植物生理學設計性實驗教學探討

唐為萍　陳樹思

[摘 要]設計性實驗不但要求學生綜合多科知識和多種實驗原理來設計實驗方案，還要求學生能運用已有知識去發現、分析和解決問題。以設計性實驗“探究影響光合作用強度的諸因素”為例，探討植物生理學設計性實驗的實驗過程、作用、存在的問題及對策。

[關鍵詞]植物生理學 設計性實驗 教學探討

[中圖分類號] G420 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）15-0129-02

設計性實驗是指給定實驗目的、要求和實驗條件，由學生自行設計實驗方案，并加以實現的實驗。它不但要求學生綜合多科知識和多種實驗原理來設計實驗方案，還要求學生能運用已有知識去發現、分析和解決問題。其目的在于培養學生掌握設計實驗的一般方法和步驟，激發學生學習的主動性、創造性，提高學生組織能力、認識能力和開拓創新的意識。[1]下面就以“影響光合作用強度的諸因素”實驗教學為例，探討設計性實驗的教學過程。

一、案例背景

植物生理學課程是開設在大三上學期的一門專業必修課，學生在此之前已經學習了植物學、動物學、生物化學、遺傳學、微生物學等有關專業知識，并進行了相關的實驗，已經具備自主學習的知識基礎和相應的能力，加之之前的包括“植物光合作用強度的測定”等一系列驗證性實驗的訓練，為本次實驗課的實施創造了良好的條件。因此我們將教學目標確定為：

（一）知識目標

1.明確設計性實驗的一般方法和步驟。

2.學會查閱資料，進行實驗方案的設計和實驗數據的處理，初步掌握科研論文的寫作等方法。

3.學生能闡明影響光合作用強度的各種因素及在生活、生產中的應用。

（二）能力目標

1.學會正確使用分光光度計、葉綠素測定儀等相關儀器。

2.初步培養學生研究選題、組織實施等能力。

3.提高學生綜合運用知識的能力和開拓創新的意識。

（三）情感目標

1.培養學生對科學研究的嚴謹態度和實事求是的工作作風。

2.培養學生的團隊合作精神。

二、實驗過程

（一）分組、選題

1.分組：四至六人一組，自由組合，自己選出組長。確定組長的職責（與教師的溝通、組員工作的分配等）。

2.選題：總題目“探究影響光合作用強度的諸因素”由教師指定。各組的實驗題目根據所定的影響因素不同自行擬定，所選實驗的實施過程不要太長，以不超過四周為宜。

（二）實驗方案設計

內容包括：選題的目的；實驗原理；實驗所需的儀器、藥品、材料；實驗的詳細步驟，注意事項；實驗的預期結果；實驗全過程的人員分工等。

（三）教師審核實驗方案

教師根據學生提交的實驗方案，審核其合理性、可行性，指出問題所在，然后學生完善實驗方案。

（四）實驗準備

按照小組成員分工，利用課余時間根據實驗方案進行實驗儀器、藥品、材料的準備。包括熟悉儀器的使用方法、藥品的配制、材料的培養等。

（五）實施實驗

各小組在組長的帶領下，根據實驗方案，進行實驗。教師隨時關注各組實驗進展情況，指導學生如何記錄實驗結果及數據、拍攝圖片等，針對學生在實驗中提出的問題，與學生共同探討，解決。

（六）實驗數據處理、結果分析

利用EXCEL或SPASS等軟件處理數據，根據實驗數據繪制各種表格、圖表及對圖片進行處理，然后對實驗結果進行分析。

（七）實驗論文撰寫

要求：1.根據實驗數據、參考閱讀的資料撰寫實驗論文。2.對實驗結果進行分析。3.如實驗失敗，分析失敗的原因。4.根據實驗情況，提出哪些實驗方法可進一步改進，并提出下一步的研究思路。

（八）小組討論、匯報交流

各小組組內討論實驗結果、分析結論，實驗收獲等，然后選派一名同學匯報，進行組間交流。期間，教師、同學可向匯報小組每位成員提問，考查學生參與實驗的情況，分析問題、解決問題及答辯的能力等。

（九）評價

小組自己評價，小組間相互評價，教師評價。包括：1.小組進行自我評價：每位學生自我評價，組員之間互相評價。2.組間評價：對其他小組做出評價。3.教師對各小組、小組各成員做出評價。

三、實驗結果

（一）積極作用

1.提高了學生的綜合能力。首先，本次設計性實驗提高了學生查閱資料的能力、邏輯思維能力、推理能力、實驗儀器設備的使用能力、知識的綜合運用能力等。第二，本次實驗課大部分時間是由學生自己支配，學生是實驗的主體，學生的主動性和積極性得以充分發揮，培養了學生的獨立實驗能力。第三，設計性實驗過程中學生要應付實驗中出現的各種新情況和新問題，手腦并用，綜合運用所學知識及實驗技能進行研究和探索，培養了學生的創新能力。[2]

2.培養了學生科學的思維方法。設計性實驗要求學生善于觀察，嚴密思維，充分想象，通過設計性實驗培養學生科學的思維方法和研究方法。

3.明確了設計性實驗的一般方法和步驟。在小組討論、匯報交流環節中，幾乎每組的代表都把整個設計性實驗過程如數家珍般作了匯報。

4.明確了科研論文的寫作規范。小論文的格式一般由：摘要、引言、材料與方法、結果、討論、參考文獻組成。[3]所有的學生撰寫的課程論文格式都很規范，其中70.8﹪達到良好（80分）以上。

5.培養了學生實事求是的科學態度和嚴肅認真的工作作風。在設計性實驗過程中，學生必須實事求是，對于實驗結果與書本或教師所授有出入的，也必須認真查找原因，弄個水落石出，這就培養了學生實事求是的科學態度和嚴肅認真的工作作風。[2]

6.激發了學生學以致用的欲望。在本次設計性實驗的匯報交流中，有18個小組的代表都講到如何將實驗結果應用于農業生產、生活環境等。

（二）問題及對策

1.時間的安排問題。設計性實驗一般需要的時間比較長，如果不注意處理好時間的安排問題，往往會導致最后草草了事，達不到預期效果。因此我們要求所選實驗的實施過程不要太長，以不超過四周為宜。

2.實驗選題問題。設計性實驗課題的選擇是順利完成設計實驗、達到教學目的的關鍵。選題不當， 難度過大或過小、過分超前或滯后均難以達到設計性實驗的教學目的。[4]因此，總題目“探究影響光合作用強度的諸因素” 在學期中由教師指定，兩周后學生提交選題及設計方案，教師審閱并及時提出修改意見。

3.教師的指導問題。在設計性實驗過程中，常常會出現設計實驗時目的性不是很強；實驗的可行性預計不足；論文的“摘要”、“引言”和“討論”寫不好等問題。這些都有待于教師的指導。教師切不可做甩手掌柜。

4.實驗室的開放問題。為了讓學生有充足的時間進行實驗，實驗室應向學生全天開放。

5.實驗的評價問題。通過小組自己評價，小組間相互評價，教師評價三種方式來評價學生的創新思維、創新能力及綜合能力。教師的評價一定要客觀、公正，且應注意對實驗過程的評價。

對于師范專業的學生，設計性實驗的有效實施為其今后在教學工作中開展探究式教學與實驗打下了良好的基礎。因此，學校和教師在重視基礎性實驗的同時，應克服困難，創造條件開設好設計性實驗。

[ 注 釋 ]

[1] 張起祥.綜合性、設計性實驗研究[J].黑龍江高教研究，2008（2）：165-166.

[2] 劉文貴，王運娣，裴祥喜等.對高職高專設計性實驗的理論探討[J].河北工程技術高等專科學校學報，2005（3）：61-63.

[3] 余沛濤.植物生理學設計性實驗指導與習題匯編（第1版）[M].杭州：浙江大學出版社，2006：33.

[4] 王琪，周全法，黃紅纓.淺談分析化學設計性實驗的選題[J].江蘇技術師范學院學報，2006（4）：88-90.

[責任編輯：鐘 嵐]