“模擬保護色的形成過程”的教學難點及設計改良

摘要 科學探究是中學生提高生物科學素養和認知能力的重要途徑。人教版《生物學》八年級下冊的學生探究活動——“模擬保護色的形成過程”在具體實施中存在不少困難，影響了實驗效果。筆者采取調查問卷法和訪談法對該探究活動的教學難點進行了成因分析，并提出了探究活動的改良方案，取得了很好的教學效果。

關鍵詞 初中生物 探究活動 實驗設計 教學設計 生物學教學

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

人教版《生物學》八年級下冊第七單元的學生探究活動“模擬保護色的形成過程”設計簡單易行，貼近生活，充分體現了新課標“面向全體學生；倡導探究性學習；提高生物科學素養”的課程理念。

此活動成功地模擬保護色的形成過程，不僅能幫助學生從感性上認識生物進化的過程和原因，而且可以提高學生相互協作、記錄和分析數據的能力。然而，在實際教學中，上述目標達成的效果卻不甚理想：有的學生不能按時完成實驗；有的學生得出的結論與事實相反；還有的學生只是應付式地完成實驗，沒有留下任何印象，更談不上感性認識了……

針對以上實驗出現的問題，筆者對廣州大學附屬中學初二(3)班和初二(4)班的學生進行了實驗后的問卷調查和訪談，并邀請學生一起對實驗方案進行改良，經過實踐和教學交流推廣，取得了良好的效果。

1 “模擬保護色的形成過程”探究活動的教學難點成因分析

筆者對回收的103份有效問卷進行了統計和分析，結合對部分學生訪談的情況發現，“模擬保護色的形成過程”探究活動在實施中存在兩個教學難點，令實驗目標難以達成。

1.1 學生在探究活動中無謂時間消耗過多

從課堂教學有效性的角度看，“模擬保護色的形成”活動應在25min內完成為宜。但調查顯示，只有41％(42人)的學生可以在規定時間內完成實驗，而高達59％(61人)的學生超時。學生反映耗時過長的主要原因有兩個：一是組長在每個世代之間進行統計、記錄數據、計算和安放后代花費了較長的時間；二是扮演“捕食者”的學生“捕食”的速度快且沒規律，組長應接不暇，導致剩下的“獵物”不足25個，需重做實驗而耽誤了時間。造成上述情況的主要原因在于探究小組成員之間分工不合理，小組長的工作量大、繁雜。

筆者調查發現，學生耗時過長的原因是教材原有的探究計劃中學生合作存在分工不均。解決該難點的方案是：讓“捕食者”與組長一起分擔計數工作。實驗前，組長根據需要被捕食的紙片數，規定好每位“捕食者”的捕食量；實驗時，“捕食者”自己計數，到達規定數量時自動停止“捕食”，統計自己“獵物”的顏色和數目后，交給組長匯總。這樣就可以保證“捕食者”捕食的數量，縮短組長的統計時間，從而減少學生在探究活動中無謂的時間消耗。

1.2 探究活動受主觀意識操控

筆者研究發現：學生在實驗中的刻意選擇行為是導致本探究活動成功率低下的關鍵因素。雖然課堂上筆者反復強調不能刻意選擇小紙片，但在實驗中依然有高達56％的學生存在刻意選擇行為，其中13％的學生經常刻意選擇(圖1)。

你是否有刻意選取某種小紙片的行為

為什么學生會出現這種行為?學生們的訪談可以很好地解釋他們的選擇行為：

“有時我拿的并不是第一眼看見的，因為它很難拿，摳來摳去也摳不上來，我就選擇了比較容易拿起來的……”

“好討厭，他老故意搗亂，專門挑和底色相同的顏色……

“我和其他人看到了同一張小紙片，他先拿了，我就只能拿另外一張……當然是選一張顏色一樣的。”

“一開始，我還可以確定，我沒有選擇小紙片，但是后來因為回頭的次數多了，我已經記得各種顏色的小紙片的位置，所以只能先拿顏色差得遠的，再拿顏色相差不遠的……”

從上述語錄可以看出學生由于“容易拿”、“隨意拿”等原因，發生了刻意選擇行為。

事實上，學生一旦出現了刻意選擇的行為，無論實驗的結果是否與事實相符，都是低效的探究，都不能給學生一種“啊，原來是真的”的情感體驗。那么，學生為什么會出現這種行為呢?心理學研究表明人的絕大多數行為都是由意志控制的，無意識的本能活動、盲目的沖動或一些習慣動作都不含有或很少有意志的成分。人在從事各種實踐活動時，通常根據對客觀規律的認識，先在頭腦里確定行動的目的，然后根據目的去選擇方法，組織行動，施加影響于客觀現實，最后達到目的。因此，學生的主觀意識對行為的影響和控制，是出現刻意選擇的根本原因。

如何解決這個難點?經過研究探索，筆者認為，可采用意志轉移策略。即，讓扮演捕食者的學生背對實驗桌，按順序依次捕食，并規定每位“捕食者”的捕食時間不能超過1s，把“捕食者”的意志力轉移到“快”上去了，“捕食者”為了快，顧不得多想，轉身就拿，使“捕食行為”成為無意識的盲目的沖動行為。這樣就可以有效降低刻意行為。

“實踐是檢驗真理的唯一標準。”為驗證上述教學對策的可行性，筆者組織初二生物社團的學生進行實踐后發現：新思路雖然在一定程度上縮短各小組的探究時間，使“捕食行為”趨向沖動行為，但同時也產生了一個新的問題——實驗中學生轉身的次數多了會感到頭暈，且實驗桌太小不能增加組員。

為此，筆者在經過反復實踐探索后，在實驗裝置和實驗操作上進行了如下改良。

2 探究活動改良方案

2.1 裝置改良方案

2.1.1 把平面的小紙片改為立體的小紙塊

針對學生的反映：“我本來并不想記住小紙片的位置，但是小紙片太難拿起來了，時間長了我就記下它們的位置了”；“拿不起來，就換其他好拿的，所以拿出來的其實不是我最先看見的。”將小紙片改成立體的小紙塊(圖2)，使之容易拿取。

2.1.2 平面彩色幕布改為彩色三維立體結構

把模擬生物生活環境的“一塊面積為0.8×0.8m²的彩色幕布”改為彩色三維立體結構(圖3)。其底面積為0.8×0.8m²，側面積為0.8×0.4m²。三個面的顏色相同。

2.2 實驗操作改良方案(圖4)

(1)10～12人一組，推舉一名小組長和一名計時員。

(2)組長將彩色三維立體實驗裝置放在實驗桌的一角，并在底面上均勻分散地放上100個彩色立體小紙塊(藍色、紅色、粉紅色、綠色各25個)；記錄小紙塊的顏色和數量(注意：小紙塊分布越分散越均勻實驗效果越好)。

(3)組長計算并規定好每位“捕食者”的捕食量(注意：只能取走75個小紙塊)。

(4)“捕食者”按一臂間距排好隊，圍繞實驗裝置，在一定范圍內繞圈，每繞一圈捕食一個小紙塊，至規定數量為止。計時員以1次／s的節奏打拍子，催促每位“捕食者”的“捕食”時間不超過1s。

(5)小組長監督“捕食者”捕食，確保環境中剩余。25個小紙塊。

(6)統計“幸存者”顏色和數量。

(7)假設每個幸存者都產生3個與其顏色一樣的后代。每個小紙塊的周圍放3個同色的小紙塊。

(8)將幸存者及后代充分混合后，重復上面(4)至(7)步。每輪開始前，記錄小紙塊的顏色和數目。

3 實驗改良后的教學效果

筆者在校內對改良后的探究活動方案進行了實施應用，實踐表明：一方面，困擾本實驗的兩個教學難點被順利解決了，學生們均能在規定時間內完成實驗，同時較好地排除了人的主觀意識的影響；另一方面，改良后的實驗趣味性大大增強了，學生們參與的熱情提高了，成功率大大上升了，達到預期教學效果。

對教師而言，改良后的實驗分組比較靈活，更易于操作。對學生而言，由于改良后的模擬實驗活動達到與原型——自然界的捕食行為的最大相似度，所以他們更容易對如何將模擬實驗結果類推回原型、如何構建模擬實驗的模型、如何實施模擬實驗等問題有比較全面的了解。

此外，筆者還將本活動方案與校外同行進行了交流推廣，在校外實施中獲得了認同。例如，蘿崗玉泉中學廖慧嬌老師采用改良方案進行教學，取得了很好的教學效果。

當然，作為一種科學的探究活動，改良后的方案仍難稱完美，需要在今后的教學實踐中不斷改進。

參考文獻：

[1]潘寶平，張富國，生物新課程與學科素質培養[M]，北京：中國紡織出版社，2002，10

[2]馮莉，體驗生物科學探究[M]，北京：高等教育出版社，2004