網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下學(xué)生生物實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng)

《高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理科學(xué)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(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。目前我國生物探究實(shí)驗(yàn)主要側(cè)重于利用生物實(shí)驗(yàn)儀器開展探究，而對(duì)如何發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)在學(xué)生生物實(shí)驗(yàn)探究能力培養(yǎng)方面的作用則較少研究。我校的設(shè)備為開展這類實(shí)驗(yàn)提供了可能。我校的網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備好，學(xué)校有理化生三個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的探究性實(shí)驗(yàn)室，與國際互聯(lián)網(wǎng)相連接，能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)與模擬實(shí)驗(yàn)同步。 全校每間課室都有電腦多媒體，且隨時(shí)可以接入國際互聯(lián)網(wǎng)。學(xué)校配備四個(gè)電腦室，有近300臺(tái)學(xué)生電腦。

在起源于20 世紀(jì)60 年代的國際科學(xué)課程改革中，很多研究者傾向于把科學(xué)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(shè)、控制變量、實(shí)驗(yàn)、解釋數(shù)據(jù)、形成結(jié)論等。國外目前的測(cè)評(píng)機(jī)構(gòu)把觀察、分類、數(shù)學(xué)應(yīng)用能力測(cè)量、交流、預(yù)測(cè)、推斷、解釋數(shù)據(jù)、控制變量、建立假設(shè)、操作定義、實(shí)驗(yàn)等基本技能和綜合技能作為科學(xué)探究能力的要素。國內(nèi)目前大多把觀察、測(cè)量、推理、實(shí)驗(yàn)作為評(píng)定科學(xué)探究能力的要素。我們認(rèn)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(shè)、制定計(jì)劃 、進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 、收集證據(jù)(或數(shù)據(jù)) 、解釋與結(jié)論 、反思與評(píng)價(jià)(或評(píng)估)、表達(dá)與交流等。

培養(yǎng)生物探究能力的途徑

根據(jù)高中教學(xué)實(shí)際，我們提出以下培養(yǎng)學(xué)生生物探究能力的方案和實(shí)施途徑。

(一)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力培養(yǎng)的方案

1.需要實(shí)際操作的探究性實(shí)驗(yàn)中能力培養(yǎng)方案

將書上的演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成探究性實(shí)驗(yàn)。如，理、化、生物科教師開展了探究性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，包括:

(1)實(shí)驗(yàn)方案的重新設(shè)計(jì);

(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的再次探究;

(3)實(shí)驗(yàn)儀器功能擴(kuò)展的探究;

(4)材料的創(chuàng)新應(yīng)用的探究。

2. 模擬探究性實(shí)驗(yàn)中能力培養(yǎng)方案

有些實(shí)驗(yàn)要求的條件嚴(yán)格，有些實(shí)驗(yàn)歷時(shí)過程長、難度高、效果也不明顯。此時(shí)利用多種方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生猜想、觀察、分析、討論，同時(shí)也可驗(yàn)證學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性和正確性。在電子閱覽室網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下探究實(shí)驗(yàn)課件制作的設(shè)計(jì)如下:

(1)化不可見為可見的模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

(2)化靜態(tài)為動(dòng)態(tài)的模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

(3)化抽象為形象的模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

(4)化復(fù)雜多變?yōu)楹?jiǎn)潔明了的模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

(5)正確與錯(cuò)誤實(shí)驗(yàn)操作的設(shè)計(jì)

3. 學(xué)生設(shè)計(jì)的點(diǎn)評(píng)方案

學(xué)生設(shè)計(jì)結(jié)束后，教師組織學(xué)生一起點(diǎn)評(píng)實(shí)驗(yàn)方案。一般做法是:學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)方案，包括原理、儀器、藥品、實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果預(yù)測(cè)等。教師在實(shí)物投影儀上顯示各小組的實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生進(jìn)行討論和評(píng)議，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。

4. 學(xué)生實(shí)驗(yàn)成果匯報(bào)的程序方案

探究實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，利用網(wǎng)絡(luò)讓學(xué)生匯報(bào)其實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的原理、實(shí)驗(yàn)的步驟和演示全過程。然后，其他學(xué)生就實(shí)驗(yàn)方案的簡(jiǎn)捷性和科學(xué)性，演示操作的缺點(diǎn)或問題，結(jié)果的可靠性等提出意見或質(zhì)詢。

(二)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本思路

1. 創(chuàng)設(shè)情景，提出問題

2. 分析問題，猜想假設(shè)

3. 設(shè)計(jì)方案、展示方案，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)

4. 展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，師生、生生交流，總結(jié)成果

5. 反思評(píng)價(jià)，知識(shí)應(yīng)用

案例及分析

案例1:綠葉中色素的提取和分離——培養(yǎng)“猜想與假設(shè)”的能力

生物教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)時(shí)，有學(xué)生發(fā)現(xiàn)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(dǎo)學(xué)生采用“減法”和“替代法”，進(jìn)行“猜想與假設(shè)”。利用網(wǎng)絡(luò)多媒體展示“猜想與假設(shè)”，上網(wǎng)查詢相關(guān)的資料，提出對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方案，并進(jìn)行實(shí)踐。

猜想一:根據(jù)“減法”進(jìn)行猜想與假設(shè)，減少無水乙醇、CaCO3、二氧化硅的用量。

猜想二:根據(jù)“替代法”進(jìn)行猜想與假設(shè)，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(fā)現(xiàn)”模擬探究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)案例——培養(yǎng)“收集證據(jù)，分析證據(jù)，形成結(jié)論”的能力

1. 教學(xué)過程:實(shí)驗(yàn)班“生長素的發(fā)現(xiàn)”教學(xué)方法是利用電腦多媒體動(dòng)畫創(chuàng)設(shè)情景，演示“生長素發(fā)現(xiàn)”過程中的四個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。在老師的引導(dǎo)下，讓學(xué)生自己觀察動(dòng)畫，自己歸納、分析，形成結(jié)論。對(duì)照班教學(xué)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(xué)結(jié)果: “生長素的發(fā)現(xiàn)”教學(xué)效果(延時(shí)檢測(cè))見圖。

通過后測(cè)可以看出:實(shí)驗(yàn)班平均成績?yōu)?5.7 分，對(duì)照班成績?yōu)?6.6分，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)學(xué)t-檢驗(yàn)有顯著的差異。說明運(yùn)用模擬型探究性實(shí)驗(yàn)在“生長素的發(fā)現(xiàn)”教學(xué)中能取得好的效果，培養(yǎng)了學(xué)生收集和處理信息的能力。

案例3:利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行探究結(jié)果的匯報(bào)——培養(yǎng)“表達(dá)與交流”的能力

下圖為高二同學(xué)“植物生長調(diào)節(jié)劑在生產(chǎn)中的應(yīng)用”探究結(jié)果匯報(bào)會(huì)。

對(duì)案例的分析和小結(jié):從以上案例可以看出，網(wǎng)絡(luò)在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力過程的作用體現(xiàn)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(tái)(展示猜想、討論方案、討論結(jié)果等)

3. 數(shù)據(jù)收集和記錄的工具

4. 數(shù)據(jù)處理的平臺(tái)(如:數(shù)據(jù)處理、圖表表達(dá)等)

5. 創(chuàng)設(shè)探究情境的平臺(tái)

評(píng)價(jià)

根據(jù)評(píng)價(jià)的主體不同，將評(píng)價(jià)分為:學(xué)生自評(píng)、教師評(píng)價(jià)、家長評(píng)價(jià)、專家評(píng)價(jià)等。

根據(jù)評(píng)價(jià)的介質(zhì)不同，評(píng)價(jià)的方式有:現(xiàn)場(chǎng)觀察評(píng)價(jià)、紙筆測(cè)量評(píng)價(jià)法、計(jì)算機(jī)模擬評(píng)價(jià)法、工作單評(píng)價(jià)法。

觀察評(píng)價(jià)法。顧名思義就是學(xué)生在做科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)時(shí)，評(píng)價(jià)者對(duì)其探究的全過程進(jìn)行評(píng)價(jià)，并根據(jù)事先規(guī)定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其科學(xué)探究能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。一般采用一(教師)對(duì)一(學(xué)生)甚至二對(duì)一的觀察。內(nèi)容要涵蓋科學(xué)探究能力評(píng)價(jià)的所有要素，主要包括假設(shè)能力、控制變量能力和分析數(shù)據(jù)能力等。

紙筆測(cè)量評(píng)價(jià)法。紙筆測(cè)量評(píng)價(jià)法就是學(xué)生通過完成測(cè)評(píng)者事先做好的試卷來得到評(píng)價(jià)表中相對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)。國際上例如McLeod等人(1975)開發(fā)的測(cè)量工具就是針對(duì)小學(xué)SAPA課程的，用來測(cè)量形成假設(shè)、控制變量、操作和解釋數(shù)據(jù)四個(gè)過程技能。

計(jì)算機(jī)模擬評(píng)價(jià)法。計(jì)算機(jī)模擬評(píng)價(jià)法是由Shave Lson等人(1992)最先提出的。它是先通過計(jì)算機(jī)模擬出科學(xué)探究過程，再由學(xué)生通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊探究的每個(gè)具體步驟，最后由事先寫入計(jì)算機(jī)內(nèi)的程序?qū)W(xué)生的科學(xué)探究能力進(jìn)行打分。

工作單評(píng)價(jià)法。工作單評(píng)價(jià)法是在學(xué)生做科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的過程中把每一步的科學(xué)探究的過程記錄在一張白紙上。等所有科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)結(jié)束后測(cè)評(píng)者再收回白紙。通過事先統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生的科學(xué)探究能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。這種方法可用于大規(guī)模的評(píng)價(jià)過程中，并且工作單評(píng)價(jià)法的效度經(jīng)研究介于現(xiàn)場(chǎng)觀察評(píng)價(jià)法和紙筆測(cè)量評(píng)價(jià)法之間。這說明工作單評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)法能有效替代高成本的現(xiàn)場(chǎng)觀察評(píng)價(jià)法。這意味著工作單評(píng)價(jià)方法能有效的評(píng)價(jià)科學(xué)探究能力。

如何在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的生物實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng)過程中，運(yùn)用好這些評(píng)價(jià)方法，還有待進(jìn)一步研究。

責(zé)任編輯潘孟良