淺析中學生物教學中的制定計劃與設計實驗

楊華 陶穎婷

隨著《普通高中生物課程標準（實驗）》把“倡導探究性學習”作為課程的基本理念提出來，并將科學探究列入內容標準，探究性教學越來越被教育教學工作者所倡導。“制定計劃與設計實驗”作為科學探究過程中重要環節之一，它要求探究者從操作的角度把猜想與假設具體化、程序化，為科學探究的具體實施做出規劃[1]。本文將從制定計劃與設計實驗在教學中的作用、在教學中的具體實施步驟、實施中應注意的問題等三方面進行探討。

1 制定計劃與設計實驗在教學中

的作用

制定計劃與設計實驗是一種決策，沒有計劃的行動是盲目的行動，計劃的好壞直接影響到科學探究的成敗。研究計劃的制訂過程也是一個探究的過程，是提高學生探究能力的一個重要方面。將科學探究的這一重要要素應用于實踐教學中，具有重要的意義。

1.1 培養學生的科學素養

學生依據各種資料和以往相關經驗，模仿科學家在正式開始研究前進行實驗的設計，親歷科學探究的主要過程，體驗科學研究的過程和方法。學生在積極參與和主動探究的過程中，可自主獲得科學知識，掌握科學方法，并形成一定的科學態度和科學精神[2]。

1.2 確保實驗或調查活動有序、有效地展開

古語云：凡事預則立，不預則廢。正式進行實驗或調查活動前，合理恰當的計劃可大量減少實際操作中遇到的不利因素。如在“探索生長素類似物促進插條生根的最適濃度”實驗設計中，在正式實驗前先設計一個預實驗，可以檢驗實驗設計的科學性和可行性，以免盲目展開實驗帶來不必要的時間和財物浪費。

1.3 提高學生探究性試題的解題能力

新課改后，高考試題越來越注重考查學生自主探究的能力。實驗題中常給出已知的條件和實驗試劑與儀器，讓學生自主設計實驗步驟，這類試題實則是對制定計劃和設計實驗能力的考查。實踐教學中讓學生真正經歷科學探究中制定計劃與設計實驗的過程，使其形成科學的實驗設計思路，必能提高學生對這類題目的解題能力。

1.4 將多元智力理論充分運用于中學課堂教學

現代社會處于需要各種人才的時代，多元智力理論倡導教育必須促進每個人各種智力的全面發展，讓個性得到充分的發展和張揚。制定計劃與設計實驗教學以小組形式為載體，在實踐教學中，使每個學生都發揮了自己的特長，促進學生能力的全面發展、個性的充分發揮。

2 制定計劃與設計實驗在教學中

的實施步驟

2.1 查閱相關資料

依據提出的問題和合理的假設，學生需要進行實驗具體步驟和方案的制定。在這之前，學生需要查閱一定的相關資料。

1）關于該探究內容已有的研究成果。在科學探究的過程中，學生要借鑒科學家的做法，站在前人的肩膀上繼續探究。這樣不僅節省了大量不必要的工作量，還能使制定計劃與設計實驗的前期工作更具科學性。如沃森和克里克在發現DNA分子的雙螺旋結構之初，就借鑒了威爾金斯和其同事富蘭克林提供的DNA衍射圖譜。

2）相關科技書刊。科技書刊中有許多對科技知識的介紹，條件好的學校圖書館對相關書刊提供借閱。對中學生科學素養提升較高、幫助較大的書刊有《環球科學》《牛頓科學世界》等。

3）教材中提供的資料。教材中涉及的探究性實驗在制定計劃與設計實驗模塊常有一定的資料作為參考，如人教版必修三中“土壤中小動物類群豐富度的研究”中就給出研究計劃表的雛形供學生參考與進一步完善，對學生順利進行實驗設計提供了模板。

2.2 明確探究目的和已知條件，制定實驗方案

要制定實驗方案，必須明確實驗目的。實驗目的來自于科學理論上的猜測與假設，制定實驗方案，實際上就是從操作的角度把探究的猜想或假設具體化、程序化。如“影響酶活性的條件”實驗中，學生就必須明確探究目的是說明酶促反應都具有最適溫度和最適pH，高溫、過酸、過堿都會導致酶失活。

根據探究假設來確定實驗目的，根據實驗的目的來思考實驗的原理，按照實驗的原理來設計實驗的程序和步驟，這是構思實驗方案的基本線索。在制定實驗方案的實施技巧上，還可根據實驗目的來分析實驗需要解決的各個問題，然后提出解決每個問題的各種方法，經比較、選擇、優化后，形成最終的實驗方案。

2.3 嘗試選擇適宜的實驗方法及所需要的材料和裝置

按以上兩步確定好實驗方法后，要細化實驗材料和裝置的選擇，該選擇涉及的面很廣，如實驗原理、實驗的誤差要求、實驗器材的功能、實驗器材的安全、實驗操作的方便性以及實驗器材的代用品等，這些方面都會對實驗材料和裝置的選擇產生影響。學生在具有多次選擇實驗經歷以后，可以總結一些在選擇實驗器材方面的基本思路。

1）選擇簡便的實驗材料。實驗選材在實驗中的重要性不言而喻，如遺傳學之父孟德爾在探究生物遺傳規律時，選擇豌豆作為研究的實驗材料，正是因為豌豆相對性狀明顯、生長周期短，是實驗材料的佳選；且為自花授粉，省去了套袋的麻煩。

2）選擇合適的實驗裝置。探究性實驗旨在培養在探究過程中學生的思維能力和創造能力，故同一實驗可有不同的裝置，但哪一裝置更適合，學生就需要考慮到學校現有的設備水平、自己現有的操作能力等。如“探究培養液中酵母菌種群數量的變化”這一實驗，人教版考慮到權衡各地實驗條件，采用的是運用血球計數板對酵母菌種群數量進行計數的方法；而浙教版則依據當地經濟發達狀況，采用比濁計測定菌液的渾濁度，利用分光光度計測定菌液的光密度，先測定菌液渾濁度與菌液密度之間的關系，再通過渾濁度間接反應菌液密度[3]。

2.4 考慮影響問題的主要因素，確定實驗變量及其控制方法

高中生物實驗設計的基本原則主要有單因子變量原則、平行重復原則、設置對照原則、隨機性原則。這些基本原則教師應在科學探究活動之前進行系統性講解，供學生在具體實驗設計中參照選擇。例如在“探究加酶洗衣粉的洗滌效果”實驗中，首先應確定自變量和因變量。自變量就是不同類型的洗衣粉，即蛋白酶洗衣粉、復合酶洗衣粉和普通洗衣粉，因變量就是洗衣粉對油漬、汗漬、血漬的去污能力。然后，找出無關變量并制定控制措施。該實驗中，實驗所用的洗衣粉量、污漬的污染程度、洗滌材料的大小、水量的多少等，都是無關變量。在這一實驗中，教師必須引導學生保持各組中無關變量一致性，消除這些受控制的因子對實驗可能引起的影響。

3 培養學生制定計劃和實驗設計

能力應注意的問題

3.1 教師應由知識的傳授者轉換為知識的引導者

在實驗設計過程中，有些問題學生自己討論后，可以自行解決；有些問題學生較難解決。對于后者，教師應利用學生已有的知識基礎，用適當的方式點撥學生解決問題，指導疏通學生思路的中斷點。學生在思考問題時造成思路阻塞或中斷的因素較多，主要是學生頭腦中所形成的概念、規律與實際問題的聯系相互隔絕。教師要引導學生克服思維定勢，尋找解決問題的方法。教師還應該善于發現學習的難點，在點撥學生時，不宜講得過多，只要把關鍵的問題點到即可。

3.2 給學生安排足夠的設計時間

教師需要科學合理地安排時間，保證學生有足夠的時間去設計實驗，在學生頭腦中形成一個清晰的實驗方案后才能動手實驗。一節課的時間非常有限，教師應先強調實驗設計中應注意的事項，再鼓勵學生在課余時間進行制定計劃與設計實驗，最后課上讓各小組分別匯報實驗設計方案，教師給予評定和指導，學生進行改進后開展實驗。

3.3 注意實驗安全性問題

在設計實驗的預實驗環節中，教師必須格外重視實驗室安全性問題，防止發生安全事故。在條件允許情況下，教師可提前組織培訓各小組組長，教給他們正確的安全事故應對措施，保證學生在自主預實驗環節，能對突發性事故及時處理。

3.4 注意培養團隊合作精神

新課程倡導合作性學習，促進學生之間的相互交流、共同發展，促進師生教學相長。在以小組為單位的制定計劃與設計實驗過程中，教師應盡量讓學生科學組建合作性小組，明確小組內各成員的分工，讓學生養成互相信任、團結互助的意識和技能。

4 總結

制定計劃與設計實驗意識與能力的培養，可隨科學探究七大要素全面性的訓練展開，也可設計具體問題，單獨進行[1]。由于計劃和方案易于書面表達，可測性強、評價簡便，在國家課程標準頒布實施之際成為各類考試檢測的熱點，成為學生科學探究能力測試的重點。提高學生制定計劃與設計實驗，研究生物及其相關問題的意識和能力，有助于學生增強綜合決策的意識和能力，使學生從生活走向生物、從生物走向社會的新理念的體現。

參考文獻

[1]趙承忠.培養學生“制定計劃與設計實驗”的意識與能力[J].學科教學,2003(2):40-43.

[2]黎云祥,趙廣宇.新課標中學生物學教學實用教程[M].北京:

科學出版社,2011(10):95-96.

[3]趙奐.“探究培養液中酵母菌種群數量的動態變化”實驗研究[J].生物學通報,2011,

46(5):53-55.

（作者單位：廣西師范大學生命科學學院）