如何培养和提高学生生物实验设计能力

王阿果

生物学是一门以实验为基础的自然科学，现代生物学的许多新成就无不源于生物实验。培养学生的实验能力是生物老师教学的最基本要求。从实验形式看，有观察实验、验证实验、探究实验、设计实验和参观实习等，而其中设计实验是重点。根据课改要求，中学生物实验教学的最高层次目标是培养学生具备实验创造能力，而实现这一目标的重要手段体现在培养学生形成实验设计能力的教学上。近年的高考生物试题在实验方面的测试，也体现了这一方向。2001年以来，全国理综试卷每年均有实验设计题型。虽然这类题型已经考了十几年，但是考生失分率仍然较高，表明目前中学生物实验教学在此方面的水平仍然有待提高，应加强研究并落实相应对策。特别是在我校学生素质普遍不高的情况下，实验设计题型既是教学重点，又是教学难点。因此，如何培养和提高学生的实验设计能力更有迫切和现实的意义。实验创造能力的内容应包括实验创造性思维及在此思维指导下的实验操作能力两个方面。从人类接受知识与形成技能的特点看，循序渐进是培养这一能力的必要条件。我就此展开论述。

一、重视学生形成实验设计能力的基础教学

现行的教学大纲与各年的高考《考试说明》对生物实验的教学要求（或考查要求）均作了明确规定，其中的理解实验目的、原理、方法和操作步骤；掌握相关的操作技能，能对实验现象和结果进行解释、分析和处理；能对一些简单的实验方案做出恰当的评价和修订等均属于实验设计能力形成的基础。对实现这一基础的教学途径学界有详细论述，我近年阅读了很多同行的相关论著，他们的观点可概括为如下四点：1.加强平时训练，明确目的，严格要求；2.创造条件，让学生多做实验（含补充演示与分组实验等）；3.充分发挥实验室的作用（含定期开放生物实验室等）；4.积极开展生物课外实验活动，等等。但是，在纵观各同行分析的基础上，我认为：生物实验创造能力是各种生物实验能力的综合体现，生物实验设计能力是其高级表现形式，其形成基础的核心在于实验的创造性思维能力是否得到了培养，包括思维的自由联想，变通求异性与独特性是否实现，因此，其实施的途径应该包括：1.平时实验教学（含演示及学生实验）应充分探究其实验思维，并适当将教材内的验证性实验改为探索性实验；2.结合学生实际对与教学同步的教材实验方案进行改进（含实验内容、目的、操作过程与操作方法等）；3.重视教材里的实验习题的教学，这是教材依据大纲设计的培养学生实验设计能力的实验课题，其教学过程应含：（1）学生依据教材实验习题设计出实验方案（有目的、操作步骤、方法）；（2）教师批阅该方案的科学性（确保实验安全及修改不规范、不科学的步骤）；（3）学生分实验小组讨论多方案实施同一实验课题；（4）学生分组实验（教师巡视指导）与完成实验报告；（5）教师批阅实验报告并总结评析最佳试验方案。4.重视教材里的配套练习中的实验习题的实验思维与操作训练。在教师指导下，利用课外实验小组对练习内的实验习题精选后拟定实验方案进行必要操作，对不需或无法操作的也在实验思维方面引导学生积极思考。5.平常实验注意引导学生进行实验思维及操作技能的扩展与延伸，注意与各种实验思维及技能和生产、生活实际相联系、相交融。

二、进一步提高学生实验设计能力的途径

生物教学大纲及高考《考试说明》对实验知识与技能均有综合应用能力的要求，这也就需要中学生物实验教学在实验设计能力方面有质的升华阶段。要实现这一目标，离开实验单元综合与总复习综合而仅靠平时实验教学的能力培养还是不够的，只是，在这一项目中，目前中学的实验教学却存在显著缺陷，这个缺陷就是当生物进入现行流行的总复习阶段时，就缺少作为总复习用的现成实验操作方案（以综合实验思维为主）的用书及软件，这样，此一阶段的具体实验复习也就由任教老师各行其是，而有的则干脆放弃具体实验操作教学，仅用解实验题代替，也因此，各年高考生物科实验题考生得分率低也就不足为奇了。

创造力是智力的高级表现形式，知识与一般技能不能等同于智力，知识与技能转化为智力是有条件的，这个条件是由教师起主导作用，学生起主体作用的。能力与知识技能既互相联系又有本质区别，能力的发展离不开具体实践，创造力的发展更是不能离开具体的实践。生物是一门以实验为基础的科学，对于实验教学离不开实践—理论—实践的循环反复过程。总复习阶段，离开具体的实验操作，而仅停留在解实验题这个“实践”形式上，对学生实验创造性思维的发展十分不利。我认为：中学生物实验设计能力的形成上的质的升华的途径应包括：1.结合大纲，认真钻研高考《考试说明》对实验能力的要求，特别是：观察记录实验现象、分析实验结果和处理实验数据，得出正确结论的能力；初步处理实验过程中的有关安全问题的能力；能绘制简图的能力；根据实验试题的要求，设计简单的实验方案的能力（含各部分知识与技能的综合应用）等。2.依据各能力要求点精选现行的实验试题并在此基础上精选综合实验试题，要求学生研究并掌握其实验思维，且分类选择典型实验练习题确立与高考有关的课题，要求学生设计实验方案（含对应的操作步骤），教师审批符合科学性后利用课内或课外活动实施实际操作，最后进行实验思维分析小结，对能反映学生实验设计能力欠佳的实验题类型由教师组织演示实验。3.在实验过程中，充分重视学生发散思维训练，增强实验设计能力，重视实验方案的改进，提高信息迁移能力。4.高考生物实验总复习，还应注意提高学生解高考实验题的能力，做到理论与实践相结合，应注重培养学生的实验综合思维，即注重提高学生的解实验题思维能力，同时，形式上应有书面题测验相辅，以利发现学生的解题缺陷，并利用课外活动等做好及时的补缺补漏。

综上所述，要培养和提高学生生物实验设计能力，就必须重视学生形成实验设计能力的基础教学，并进一步引导学生提高实验设计能力。具体来说，就是根据教学大纲及高考《考试说明》对此方面的能力要求，老师通过科学的教学过程，学生利用科学的学习方法，在掌握常规实验的基本技能的基础上充分发挥学生的自主性，积极探索，融会贯通，利用教材中的实验原理、实验思想、实验方法进行创新设计，实现能力的迁移，从而提高生物实验设计能力。