巧設實驗問題 培養探究能力

奚紅云+丁奕然

加強實驗教學是高中生物新課程的重要特色。采用適切的教學方法組織開展探究性實驗，發展學生科學探究能力是新課程改革的目標之一。高中生物實驗既是深受學生喜愛的課堂教學形式，也是培養學生觀察能力、思維能力、分析問題、解決問題等科學探究能力的有效途徑[1] 。高中生物教材提供了形式、內容豐富的實驗教學材料，教學中如何利用這些素材發展學生的探究分析能力呢？通過創新提高課堂教學質量的有效性方法和方式有很多，而精心設置一系列的問題情境，通過巧設問題，引導啟發學生逐步深入分析探究，提高課堂教學的尤為可行[2]。下面就如何在教材實驗的課堂教學中有關實驗問題設計、創造問題情境、通過實驗教學培養學生科學探究能力方面淺談自己的幾點做法。

一、模擬經典實驗 在模仿中訓練探究能力

高中生物新教材中有許多生物科學史上的經典實驗，這些實驗是許多科學家為了認識生命的本質和規律而進行的探索活動。教學中，教師既要利用這些素材引導學生體驗探究性學習的樂趣，還應準確分析教材中經典科學實驗的功能，設計恰當的教學方法組織教學。這樣，學生不僅能獲得科學知識，同時科學精神和科學態度得到培養，科學探究能力也能得到進一步發展[3]。例如光合作用的教學，包含了光合作用研究歷程中重要的經典實驗，課標中對這段史實的要求是“說明對光合作用的認識過程”。具體要求是：讓學生在學習光合作用的相關知識時，不能僅僅注重歷史性的探討，重點應是讓學生在分析、研究科學家的經典實驗過程中，體會科學家的科學思想和科學方法，并能通過分析對比，總結歸納出科學發現的共同特點。

如何以教材中光合作用的經典實驗素材為背景設計組織教學，發展學生的科學探究能力呢？在光合作用認識過程的教學中，筆者突出了關鍵實驗，如薩克斯的實驗，關于薩克斯的實驗筆者設計了如下教學流程：

①向學生提供需要探討的圖文背景、動畫等，在觀察、閱讀經典實驗的過程中了解光合作用的發現。

②在分析光合作用發現的原始資料、研究動機及研究方法的過程中，歸納總結出科學發現的共同特點。

③繼續探究、提出問題：“如何設計實驗探究光合作用過程中需要二氧化碳？”針對問題，交流討論設計出完善的實驗方案。

④課后提供實驗條件，學生進行相關探究實驗。

對薩克斯實驗如此處理后的教學效果是，學生的學習興趣、主動參與意識都大大提高。學生在實施探究實驗時，實驗結果有的與預期不一致，學生在繼續解決這些問題的過程中，不斷提出個人的見解和主張。在持續幾天的開放性小組探究活動中，學生的交往能力與合作意識有所增強，學生的觀察能力、思維能力、分析問題和解決問題能力等科學探究能力也得到進一步發展。

在交流表達中，學生的語言表達、邏輯思維等能力得到進一步發展。在模仿科學家設計實驗探討光合作用實質的過程中，科學探究能力得到訓練。

二、創新實驗教學 在創新中激發探究欲望

教師針對教學內容和學生的實際認知水平設置“環環相扣，步步深入”且帶有挑戰性的問題，引導學生積極地進入問題情境，主動參與實踐，主動參與“問題解決”。讓學生在實踐過程中不斷體驗成功，在體驗成功的過程中不斷引發學生的探索欲望。

突出實驗的教學模式其基本教學過程是：觀察→實驗→問題→討論[4]。新課標的具體活動建議中的許多活動都是以實驗為中心的實驗模式，這是因為實驗教學模式可以豐富學生的感性認識，提高學習興趣，利于突破教學的重點和難點，利于培養學生的觀察能力，掌握實驗技能。教學中，對一些抽象難于理解的生物學知識的傳授，教師如能恰當地設計一些突出實驗的創新實驗模式將有利于啟發學生思維，增強探索精神[5]。 例如在“細胞膜”的教學中，筆者設計了構建“細胞膜結構”的活動。教學中，首先引導學生觀察分析各種科學史圖文資料，再讓學生運用合適的物件，自主模擬構架微觀、抽象無法展現原型的“細胞膜結構”的物理模型，同時在構建“細胞膜結構”的過程中不斷提出問題，并進行探討。使用創新實驗模式對學生形成細胞膜結構的圖像及細胞膜結構的理解具有很大的促進作用，同時學生在構建細胞膜結構模型的過程中，逐漸養成良好的學習習慣，學會科學的建模方法。“細胞膜”學習過程具體組織如下。

（1）構建細胞膜基本骨架——磷脂雙分子層

步驟一，分析植物細胞膜通透性研究的科學史料，你得到的結論是什么？

步驟二，分析磷脂分子圖文資料，嘗試畫出磷脂分子在水—空氣界面和水中排布方式的二維圖。

步驟三，利用合適的物件構建細胞膜中的磷脂分子在細胞膜中呈雙分子層排布模型。

步驟四，利用血影研究實驗進行上述探究活動的評價和驗證，使學生獲得成功的體驗。

（2）探究細胞膜的成分——蛋白質分子

步驟一，呈現資料，引發思考與討論。

問題1：分析細胞膜不但會被溶解脂質的物質溶解，也會被蛋白酶（能專一地分解蛋白質的物質）分解，你的結論是什么？

問題2：根據實驗現象，你對膜的化學成分在種類上的認識是否有新的結論？

步驟二，分析體驗“膜在組成成分上主要由磷脂和蛋白質分子構成”探索的過程，得出結論是：現象和原有知識→推理、大膽想象，提出假說→實驗驗證和完善假說→得出最終結論。

（3） 探究細胞膜的分子結構模型建立過程——磷脂分子和蛋白質分子組合方式

步驟一，小組合作，模型架構。要求學生利用實驗材料，架構蛋白質分子和磷脂分子的可能組合方式。

步驟二，呈現資料，引發思考與討論。

問題1：電鏡下的細胞膜呈現了暗亮暗三層結構，暗的代表什么物質？亮的代表什么物質？蛋白質分子和磷脂分子如何排布？

問題2：細胞膜是不是真是“蛋白質—脂質—蛋白質”的三層結構？

步驟三，呈現資料，引導對比，深入探究。學生將自己建構的模型與科學家的結論、單位膜模型及冰凍蝕刻技術模擬排布圖對比，教師提供錄像及科學史料，供學生探究。

問題1：由變形蟲的變形運動，你推測細胞膜是不是真是靜態結構？

問題2：人—鼠細胞融合實驗，你的結論是什么？

步驟四，修正完善，總結建模的基本方法。

步驟五，體驗與評價，深化討論。

問題1：流動鑲嵌模型是否完美無缺？細胞膜中除了磷脂分子和蛋白質分子外，還有沒有其他物質？

問題2：制作細胞膜模型有沒有更好的設計方法和更合適的實驗材料？

問題3：細胞中細胞器膜、核膜的結構與細胞膜有什么相似和不同之處呢？

學生在“細胞膜結構”的構建過程中，以小組為單位討論、制作、構建、評價，獲得了細胞膜的有關知識，初步建立了細胞膜的空間結構，掌握了模型構建的技能，觀察、資料分析、批判性思維、模型構建等科學探究能力得到了發展。

三、課堂實驗解決問題 在實驗中提高探究能力

在“種群密度的調查”的教學中，筆者設計了“茅草的種群密度的調查”的課堂實驗活動，學習過程具體組織如下。

①激趣入境，提出問題。現在我們足球場上的草皮由于管理不當，雜草逐年增多，生長的主要植物是茅草，還有其他植物如狗尾草。怎么估算一下茅草數量是多少呢？

②識情思境，分析問題。筆者將事先準備好的圓圈形和三角形隨機排列的圖案紙（見圖1）發放給學生。

圓圈代表茅草，三角形代表狗尾草，請同學們閱讀教材相關內容，然后以前后四人合作小組的方式，用樣方法模擬調查足球場內茅草的種群密度。

③學生邊看書自學，邊合作模擬調查茅草的種群密度。之后讓一個小組的學生到黑板上合作演示，先答后做，解決如下問題：

A.如何選定樣方？

用磁鐵把四個頂點固定在磁力黑板上，然后用尼龍線繞出40cm×40cm的樣方。

B. 如何五點取樣？

用尼龍線繞出對角線后，再用粉筆畫出相同的小樣方。

C. 如何數量統計？

四名學生分別統計出每個小樣方內的茅草數量，然后求平均。

對于高中生物中的實驗、實習，新課程改革給出了明確答復，結合校本教研，因地制宜地創造條件地做，努力為學生創造實踐機會。盡一切可能創設逼真的模擬情境，讓學生得到身臨其境的“享受”，實踐中不知不覺提高了探究能力[6]。

高中生物新課程的實驗要切實轉變學生的學習方式，將自主性學習、探究性學習和合作學習等方式納入教師的教學設計，實現課堂教學結構的更新，優化教學過程。要高度重視引導學生獨立建構知識，改變單純教師講解的教學模式，改變過于強調接受學習、死記硬背、機械訓練的現狀。有關教材實驗的課堂教學中精心巧妙設計實驗問題、創造問題情境，通過實驗教學培養學生科學探究能力[7]。既重視了概念、原理等知識體系的教學，又防止了“重結論，輕過程”“重知識，輕方法” “重理論，輕實踐”“重接受，輕創新”等傳統教學弊病，切實培養學生的科學探究能力。

參考文獻：

[1] 汪忠，劉恩山. 生物課程標準（實驗稿）解讀[M]. 北京：北京師范大學出版社，2002：16-18.

[2]潘世墨. 在課堂講授中引入問題教學的探討[J].上海高教研究，1998（2）：43-45.

[3] 王道俊，王漢瀾. 教育學[M].北京：人民教育出版社，1986：48-50.

[4] 生物課程編寫組. 普通高中生物課程標準（實驗）解讀[M].南京：江蘇教育出版社，2004：24-25.

[5] 崔鴻，楊華，王重力.生物課程教育學[M]. 武漢：華中師范大學出版社，2006：128-133.

[6] 李其柱. “情境、問題、自主、應用”教學模式及其應用[J].生物學教學，2009（11）：13-14.

[7] 金傳寶.教師如何提高發問技巧[J].外國教育研究，1998（2）：40-44.