生物實驗探究能力培養的實例分析

王斌

摘要：實驗探究能力的培養是新課程改革的基本要求，也是素質教育的有效途徑，并且在新課程實驗中得到充分的體現。本文通過案例從生物實驗探究能力的培養方面進行分析與思考。

關鍵詞：新課程標準；實驗探究能力；素質教育

實驗探究是人們獲取知識和認識世界的一種重要方法和過程，也是提高生物教學質量的重要突破口。探究性實驗是學生積極主動的獲取生物科學知識、領悟各種科學思想觀念、領悟科學家研究自然界的方法而參與的各種活動。[1]基本實驗能力、實驗設計能力和科學研究能力的培養是生物實驗探究課的重要目標，就學生而言，探究性實驗可以幫助學生驗證所學知識和培養鍛煉學生的思維能力，綜合觀察能力和動手操作能力，培養實事求是的科學態度和工作作風。同時還可以極大的激發學生學習生物學的興趣，有利于生物課的整體教學。

在傳統的生物教學中，以驗證性實驗為主，教師講解的多，學生動手的少，甚至是教師在課上講實驗，學生在課下背實驗，這既不利于學生的動手操作能力和創新能力的培養，也不利于學生情感態度價值觀的養成，因此，我們應該倡導開展探究性實驗，這樣才有利于學生實驗探究能力的提高。首先我們要明確驗證性實驗與探究性實驗的特點和區別。

從上表來看驗證性實驗是實驗者對已知的實驗結果而進行的以驗證實驗結果、鞏固相關知識、培養實驗操作能力為目的的重復性實驗。而探究性實驗是實驗者在未知實驗結果的前提下，通過實驗、探索、分析、研究得出結論從而形成科學概念的一種認知活動。很明顯探究性實驗的要求較高，更有利于學生的綜合素質的發展。

《普通高中生物課程標準（實驗）》也明確規定了發展科學探究能力的具體要求：客觀地觀察和描述生物現象；通過觀察并提出現實生活中與生物學相關的問題；分析問題，闡明與研究該問題相關的知識；確認變量；作出假設和預期；設計可行的實驗方案；實施實驗方案；利用數學方法處理、解釋數據；根據數據作出合理判斷；用準確的術語、圖表介紹研究方法和結果，闡明觀點；聽取他人的意見，利用證據和邏輯對自己的結論進行辯護以及作出必要的反思和修改。[2]

現以“探究生長素類似物促進插條生根的最適濃度”的教學過程為例談談如何培養學生的生物實驗探究能力。

一、教材分析

該課題是人教版高中生物學必修模塊3《穩態與環境》第3章“植物的激素調節第2節“生長素的生理作用”中的“探究活動”內容，既是學習的重點，也是學習的難點。該探究活動是依據生長素作用的特點具有兩重性的原理，以生長素的發現、生長素的生理作用及其應用等知識作為背景，引導學生如何將科學理論應用于生產實踐，學生可體驗到科學研究的一般過程，同時也是訓練學生將實際問題轉化成可行的實驗方案的邏輯思維能力，從而提高設計實驗方案的可行性、科學性和簡易性。本節內容能很好地體現了新課程理念中的“倡導探究性學習”、“注重與現實生活的聯系”。

由于前一節課學生已經學習過相關的理論知識，本節課需要在課前引導學生以小組為單位自行設計出實驗方案。

在課堂上教師可作出如下安排：①學生分別匯報各組的方案，自我暴露出實驗設計中存在的問題；②公選出部分具有典型優點和錯誤的實驗方案，通過自我評判、合作交流，作出評價；③教師從優點和不足兩方面作出簡要的點評，引導學生從理論到實踐的升華；④各組根據預實驗報告，簡談收獲和經驗教訓；⑤通過上述的評價和報告過程，根據自己所選的生長素類似物和植物材料，進一步完善自己的實驗方案，提出進一步探究的問題。

二、學情分析

1.知識儲備：生長素的發現和生理作用，學生認識到了生長素的生理作用具有兩重性。

2.能力儲備：學生經過初中和必修1-3的探究實驗，基本掌握了探究實驗的一般步驟和方法，已經具備了對一些生物學問題初步探究的能力。但對實驗設計中應遵循的原則的應用理解上還不到位。

三、教學目標

1.知識與能力目標

（1）認識生長素類似物的作用特點，探索生長素類似物促進插條生根的最適濃度。

（2）評述生長素類似物在生產中的應用。

2.過程與方法

（1）體驗探究實驗的方法和步驟，進一步提高科學探究的能力。

（2）嘗試用探究的方法研究生長素類似物促進插條生根的最適濃度，發展科學探究能力，主要是確認變量、設計可行的實驗方案、利用數學方法記錄和處理數據。

3.情感態度與價值觀目標

（1）體會科學理論在應用到生產實踐過程中，還有許多需要探索的問題；

（2）通過合作與交流，逐步養成質疑、創新、協作、求實的科學精神和態度；

（3）通過學習小組成員之間的交流，認同預實驗的必要性和意義。

四、教學重難點

對實驗設計方案的評價和完善。

五、教學策略

杜威提倡“從做中學”，認為科學教育不僅是讓學生獲得知識，更重要的是學習科學研究的過程和方法。因此，學生親身經歷探究活動的過程，是達成本節教學目標的重要途徑。

新課程理念強調“學生自主建構”，因此通過全體學生積極參與到課堂中的評價，以及各小組通過合作交流來完善實驗方案，是學生自主建構的重要方法。

六、課前準備

1.建立學習興趣小組：每個小組推選1人來參加，共12人（選擇理由：這樣對后面的分組實驗就可由該學生進行相關的指導），對學生進行合作實驗的技能培訓。

2.完成預實驗：教師帶領學習興趣小組同學，在上本課前的三周，根據提供的生長素類似物的藥品“速效生根粉（40%NAA）”、吲哚丁酸生根粉、強力生根劑的用法用量說明，選擇用何種枝條，用何種方法處理枝條，設置幾種濃度，并計算好需要配制每種濃度需要的生根粉的用量及溶液的總體積，避免藥品的浪費。

3.自主設計實驗方案：本節課前兩天，老師布置本探究實驗的課題，全班各小組通過查找相關資料，自主設計好一份實驗方案交給老師。老師看后，選出幾個小組的實驗方案提供給全班交流評價。

七、教學過程

流程 教師活動 學生活動 設計意圖

新課導入 展示：

校園景色照片（月季花園）

講述：

欣賞校園景色照片后，請大家說說你的第一感覺？

提問：如果請你用一株月季變成圖中的月季花園，快速而又簡單的方法是什么？

評價并繼續提問，最后得出結論：扦插

扦插成功關鍵是要生根。根據上節所學知識，有什么辦法可以促進插條生根呢？

簡述：市場上有很多種生長素類似物（示實物），它們因使用方法、植物種類、季節等導致其適用的濃度范圍不同。

因此在生產實踐上，就有必要進行預實驗來尋找最適濃度，從而避免人力、物力和財力的浪費。這就是本節我們要學習的內容：

板書：

探索生長素類似物促進插條生根的最適濃度

觀察

思考與回答：

漂亮！

思考并回答

利用生長素類似物

準備進入探究活動狀態 激發學生的學習興趣

分步實驗

探究 提問：

根據這一題目，可知是探究性實驗，請大家說出探究實驗的一般步驟有哪些呢？ 學生回憶相關知識并回答 調用學生的知識儲備。

一、

提出問題 提出要求：

請學生根據所選的生長素類似物和植物枝條來回答。 積極思考并回答

調用必修1的知識儲備，根據概念來判斷該實驗的三種變量。

二、

作出假設 提問：

如何對此實驗作出假設？ 積極思考并回答

三、

設計實驗 講述要點并與學生互動：一份好的實驗設計必須要明確以下三點：

1.實驗原理：

2.實驗原則：

請大家說出有哪些原則？

3.三種變量：

該實驗的自變量、因變量和無關變量分別指的是什么？組織學生交流：

提供事先選出有代表性的3份實驗方案供學生交流，并對自己的實驗方案作出評價，指出其不足和改進辦法。

依序安排3個小組匯報：

第1小組、第2小組、第3小組 回憶、思考并回答

思考、小議并回答

應用實驗設計原則，對自己的實驗設計評價，并反思不足處

第1小組、第2小組、第3小組代表依次發言，其他學生積極參與發言 回憶必修1的相關概念并應用到此實驗，解決有關變量的問題

調用知識儲備，說出即可。

通過小組交流，反饋出學生對探究實驗設計中的問題和不足。通過生生評價、老師適當點評和學生的自我反思，不斷提高學生自身的實驗設計能力。

小結、評價并抽問：

通過交流，大體上可歸納出本實驗的設計思路是……？

PPT展示實驗步驟：

請學生回答：

指出每步注意事項…… 思考回答

爭相搶答 師生共同總結，形成完整實驗設計思路。

四、

生物興趣小組匯報預實驗的結果 提問補充：

具體的實驗操作，還有哪些需要注意的問題呢？

安排匯報：

請生物興趣小組的代表來匯報預實驗過程。 小組代表交流實驗過程中的注意事項（尤其是設計實驗時未考慮過的需注意的問題），實驗感受，成功之處和失敗之處。 通過興趣小組的展示，讓其他同學體驗到科學探究的樂趣，同時領悟到做科學研究需要恒心和毅力。

五、

完善實驗設計方案 點評和小結：

八、反思

由于本課是通過學生自主進行實驗設計，暴露出問題后，再通過學生的相互評價，找出不足并提出改進措施，這種合作交流式的學習，學生能及時發現實驗設計中常常容易發生的錯誤，以避免類似錯誤的再發生，同時也對實驗設計的相關原則在理解和應用上，理解的更透徹。

本課實施中重點在學生參與評價這一過程，怎樣組織好課堂教學？特別是如何更好地激勵更多的學生主動參與，對活躍課堂氣氛、提高教學有效性至關重要。

因此，在對3個小組的實驗設計評價，我做了這樣的處理：第1小組由學生自由發言。第2小組采取小組討論綜合意見后再進行評價。由于有了前兩個小組的評價作鋪墊，對第3小組的評價就先由本組學生自評，再由其他同學補充發言。這樣不致使教學程序單一重復，更能激發學生的學習興趣。

在本節課的課堂上生物興趣小組代表匯報時，由于學生不一定想得周全，而且只是口述，其他同學印象未必深刻。教師有必要進行及時總結，注意提醒實驗中的細節問題，這才有利于下節課的分組實驗操作。如，濃度設置必須課前設計好表格；根據濃度和體積，計算出藥品的用量；濃度較低時，如何具體操作使稀釋到相應濃度等，都必須課前弄清楚，以免到實驗室茫然失措。另外標簽使用方面在分組實驗時除了要注明編號、濃度外，還必須注明班級、小組，以免混淆。同時，還要提醒學生選材的時候注意選取容易生根的植物實驗更易成功，這也可通過網上查詢了解。生物興趣小組的實驗說明梔子花和富貴竹是較好的材料。從實驗成本來看梔子花要便宜很多。但即使溫度適宜，生根時間至少需要2周，最好3周后實驗結果更明顯。因此要持續定時觀察實驗結果，特別是生根后可改為每天觀察，不能輕易下實驗失敗的結論。

此外，學生的自主探究實驗活動完成之后，從中能體驗到的喜悅和成就感是不可比擬的。由此，實際上也對學生進行了相應的情感教育。

關于要進一步探究的內容，學生可能會提出溫度、光照、營養液、插條老嫩程度、插條種類、浸泡時間、浸泡深度對生根的影響。其中的插條老嫩程度、插條種類可由一個組同時完成。光照、營養液、浸泡時間、浸泡深度這幾組實驗只能通過小組之間的合作進行。而溫度一項，由于本校還沒有添置恒溫箱，因此暫時無法實施。

這個實驗看上去很難，實際上操作起來難度并不大，通過組內合作可提高實驗的成功率，如制作插條和配制溶液就可同步進行。此實驗成本不高，我提供的四種生長素類似物最貴的才4元一包，而一個組的實驗可能用不了一包，實驗材料由學生選擇自行帶來，也就降低了實驗成本，因此在每個學校都可順利進行。該實驗最難的地方，在于學生要有足夠的耐心和恒心去做實驗記錄，這就需要教師適時的鼓勵和進行輔導，增加對學生意志力的培養。

實施探究教學模式，可以充分發揮學生的主體作用，較好地體現了學生的自主學習、探究學習、合作學習的新課程理念。但在教學中教師的主導作用至關重要，教師要了解學生設計實驗和實施實驗的困難所在，精心設計討論交流的焦點，引導思考方向，培養解決問題方法；課前要做好充分的準備，課堂上要有序地組織好探究活動，包括明確探究任務、合理安排時間、協調好小組和整個班級的秩序、幫助和引導學生分析實驗的設計思路和注意事項、啟發學生靈活創造性思維、對學生的實驗設計做全程的引導和監督，在必要時給予適當的點拔和啟發等，這些都對教師也提出了較高的要求，因此，通過實驗探究課師生的綜合素質都可以得到很大的提高，更有利于中學生物整體教學和學生認識新事物的探究能力。

參考文獻：

[1]陳繼貞.張祥沛.曹道平編著.生物學實驗教學研究[M].北京：科學出版社

[2]普通高中《生物課程標準》[M]人民教育出版社