探究過程，再由學生通過鼠標點擊探究的每個具體步驟，最后由事先寫入計算機內的程序對學生的科學探究能力進行打分。

工作單評價法。工作單評價法是在學生做科學探究實驗的過程中把每一步的科學探究的過程記錄在一張白紙上。等所有科學探究實驗結束后測評者再收回白紙。通過事先統一的標準對學生的科學探究能力進行評價。這種方法可用于大規模的評價過程中，并且工作單評價法的效度經研究介于現場觀察評價法和紙筆測量評價法之間。這說明工作單評價方法具有一定的可操作性，并且研究表明較低成本的工作單評價法能有效替代高成本的現場觀察評價法。這意味著工作單評價方法能有效的評價科學探究能力。

如何在網絡環境下的生物實驗探究能力的培養過程中，運用好這些評價方法，還有待進一步研究。

責任編輯潘孟良