我國高中生物學實驗教學研究的三種基本范式

王 飛 張 旭

(1 西北師范大學教育學院 蘭州 730070； 2 陜西省西安博愛國際學校 西安 710000)

自2003年《普通高中生物課程標準(實驗)》頒布以來，我國高中生物學實驗教學得到了充分的重視和發展，高中生物學教師在實驗教學過程中也積累了較多的經驗，從教師教學實踐的視角對實驗及其教學進行了較多的研究。筆者認為這些研究表現出三種基本范式：①側重于生物學實驗改進和完善的“如何做實驗”的研究范式；②側重于生物學實驗教學設計與實施的“如何教實驗”的研究范式；③側重于通過實驗培養學生能力的“如何學實驗”的研究范式。三種基本范式的研究主體多為一線生物學教師，研究主要來源于教師教學實踐經驗，以解決實驗及其教學中的具體問題為目的，具有較強的實踐性。

1 “如何做實驗”的研究

此類研究主要以高中生物學教材中的相關實驗為切入點，以生物學實驗本身所涉及的“科學性問題”為研究對象和內容，目的在于對高中生物學實驗中的實驗原理、實驗材料、實驗方法等做進一步地改進和完善，以使得實驗操作更加簡單，實驗取材更加容易，實驗儀器的選用更加符合教學實際，實驗方法和步驟更加合理。

1.1 對于實驗材料的改進和完善 高中生物學教材中雖然提供了相應的實驗材料，但由于生物學實驗材料的特殊性，容易受季節、環境、學校條件等的影響，往往會造成實驗材料獲取不易、實驗材料選取不當、實驗現象不明顯等問題出現。例如，“DNA的粗提取與鑒定”實驗，教材中建議的實驗材料為“雞血”，但是由于新鮮的雞血細胞不易獲取，存放時間過長會影響最終的實驗結果，故有教師對雞血、豬血、鯉魚的精巢、菠菜、花椰菜、香蕉、洋蔥鱗片葉等實驗材料進行綜合性的比較，最終選出最優化的實驗材料。

1.2 對于實驗器具的改進和完善 生物學實驗的進行需要專門的實驗器具，但是一些學校由于硬件條件的限制，造成實驗器具配置不齊，從而影響實驗的開設。因此，教師對實驗器具進行了相應的改進和完善。例如，有教師利用數碼相機、手機照相功能等對顯微觀察實驗進行了改進[1]；還有教師將生活中常見的注射器作為“實驗藥液的沖洗裝置”等[2]。

1.3 對實驗方法、步驟的改進和完善 實驗方法和步驟的適切性、簡便性、可操作性是直接影響高中生物學實驗開設的重要因素。就高中生物學教材中的實驗來說，雖然教材給出了實驗方法、步驟建議，但是從生物學實驗的“探究”屬性來看，一個實驗未必只有一種實驗方案，而“哪種實驗方案最優”“哪種實驗方案最適合教師自身的教學”勢必是實驗教學研究領域的關注點。例如，有教師分別用改良過的苯酚品紅染液、Schiff試劑、醋酸洋紅染液、Giemsa染料、0.5%呂氏堿性美藍染液、0.5%番紅染液、結晶紫染液或龍膽紫染液等7種染色劑對植物細胞進行染色，以增強植物細胞有絲分裂的觀察效果[3]；也有研究完全拋開教材中給定的“溫度對蛋白酶活性的影響”實驗方案，運用聚丙烯酰胺凝膠電泳技術對反應后的樣本進行層析，判斷酶活性的強弱[4]。

2 “如何教實驗”的研究

“如何教實驗”是高中生物實驗教學研究的基本范式之二。此類研究主要以實驗教學的有效性為出發點，以生物學實驗教學的設計、組織、實施等“教學性問題”為研究對象和內容，目的在于對高中生物學實驗的教學理念、教學設計、教學方法、教學實施、教學過程等進行詳細地探索和研究。

2.1 實驗教學設計的研究 教學設計是課程改革中大力提倡的一種教師“備課”方式，是在實施教學之前，依據學習論、教學論等相關原理，用系統論觀點和方法對教學的各個環節進行統籌規劃和安排，從而為學生的學習創設最優化環境的準備過程。由于此類研究比較切合教師的教學實際，也是教師進行教學研究比較容易的切入點，故教學設計的研究成為教師探討“如何教實驗”較好的突破口。關于實驗教學設計的研究，多以教學設計的相關理論和方法為基礎，按照教學設計所包含的基本規范(如：教材分析→學情分析→教學目標設計→教學重難點設計→教學方法設計→教學過程設計→教學反思)來進行，其中包含了教師對學生情況的把握，對教材內容的分析，對教學理念(如“倡導探究性學習”)的理解和落實等；研究多以“案例”的形式來呈現，如：“‘滲透作用’的實驗探究教學設計與實施”“‘色素的提取和分離’一節的探究性教學”等[5，6]。

2.2 教學理論、模式的應用研究 高中生物學作為一門學科課程，其教學的開展和實施離不開教學理論的指導。當然在實踐研究領域中，基于一門學科課程詳細探討某種教學理論、教學模式的應用研究也較多。此外，隨著國際、國內課程改革的變化和深入，諸多的教育教學理論被廣大研究者和教師熟悉，隨之也產生了各種教學模式，如“5E”“PBL”“合作—探究式”等。生物學教師也將諸如此類的模式在高中生物學實驗的教學中進行了應用探索[7]。

3 “如何學實驗”的研究

實驗教學有助于培養學生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、批判性思維的能力、交流和合作的能力、創新能力、實踐能力等。以此為研究背景和依據，“如何在實驗教學中突出對學生能力的培養”成為高中生物學實驗教學研究的基本范式之三。此類研究主要以生物學實驗教學中的“學習結果”為研究對象和內容，將教師的“教”最終轉化和落實到學生的“學”上來。同時，結合學習心理學相關理論，從學生的認知、能力、情感等特點尋求解決途徑，以便達到學習結果的最優化，因此可將其概括為“如何學實驗”的研究。

該研究范式多是在綜合前兩種研究范式的基礎上，引入認知心理學、學習心理學的相關研究成果，在研究中突出對學生各方面能力發展的滲透和培養。首先，讓學生參與到教師“做實驗”的過程中來，結合生物科學實驗探究的過程來突出學生的能力發展，常見的兩種方法：①針對實驗中出現的問題進行再探究，來培養學生的科學探究能力。讓學生大膽質疑，然后通過一系列的探究過程來進一步完善“做實驗”的過程，培養學生“質疑能力”“科學探究能力”[8]。②變驗證性實驗為探究性實驗，使學生在其中感受科學探究的過程，從而提高科學探究能力。例如，高中生物教材中的“植物細胞的吸水和失水”“植物生活需要無機鹽”“光合作用產生氧氣”“光合作用吸收二氧化碳”“種子和葉片在呼吸作用中是否釋放二氧化碳”等實驗，都可以設計成探究性的實驗讓學生自主完成。其次，在教師“教實驗”的過程中，結合學生的實際情況和能力發展的需要，創設特定的教學情境，有針對性地對學生某個方面的能力進行培養。例如，有教師在教“綠葉中色素的提取和分離”實驗時，以“為什么白化苗植株不生長反而會死亡？”“為什么同一葉片夏季時翠綠醉人，而秋季時金黃斑斕？”“為什么有的植物葉片嫩綠色，有的植物葉片紫紅色？”三個問題進行導入，引導學生提出問題進行自主探究，從而培養學生“提出問題的能力”[9]。再次，將認知心理學、學習心理學的相關研究成果引入到實驗教學中，從能力發展和形成的一般過程來探索學生能力提升的方法。例如，基于認知負荷理論對洋蔥根尖細胞的有絲分裂實驗教學進行例析[10]；又如，有教師本著提高學生實驗操作技能的目的，將中學生物學實驗操作技能的學習掌握劃分為“認識”“分解練習”“整體練習”“應用和熟練”四個階段，認為“學生已有的理論與技能”“教師的指導與示范”是影響生物學實驗操作技能學習的重要因素[11]。

4 結語

“范式”支配著看待某個領域研究問題的視角、研究的行為以及解釋資料的方法[12]；目的在于搭建某個研究領域的基本框架，以便為后來的研究者帶來啟示。對我國高中生物學實驗教學研究的基本范式進行歸類，一方面可以為教師進行教學研究指明方向，提供研究的基本途徑；另一方面對我國當前高中生物學實驗教學的改革、課程標準的修訂、教材的編寫等具有一定的借鑒意義。

(基金項目：甘肅省“十三五”教育科學規劃課題“藏區高中生物實驗教學有效性的策略研究，No.GS〔2016〕GHB 0230；西北師范大學青年教師科研能力提升計劃項目“普通高中生物實驗教學有效性的行動研究，No.SKQ N15003；甘肅省社科規劃項目“創新人才背景下高師院校教師培養方法研究，No.YB042；甘肅省高等學校科研項目“初中生情感態度價值觀教育的實踐研究，No.2015B-028)