利用大單元教學(xué)培養(yǎng)高中生生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的教學(xué)策略

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》在學(xué)科核心素養(yǎng)水平中將\"基于給定的條件設(shè)計(jì)并實(shí)施探究實(shí)驗(yàn)方案或工程學(xué)實(shí)踐方案，運(yùn)用多種方案如實(shí)記錄和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并運(yùn)用科學(xué)術(shù)語(yǔ)報(bào)告實(shí)驗(yàn)結(jié)果”，劃分為科學(xué)探究水平三等級(jí)。該標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作，掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本原理和方法，培養(yǎng)他們的觀察、分析、推理和解決問(wèn)題的能力。在近幾年的高考試題中，“根據(jù)要求設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案”“能使用恰當(dāng)?shù)姆椒?yàn)證簡(jiǎn)單的生物學(xué)事實(shí)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行解釋和分析”等考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題是一種熱點(diǎn)題型，而這類題型一直是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。基于此，教師應(yīng)重視學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，以此提高學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

一、關(guān)于生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)和大單元教學(xué)的概述

（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力是指學(xué)生在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中，能夠獨(dú)立思考并設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案，包括確定實(shí)驗(yàn)自的、選擇適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)方法和工具、制定實(shí)驗(yàn)步驟、收集和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、得出科學(xué)結(jié)論等能力。培養(yǎng)高中生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力不僅可以提高學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，還能啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新思考，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力和解決問(wèn)題的能力，為將來(lái)從事科學(xué)研究或相關(guān)職業(yè)打下基礎(chǔ)。

筆者選用問(wèn)卷星分別對(duì)高一、高二、高三學(xué)生的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力現(xiàn)狀及影響因素進(jìn)行調(diào)查。結(jié)果顯示：高一、高二學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力普遍較弱，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題有畏懼心理。高三學(xué)生雖然有一些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，但實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力普遍較低，主要表現(xiàn)在四個(gè)方面： ① 對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)方案不夠理解，不能明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮屠斫鈱?shí)驗(yàn)原理； ② 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)水平較低，實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)上往往缺乏科學(xué)性； ③ 自主創(chuàng)新能力差，思維不靈活，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理方法不能具體問(wèn)題具體應(yīng)用； ④ 生物學(xué)術(shù)語(yǔ)的應(yīng)用、表述能力較差。筆者分析當(dāng)前教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力方面存在以下不足： ① 學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作不足，缺乏實(shí)踐機(jī)會(huì)。由于時(shí)間和資源限制，學(xué)生在高中階段接觸到的實(shí)驗(yàn)有限，在課堂上往往只是被動(dòng)地觀察和模仿實(shí)驗(yàn)操作，缺乏實(shí)際動(dòng)手操作和實(shí)踐的機(jī)會(huì)，無(wú)法充分鍛煉實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。 ② 缺乏全面指導(dǎo)。教材中有關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容較分散，教師在高一和高二的教學(xué)中往往更注重基礎(chǔ)知識(shí)的傳授，對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)不夠系統(tǒng)、充分，學(xué)生沒有得到全面的培養(yǎng)?；诖?，筆者提出在高三復(fù)習(xí)課上采用大單元教學(xué)策略從實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論教學(xué)兩個(gè)維度培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，以期為一線教師教學(xué)提供啟示和參考。

（二）大單元教學(xué)

單元可以認(rèn)為是依據(jù)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)的基本單位。劃分單元并不是簡(jiǎn)單地以知識(shí)點(diǎn)為依據(jù)，而要圍繞某一主題或概念進(jìn)行相關(guān)學(xué)習(xí)活動(dòng)。大單元中“大\"可以理解為核心、上位或高位的概念，要求教師從單純地熟悉教材內(nèi)容走向熟悉課程標(biāo)準(zhǔn)，立足生物學(xué)核心素養(yǎng)設(shè)計(jì)大的教學(xué)目標(biāo)，同時(shí)以“大概念\"“大任務(wù)”“大項(xiàng)目\"或“大問(wèn)題”為單位，注重學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的完整性，設(shè)置長(zhǎng)期的、系統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)。因此，大單元教學(xué)的一般流程是基于選定的主題或概念，通過(guò)將相關(guān)的教學(xué)目標(biāo)、核心問(wèn)題、情境、任務(wù)和知識(shí)整合在一起，設(shè)置關(guān)聯(lián)度高的學(xué)習(xí)活動(dòng)，使學(xué)生掌握必備知識(shí)、基本技能，具備正確的價(jià)值觀。本文中的大單元教學(xué)是指基于學(xué)生的發(fā)展特點(diǎn)，依據(jù)知識(shí)本身的結(jié)構(gòu)與特性，將教材有關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容重新編排，與相應(yīng)的教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行整合，成為完整的新單元，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，最后選擇恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)方式給予評(píng)價(jià)。這種教學(xué)安排對(duì)學(xué)生學(xué)情的要求和課程要求具有特殊性，比較適用于高三的專題復(fù)習(xí)教學(xué)。

利用大單元教學(xué)培養(yǎng)高中生的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力具有如下優(yōu)勢(shì)： ① 綜合性學(xué)習(xí)。大單元教學(xué)策略可以將與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)整合在一起，幫助學(xué)生全面理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理和方法。 ② 深度思考。通過(guò)大單元教學(xué)策略，學(xué)生需要對(duì)多個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行綜合運(yùn)用和分析，促使他們進(jìn)行深度思考，培養(yǎng)創(chuàng)新性思維。 ③ 實(shí)踐能力培養(yǎng)。大單元教學(xué)策略注重實(shí)踐操作和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過(guò)實(shí)際操作和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

二、利用大單元教學(xué)培養(yǎng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的教學(xué)策略

本研究在結(jié)合學(xué)生問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果、教師訪談反饋、優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)教學(xué)課例及近些年高考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)課程設(shè)計(jì)特點(diǎn)、學(xué)情要求及課時(shí)要求，建議在高三的專題復(fù)習(xí)時(shí)安排實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的大單元教學(xué)。教學(xué)內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論教學(xué)兩部分，筆者從“教、學(xué)、評(píng)”三個(gè)維度闡述教學(xué)策略。

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)：整合高中生物學(xué)教材中探究類的實(shí)驗(yàn)，組織學(xué)生實(shí)踐操作

教材中探究類的實(shí)驗(yàn)包括：探究酶催化的專一性、高效性及影響酶活性的因素；探究不同環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響；探究植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)扦插枝條生根的作用；探究乙烯利對(duì)水果的催熟作用等。將以上實(shí)驗(yàn)整合，組織學(xué)生實(shí)踐操作，在實(shí)踐中培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和素養(yǎng)。

（二）理論教學(xué)：創(chuàng)設(shè)情境，理論指導(dǎo)，真題訓(xùn)練，找到生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的基本解題策略

以往教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題理論教學(xué)時(shí)，比較枯燥，學(xué)生興致不高，課堂效果不好。為解決這個(gè)問(wèn)題教師可以創(chuàng)設(shè)情境，以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題意識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生嘗試通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)提高學(xué)生的興趣和參與度。例如，創(chuàng)設(shè)加拿大一枝黃花生物入侵的情境，提出問(wèn)題：“為何入侵植物比本土植物競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)？\"引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究入侵植物和本土植物凈光合速率日變化進(jìn)程；或創(chuàng)設(shè)高考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)真題情境，引導(dǎo)學(xué)生初步嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

很多學(xué)生初步嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)遇到困難，如不會(huì)分析實(shí)驗(yàn)的變量，書寫不準(zhǔn)確和不規(guī)范等。教師依據(jù)例題進(jìn)行系統(tǒng)的“明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒄莆湛煽康睦碚撘罁?jù)、選擇正確的儀器試劑、設(shè)計(jì)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)步驟、描述準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、得出合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)論\"解題策略指導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)思路的區(qū)別、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)論的區(qū)別、驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)和探究型實(shí)驗(yàn)的區(qū)別。

書寫實(shí)驗(yàn)思路的解題策略一把握兩條邏輯主線： ① 書寫如何控制自變量； ② 書寫如何檢測(cè)因變量。該種題型的難點(diǎn)在于如何控制自變量、預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、得出科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。后續(xù)將通過(guò)例題進(jìn)行訓(xùn)練和鞏固。

書寫實(shí)驗(yàn)步驟的解題策略一掌握規(guī)范表達(dá)的“三步曲”。 ① 取材分組編號(hào)：取若干生長(zhǎng)狀況、大小等相同的材料（用具）均分為若干組，并用A、B、C進(jìn)行標(biāo)號(hào)。 ② 控制自變量和無(wú)關(guān)變量：控制自變量一—對(duì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組分別進(jìn)行相應(yīng)處理；控制無(wú)關(guān)變量一一其他條件相同且適宜。 ③ 觀察記錄：培養(yǎng)（生理實(shí)驗(yàn)類）或反應(yīng)（生化反應(yīng)類）相同時(shí)間后，觀察相應(yīng)指標(biāo)的變化（形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理特征變化；特異顏色變化、沉淀反應(yīng)等）或測(cè)定相應(yīng)指標(biāo)的變化（生長(zhǎng)發(fā)育速度、生化反應(yīng)速度等）并記錄數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)論的書寫策略：很多學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)論這兩個(gè)概念容易混淆。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述，具體寫各組因變量如何變化；實(shí)驗(yàn)結(jié)論要根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膩?lái)寫，依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡南嚓P(guān)內(nèi)容。

驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)和探究型實(shí)驗(yàn)主要區(qū)別在于實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)論的書寫。驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是肯定實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡南嚓P(guān)內(nèi)容，而探究型實(shí)驗(yàn)需要寫出實(shí)驗(yàn)結(jié)果如何則實(shí)驗(yàn)結(jié)論如何。

學(xué)生經(jīng)過(guò)訓(xùn)練已經(jīng)具備基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，但要攻克如何控制變量、預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、得出科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論這些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，對(duì)此可以巧用高考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)真題來(lái)訓(xùn)練和強(qiáng)化，如2021年全國(guó)乙卷第

29題、2023年全國(guó)甲卷第29題。

（三）學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作實(shí)踐和理論學(xué)習(xí)訓(xùn)練中培養(yǎng)科學(xué)思維和科學(xué)探究能力

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作實(shí)踐中，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)充分考慮實(shí)驗(yàn)的目的、樣本的選擇等因素，正確控制實(shí)驗(yàn)中的變量，包括自變量、因變量和無(wú)關(guān)變量，合理選擇對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)，從而設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)步驟和方法。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)會(huì)選用正確的儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確地采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)方法，以圖表的形式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，并進(jìn)行合理分析。在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行呈現(xiàn)時(shí)，學(xué)會(huì)合理解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出科學(xué)合理的結(jié)論。最后通過(guò)撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告訓(xùn)練書寫和表達(dá)能力。

在理論學(xué)習(xí)訓(xùn)練中，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和評(píng)價(jià)別人的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案并且提出修改意見來(lái)鞏固實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的解題策略，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思維。利用高考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)真題來(lái)訓(xùn)練攻克如何控制變量、預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、得出科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論這些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，

（四）通過(guò)評(píng)價(jià)量表實(shí)現(xiàn)科學(xué)且有針對(duì)性的自評(píng)互評(píng)

在實(shí)驗(yàn)操作實(shí)踐中，學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)操作評(píng)價(jià)量表可以更仔細(xì)地分析和反思自己的實(shí)驗(yàn)操作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的錯(cuò)誤或不足，思考如何改進(jìn)和提高，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和問(wèn)題解決能力。學(xué)生通過(guò)相互交流分享實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，從其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作中學(xué)習(xí)到新的方法和技巧，促進(jìn)彼此之間的合作和學(xué)習(xí)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神，激發(fā)學(xué)習(xí)的積極性。教師通過(guò)評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，及時(shí)給予指導(dǎo)和反饋，幫助學(xué)生改進(jìn)和提高。同時(shí)，學(xué)生也可以向教師請(qǐng)教問(wèn)題，獲得更多的學(xué)習(xí)資源和支持。

實(shí)驗(yàn)操作評(píng)價(jià)量表舉例（見表1）：

在理論學(xué)習(xí)訓(xùn)練中，學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)量表互評(píng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，以此發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出修改意

見，總結(jié)提升。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)量表舉例（見表2）：

在大單元作業(yè)評(píng)價(jià)中教師采用評(píng)價(jià)量表明確評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和要求，讓學(xué)生能夠清楚了解作業(yè)的期望水平，便于自我評(píng)估，為他們的總結(jié)反思提供科學(xué)的依據(jù)；減少主觀偏差，提高評(píng)價(jià)的客觀性和公正性，為教師提供詳細(xì)科學(xué)的反饋信息，幫助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，為后續(xù)教學(xué)提供指導(dǎo)，方便教師和學(xué)生追蹤成長(zhǎng)軌跡。

縮短課時(shí)的同時(shí)取得差不多的教學(xué)效果。本次研究以高三學(xué)生為主，研究時(shí)間持續(xù)一個(gè)學(xué)年，時(shí)間偏短。在未來(lái)的教育教學(xué)過(guò)程中，將以本次的研究結(jié)果為基礎(chǔ)，將本次成功經(jīng)驗(yàn)逐步滲透到高一、高二的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，從而不斷提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

結(jié)語(yǔ)

以上策略在教學(xué)實(shí)踐中成效顯著，從前測(cè)與后測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)看，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的得分率有很大提升，學(xué)生面對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題時(shí)變得自信，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力明顯提高，說(shuō)明大單元教學(xué)能夠較好地落實(shí)大單元教學(xué)自標(biāo)，提升學(xué)生的關(guān)鍵能力，幫助學(xué)生解決真實(shí)情境中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題，落實(shí)科學(xué)探究和科學(xué)思維等方面的核心素養(yǎng)培養(yǎng)。但是筆者在實(shí)施過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)一些不足之處。高三復(fù)習(xí)課時(shí)緊張，對(duì)教師單元教學(xué)設(shè)計(jì)能力要求較高，后期將繼續(xù)思考如何在

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責(zé)任編輯：唐丹丹