通過實驗設計教學 提升科學探究能力

石利

【摘 要】隨著課改的深入，素質教育的加深，生物實驗教學越來越受重視。科學探究能力的培養是新課程改革的重要目標，也是生物教學的重要內容，為此生物新課標中大量增加了實驗設計教學的內容以培養學生的探究能力。

【關鍵詞】實驗設計；生物課堂；探究能力；設計原則

各級各類學校為了提升教育教學水平，為了促進教師全面發展，采用多渠道，進行多形式的“課內比教學”活動，“課內比教學”比的不是一節集中各種優質資源和教師全部精力的優質課、示范課，也不是刻意包裝、精心準備的樣板課，更不是教師個人排演，表現的專場秀。它是在常態化之下對教師教育教學真實水平的考核，“比教學”比的是職業能力，比的是專業素養。生物作為一門以基礎實驗為切入口的學科，對于實驗的教學一直都是重中之重，各類教學比武中，也是重頭戲。在此，結合個人多次聽課和參賽的體驗，就生物探究實驗的教學，談一點個人膚淺的心得體會。

一、生物探究實驗的重要地位

隨著近幾年高考制度改革的不斷深入，尤其是最近提出的核心素養，這都使得對學生綜合分析問題能力考查的生物設計實驗越來越呈現多樣化、綜合化、情景化。這種可喜的變化有利于改變目前學生死記實驗結論的現象，有利于培養學生科學的思維方法，更有利于學生創新能力的培養。科學探究能力的培養是新課程改革的重要目標，也是生物教學的重要內容，為此生物新課標中大量增加了實驗設計教學的內容以培養學生的探究能力。每次的教學比武過程中，老師們都已經很深刻的認識到這點，所以很多的老師在選題上很是注重，盡量的體現這種思想。如《生長素的發現》《種群密度的調查》等。

二、探究實驗的一般流程

對探究實驗越來越重視的同時，對教師的教學也提出了更高的要求。教師該如何更有效地培養學生把握設計實驗從而提高他們的探究能力？這個我們還得從頭說。

現代教育科學中使用的“科學探究”往往具有兩個層面上的含義：一是科學探究活動，二是科學探究技能。探究技能是對學生能力的要求，是完成科學探究活動的基礎與保證。生物新課標中把探究能力具體細分為以下十方面：1.客觀觀察和描述事物現象；2.通過觀察或從現實生活中提出與生物相關的可以探究的問題；3.分析問題，闡明與研究該問題相關的知識；4.確認變量，做出假設和預期；5.設計可行的實驗方案；6.實施實驗，收集數據；7.處理數據，解釋數據；8.根據實驗證據作出合理結論；9.用準確的術語、圖表等手段介紹研究方法，結果；10.與他人交換意見，能對自己的觀點進行辯護以及做必要的反思和修改。那么，生物教學中怎樣構建學生的科學探究能力呢？實驗設計是使學生領悟到科學探究一般方法的有效手段。科學探究的一般過程如下：

觀察現象，發現問題、提出問題→科學分析，提出假設→設計實驗，證明假設（預測實驗結果）→實施實驗，觀察現象（記錄現象、數據）→分析結果，得出結論→表達與交流→進行下步探索。

三、探究實驗中的設計

科學探究的一般流程中，在高中階段可能要求最高的在實驗設計這塊。因為對于高中生有限的生物知識面而言，要求其根據實驗現象提出獨特的，未知的假設，是不現實的。所以一般高中生物的實驗設計原理都是已經學過的知識，甚至是課本已經明確給出答案的結論。但是，即使是已知的結論，卻可以采用不同的方法和途徑去證明，但最終無論怎樣的方法和途徑，真理只有一個！所以，探究實驗的重點就毫無疑問的轉移到設計上了。而實驗的設計又重在思維方式，即探究能力。

從某種意義上來講，實驗方案的設計最能反映學生的科學探究能力，也是目前反映出來問題最多的地方，表現在沒有充分發掘題目中的信息，在設計的方案中缺乏實驗變量的考慮，無法把握實驗原則，對實驗步驟的嚴謹性、合理性把握不夠，從而導致步驟不全，思考不全，有的甚至無可操作性，又違背科學性。為了能根據實驗目的設計出合理的實驗方案，首先要明確實驗設計的原則和實驗的三種變量。

3.1實驗設計原則

合理的設計方案首先要有科學依據和嚴謹的邏輯性，其次要考慮可操作性和簡便性，最后還必須遵循幾個基本的實驗設計原則，尤其是對照原則、唯一變量原則。

3.1.1科學性原則。科學性原則是指實驗的原理要符合科學，實驗結果的預期要有科學依據，實驗的各個環節不能偏離生物學以及其他學科的基本原理。科學性原則首先必須保證實驗設計不出科學性錯誤；其次設計要有科學思想和科學方法。具體體現在：實驗原理的科學性，選擇恰當的實驗材料進行實驗，有科學嚴謹的實驗方法，能科學、合理地處理實驗結果。

3.1.2對照原則。對照原則是實驗設計中最常用的原則，是指應用比較的方法來揭示事物的性質和變化規律的一種實驗方法。具體做法是把實驗分為兩個或兩個以上的組進行，其中一個（或幾個）是對照組，作為比較標準，另一個（或幾個）是實驗組（即條件控制組）。通過設置對照實驗，可以排除無關變量的干擾，增加實驗結論的可信度和說服力。實驗設計中采用的對照方法很多，常用的有空白對照、自身對照、相互對照、條件對照等。

3.1.3單一變量原則。實驗時把實驗組與對照組的結果（因變量）進行比較，從而確定實驗條件對事物性質和變化的影響。由此可見，對照實驗就是進行單因子變量的比較；要進行單因子變量比較，就必須控制其他可能對實驗結果有影響的諸多因素（即無關變量），盡量使這些控制在相同且適宜的條件下，這是對照實驗的基本要求，也是實驗過程中始終要遵循的重要原則。

3.1.4平行重復原則。因為實驗結果會受到實驗材料差異和人為因素的影響，為避免實驗結果的偶然性，使得出的結論準確、可靠、科學，因此在設計時就要考慮平行重復實驗原則。

3.1.5簡便性原則。為證明某一結論，往往可以設計出多種實驗方案，在選擇方案時應采用簡便性原則，即在取得相同或相近效果的前提下，要考慮到實驗材料容易獲得，實驗裝置比較簡單，實驗步驟少，實驗時間短等等。

3.2認識變量

3.2.1 自變量：又叫實驗變量，是指實驗中所要研究的變量，是可以人為改變的實驗條件，該條件的變化將會引起實驗結果的改變。根據實驗目的和假設找出并控制好自變量是實驗成功的關鍵因素，自變量的確定一般是根據題目中的實驗目的來獲取的。

3.2.2因變量：又叫反應變量，是由自變量所引起的變化和結果。自變量是原因，因變量是結果，二者具有因果關系。

3.2.3無關變量：確定了自變量和因變量后，對實驗結果有影響的其他因素稱為無關變量。實驗中的無關變量很多，會較大地影響結論的準確性，只有加強對無關變量的控制，才能盡可能地減少對其因變量的影響，使所得的實驗結果可靠、可信。

四、多渠道訓練學生思維能力

有了既定的規則，那么接下來要做的就是盡可能多的去從不同的角度強化和訓練。學生一方面可以自己在上新課中，對于課本上生物實驗進行分析，理解經典實驗的設計思路和設計過程；另一方面教師可以在平時的練習中不斷的去挖掘和發掘學生的潛在思維能力，促進學生的思維的發展和創新能力的培養。在生物教學中大膽地去探索嘗試，豐富生物教學的內容和形式，逐步的引導學生從科學、嚴謹的思維角度去考慮問題，分析問題，最終解決問題。

總之，如何在短時間內，讓學生掌握探究方法，提高探究能力，還有待進一步的探索。但在實驗設計中，學生應把握生物基本原理，遵循設計基本原則，控制實驗各種變量，主動參與探究、勤于動手動腦，逐步培養自身批判性思維的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力。

【參考文獻】

[1]胡建華.《關于高中生物開放性設計實驗若干問題的探討》湖北省大冶一中

[2]htpp：//www.g12c.com（中小學教育網）《高中生物實驗論文》2010-10-15

[3]王興.高中生物實驗設計的一般原則.現代教育教研，2009年第10期

[4]陳慧云.高中生物實驗設計的主要原則.教育實踐與研究（B），2010年09期