如何培養和提高學生生物實驗設計能力

王阿果

生物學是一門以實驗為基礎的自然科學，現代生物學的許多新成就無不源于生物實驗。培養學生的實驗能力是生物老師教學的最基本要求。從實驗形式看，有觀察實驗、驗證實驗、探究實驗、設計實驗和參觀實習等，而其中設計實驗是重點。根據課改要求，中學生物實驗教學的最高層次目標是培養學生具備實驗創造能力，而實現這一目標的重要手段體現在培養學生形成實驗設計能力的教學上。近年的高考生物試題在實驗方面的測試，也體現了這一方向。2001年以來，全國理綜試卷每年均有實驗設計題型。雖然這類題型已經考了十幾年，但是考生失分率仍然較高，表明目前中學生物實驗教學在此方面的水平仍然有待提高，應加強研究并落實相應對策。特別是在我校學生素質普遍不高的情況下，實驗設計題型既是教學重點，又是教學難點。因此，如何培養和提高學生的實驗設計能力更有迫切和現實的意義。實驗創造能力的內容應包括實驗創造性思維及在此思維指導下的實驗操作能力兩個方面。從人類接受知識與形成技能的特點看，循序漸進是培養這一能力的必要條件。我就此展開論述。

一、重視學生形成實驗設計能力的基礎教學

現行的教學大綱與各年的高考《考試說明》對生物實驗的教學要求（或考查要求）均作了明確規定，其中的理解實驗目的、原理、方法和操作步驟；掌握相關的操作技能，能對實驗現象和結果進行解釋、分析和處理；能對一些簡單的實驗方案做出恰當的評價和修訂等均屬于實驗設計能力形成的基礎。對實現這一基礎的教學途徑學界有詳細論述，我近年閱讀了很多同行的相關論著，他們的觀點可概括為如下四點：1.加強平時訓練，明確目的，嚴格要求；2.創造條件，讓學生多做實驗（含補充演示與分組實驗等）；3.充分發揮實驗室的作用（含定期開放生物實驗室等）；4.積極開展生物課外實驗活動，等等。但是，在縱觀各同行分析的基礎上，我認為：生物實驗創造能力是各種生物實驗能力的綜合體現，生物實驗設計能力是其高級表現形式，其形成基礎的核心在于實驗的創造性思維能力是否得到了培養，包括思維的自由聯想，變通求異性與獨特性是否實現，因此，其實施的途徑應該包括：1.平時實驗教學（含演示及學生實驗）應充分探究其實驗思維，并適當將教材內的驗證性實驗改為探索性實驗；2.結合學生實際對與教學同步的教材實驗方案進行改進（含實驗內容、目的、操作過程與操作方法等）；3.重視教材里的實驗習題的教學，這是教材依據大綱設計的培養學生實驗設計能力的實驗課題，其教學過程應含：（1）學生依據教材實驗習題設計出實驗方案（有目的、操作步驟、方法）；（2）教師批閱該方案的科學性（確保實驗安全及修改不規范、不科學的步驟）；（3）學生分實驗小組討論多方案實施同一實驗課題；（4）學生分組實驗（教師巡視指導）與完成實驗報告；（5）教師批閱實驗報告并總結評析最佳試驗方案。4.重視教材里的配套練習中的實驗習題的實驗思維與操作訓練。在教師指導下，利用課外實驗小組對練習內的實驗習題精選后擬定實驗方案進行必要操作，對不需或無法操作的也在實驗思維方面引導學生積極思考。5.平常實驗注意引導學生進行實驗思維及操作技能的擴展與延伸，注意與各種實驗思維及技能和生產、生活實際相聯系、相交融。

二、進一步提高學生實驗設計能力的途徑

生物教學大綱及高考《考試說明》對實驗知識與技能均有綜合應用能力的要求，這也就需要中學生物實驗教學在實驗設計能力方面有質的升華階段。要實現這一目標，離開實驗單元綜合與總復習綜合而僅靠平時實驗教學的能力培養還是不夠的，只是，在這一項目中，目前中學的實驗教學卻存在顯著缺陷，這個缺陷就是當生物進入現行流行的總復習階段時，就缺少作為總復習用的現成實驗操作方案（以綜合實驗思維為主）的用書及軟件，這樣，此一階段的具體實驗復習也就由任教老師各行其是，而有的則干脆放棄具體實驗操作教學，僅用解實驗題代替，也因此，各年高考生物科實驗題考生得分率低也就不足為奇了。

創造力是智力的高級表現形式，知識與一般技能不能等同于智力，知識與技能轉化為智力是有條件的，這個條件是由教師起主導作用，學生起主體作用的。能力與知識技能既互相聯系又有本質區別，能力的發展離不開具體實踐，創造力的發展更是不能離開具體的實踐。生物是一門以實驗為基礎的科學，對于實驗教學離不開實踐—理論—實踐的循環反復過程。總復習階段，離開具體的實驗操作，而僅停留在解實驗題這個“實踐”形式上，對學生實驗創造性思維的發展十分不利。我認為：中學生物實驗設計能力的形成上的質的升華的途徑應包括：1.結合大綱，認真鉆研高考《考試說明》對實驗能力的要求，特別是：觀察記錄實驗現象、分析實驗結果和處理實驗數據，得出正確結論的能力；初步處理實驗過程中的有關安全問題的能力；能繪制簡圖的能力；根據實驗試題的要求，設計簡單的實驗方案的能力（含各部分知識與技能的綜合應用）等。2.依據各能力要求點精選現行的實驗試題并在此基礎上精選綜合實驗試題，要求學生研究并掌握其實驗思維，且分類選擇典型實驗練習題確立與高考有關的課題，要求學生設計實驗方案（含對應的操作步驟），教師審批符合科學性后利用課內或課外活動實施實際操作，最后進行實驗思維分析小結，對能反映學生實驗設計能力欠佳的實驗題類型由教師組織演示實驗。3.在實驗過程中，充分重視學生發散思維訓練，增強實驗設計能力，重視實驗方案的改進，提高信息遷移能力。4.高考生物實驗總復習，還應注意提高學生解高考實驗題的能力，做到理論與實踐相結合，應注重培養學生的實驗綜合思維，即注重提高學生的解實驗題思維能力，同時，形式上應有書面題測驗相輔，以利發現學生的解題缺陷，并利用課外活動等做好及時的補缺補漏。

綜上所述，要培養和提高學生生物實驗設計能力，就必須重視學生形成實驗設計能力的基礎教學，并進一步引導學生提高實驗設計能力。具體來說，就是根據教學大綱及高考《考試說明》對此方面的能力要求，老師通過科學的教學過程，學生利用科學的學習方法，在掌握常規實驗的基本技能的基礎上充分發揮學生的自主性，積極探索，融會貫通，利用教材中的實驗原理、實驗思想、實驗方法進行創新設計，實現能力的遷移，從而提高生物實驗設計能力。