巧設(shè)課程、循序漸進地培養(yǎng)初中生的實驗設(shè)計能力

◎萬春紅

實驗設(shè)計能力是指在科學(xué)實驗中，學(xué)生能根據(jù)實驗?zāi)康暮鸵螅x擇恰當(dāng)?shù)膶嶒炂鞑摹⒎椒ǎ`活運用生物學(xué)知識和技能，設(shè)計可行的實驗方案的能力［1］。新課程改革至今，教師為了落實新課程理念，進行了大量的研究。但很少有教師去研究如何培養(yǎng)初中生的實驗設(shè)計能力，而初中正是青春期大腦思維和行為習(xí)慣養(yǎng)成的關(guān)鍵期，故本研究選取剛接觸實驗探究的七年級學(xué)生，以本學(xué)年中的4個探究實驗為例，展示四種不同深度的實驗教學(xué)模式，從啟蒙－發(fā)展－內(nèi)化－外化逐步培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計能力。此外，根據(jù)相關(guān)學(xué)者對實驗設(shè)計能力結(jié)構(gòu)的研究［2］以及瑞士心理學(xué)家皮亞杰的兒童實驗［3］，本研究以實驗設(shè)計的基本原則（科學(xué)性原則、單一變量原則、對照原則和重復(fù)實驗原則）作為能力掌握的考核指標。

一、探究啟蒙，了解學(xué)生的認知基礎(chǔ)—《非生物因素對某種動物的影響》

本階段以初中階段第一個探究實驗為例，先了解學(xué)生的思維水平，如下：

通過對所教6個班級的設(shè)計方案進行分析：1）科學(xué)性原則：方案設(shè)計思路基本正確，但不夠詳細，少數(shù)方案的操作性不強，比如水溫對金魚繁殖速度的影響，研究周期太長。1／10學(xué)生出現(xiàn)常識問題，如將魚從水中取出再測呼吸頻率。2）單一變量原則：因為此課題較簡單，未出現(xiàn)明顯問題。3）對照原則：95%以上的學(xué)生都能考慮到設(shè)置不同溫度。4）重復(fù)實驗原則：約9／10學(xué)生每組只用1條金魚，忽略了重復(fù)實驗原則。5）其他：學(xué)生對實驗方案的規(guī)范性和全面性不熟練，多數(shù)處于文字描述，缺乏圖文并茂和結(jié)果記錄表的設(shè)計等等。

二、探究發(fā)展，初步體驗探究過程—《種子萌發(fā)的環(huán)境條件》

本階段選擇易于理解又能在課外完成的生活題材，由理論認識走向?qū)嵺`，如下：

本階段是學(xué)生第一次按照探究實驗的規(guī)范步驟進行實驗，故存在問題：1）單一變量原則：每班不足5%的學(xué)生提及“等量”“其他因素相同”等詞匯。2）科學(xué)性原則：約20%學(xué)生未能規(guī)范表述“問題”和“假設(shè)”；半數(shù)以上學(xué)生結(jié)果記錄不完整。同時也取得進步：1）重復(fù)性原則：所有學(xué)生都用了多粒種子實驗。2）對照原則：研究一種環(huán)境因素的學(xué)生都能設(shè)置對照實驗，近1／4的學(xué)生研究多種因素的影響，且多重對照設(shè)置正確。3）科學(xué)性原則：10%學(xué)生會用符號標記，20%學(xué)生圖文并茂，大多數(shù)繪制了結(jié)果記錄表。4）其他：后期課堂分享時，學(xué)生敢于分享并且說出自己實驗出現(xiàn)的問題和疑惑，其他小組會一起質(zhì)疑和分析。

三、探究內(nèi)化，開始走進實驗室—《二氧化碳是光合作用必需的原料嗎？》

本階段的課題相對陌生，因此，需教師引導(dǎo)學(xué)生對實驗原理和實驗材料進行理解，如下：

由實驗方案可知學(xué)生已能流暢的設(shè)計一份簡單的實驗方案，但因初次接觸復(fù)雜的專業(yè)實驗，故：1）重復(fù)實驗原則：近一半的學(xué)生每組只用一片葉子。2）對照原則：約90%的學(xué)生想到一組加氫氧化鈉溶液，一組不加，但是未能想到加等量清水。3）科學(xué)性原則：35%的學(xué)生忘記饑餓處理，16%學(xué)生直接加碘液沒用酒精脫色；10%學(xué)生選用在玻璃罩中放蠟燭或者老鼠制造二氧化碳，忽略了耗氧的干擾。

四、探究外化，從理論走向?qū)嵺`—《饅頭在口腔中的變化》

本階段學(xué)生自主設(shè)計實驗，改善方案，操作實驗和結(jié)果分析。具體如下：

因本節(jié)課借助了智能教學(xué)，加上學(xué)生對實驗設(shè)計更加熟悉，故進步較大：1）對照原則：每一個小組都能考慮到設(shè)置對照。2）單一變量原則：因有前車之鑒，此次有80%的學(xué)生考慮到唾液和清水的設(shè)置；但因?qū)W生第一次接觸多個變量，故有近3／5的學(xué)生未能設(shè)計出科學(xué)的方案。3）重復(fù)實驗原則：因課時和器材有限，在報告單中未要求重復(fù)，但仍有幾組考慮到重復(fù)實驗。4）其他：考慮到初中生的思維及性格特點以及初中生物的課時緊張等問題，故實驗中教師選擇提供實驗器具，先統(tǒng)一方案，再進行實驗。

總結(jié)：探究性實驗是指實驗者自主探索、分析、研究得出結(jié)論，從而形成科學(xué)概念的一種認知活動，這對實驗者的科學(xué)思維和操作技能等都具有很高的要求。而七年級是中學(xué)生科學(xué)探究的啟蒙階段，故不能拔苗助長，應(yīng)遵循中學(xué)生特有的認知特點，循序漸進的開展實驗。本研究經(jīng)過一個學(xué)年的探索，選取其中四個實驗作為研究節(jié)點。第一階段啟蒙探究，重在了解學(xué)生的零基礎(chǔ)水平和存在的問題；第二階段發(fā)展探究，選擇學(xué)生親切熟悉的生活題材，進行容易理解和操作簡單的探究實驗；第三階段內(nèi)化探究，將之前所學(xué)應(yīng)用于專業(yè)而規(guī)范的生物實驗；第四階段外化探究，學(xué)生真正走進實驗室，自主設(shè)計與操作，將所掌握的理論知識應(yīng)用于實驗室。每一次實驗都有明確的培養(yǎng)目標，教師都會給每一份方案作出詳細的批改，讓每一位學(xué)生得到最真切最有效的進步，力求結(jié)構(gòu)完整和效果最大化。最后，學(xué)生基本掌握了科學(xué)實驗設(shè)計的重復(fù)實驗原則、對照原則，由于思維還不夠嚴謹，故對單一變量原則，尤其是多個變量實驗的設(shè)置，還不夠穩(wěn)定，需要往后進一步的鍛煉。希望在今后的教學(xué)中，能有更多的感悟和突破，教學(xué)研究未止，科學(xué)探究之路亦無止境。