巧设实验问题 培养探究能力

奚红云+丁奕然

加强实验教学是高中生物新课程的重要特色。采用适切的教学方法组织开展探究性实验，发展学生科学探究能力是新课程改革的目标之一。高中生物实验既是深受学生喜爱的课堂教学形式，也是培养学生观察能力、思维能力、分析问题、解决问题等科学探究能力的有效途径[1] 。高中生物教材提供了形式、内容丰富的实验教学材料，教学中如何利用这些素材发展学生的探究分析能力呢？通过创新提高课堂教学质量的有效性方法和方式有很多，而精心设置一系列的问题情境，通过巧设问题，引导启发学生逐步深入分析探究，提高课堂教学的尤为可行[2]。下面就如何在教材实验的课堂教学中有关实验问题设计、创造问题情境、通过实验教学培养学生科学探究能力方面浅谈自己的几点做法。

一、模拟经典实验 在模仿中训练探究能力

高中生物新教材中有许多生物科学史上的经典实验，这些实验是许多科学家为了认识生命的本质和规律而进行的探索活动。教学中，教师既要利用这些素材引导学生体验探究性学习的乐趣，还应准确分析教材中经典科学实验的功能，设计恰当的教学方法组织教学。这样，学生不仅能获得科学知识，同时科学精神和科学态度得到培养，科学探究能力也能得到进一步发展[3]。例如光合作用的教学，包含了光合作用研究历程中重要的经典实验，课标中对这段史实的要求是“说明对光合作用的认识过程”。具体要求是：让学生在学习光合作用的相关知识时，不能仅仅注重历史性的探讨，重点应是让学生在分析、研究科学家的经典实验过程中，体会科学家的科学思想和科学方法，并能通过分析对比，总结归纳出科学发现的共同特点。

如何以教材中光合作用的经典实验素材为背景设计组织教学，发展学生的科学探究能力呢？在光合作用认识过程的教学中，笔者突出了关键实验，如萨克斯的实验，关于萨克斯的实验笔者设计了如下教学流程：

①向学生提供需要探讨的图文背景、动画等，在观察、阅读经典实验的过程中了解光合作用的发现。

②在分析光合作用发现的原始资料、研究动机及研究方法的过程中，归纳总结出科学发现的共同特点。

③继续探究、提出问题：“如何设计实验探究光合作用过程中需要二氧化碳？”针对问题，交流讨论设计出完善的实验方案。

④课后提供实验条件，学生进行相关探究实验。

对萨克斯实验如此处理后的教学效果是，学生的学习兴趣、主动参与意识都大大提高。学生在实施探究实验时，实验结果有的与预期不一致，学生在继续解决这些问题的过程中，不断提出个人的见解和主张。在持续几天的开放性小组探究活动中，学生的交往能力与合作意识有所增强，学生的观察能力、思维能力、分析问题和解决问题能力等科学探究能力也得到进一步发展。

在交流表达中，学生的语言表达、逻辑思维等能力得到进一步发展。在模仿科学家设计实验探讨光合作用实质的过程中，科学探究能力得到训练。

二、创新实验教学 在创新中激发探究欲望

教师针对教学内容和学生的实际认知水平设置“环环相扣，步步深入”且带有挑战性的问题，引导学生积极地进入问题情境，主动参与实践，主动参与“问题解决”。让学生在实践过程中不断体验成功，在体验成功的过程中不断引发学生的探索欲望。

突出实验的教学模式其基本教学过程是：观察→实验→问题→讨论[4]。新课标的具体活动建议中的许多活动都是以实验为中心的实验模式，这是因为实验教学模式可以丰富学生的感性认识，提高学习兴趣，利于突破教学的重点和难点，利于培养学生的观察能力，掌握实验技能。教学中，对一些抽象难于理解的生物学知识的传授，教师如能恰当地设计一些突出实验的创新实验模式将有利于启发学生思维，增强探索精神[5]。 例如在“细胞膜”的教学中，笔者设计了构建“细胞膜结构”的活动。教学中，首先引导学生观察分析各种科学史图文资料，再让学生运用合适的物件，自主模拟构架微观、抽象无法展现原型的“细胞膜结构”的物理模型，同时在构建“细胞膜结构”的过程中不断提出问题，并进行探讨。使用创新实验模式对学生形成细胞膜结构的图像及细胞膜结构的理解具有很大的促进作用，同时学生在构建细胞膜结构模型的过程中，逐渐养成良好的学习习惯，学会科学的建模方法。“细胞膜”学习过程具体组织如下。

（1）构建细胞膜基本骨架——磷脂双分子层

步骤一，分析植物细胞膜通透性研究的科学史料，你得到的结论是什么？

步骤二，分析磷脂分子图文资料，尝试画出磷脂分子在水—空气界面和水中排布方式的二维图。

步骤三，利用合适的物件构建细胞膜中的磷脂分子在细胞膜中呈双分子层排布模型。

步骤四，利用血影研究实验进行上述探究活动的评价和验证，使学生获得成功的体验。

（2）探究细胞膜的成分——蛋白质分子

步骤一，呈现资料，引发思考与讨论。

问题1：分析细胞膜不但会被溶解脂质的物质溶解，也会被蛋白酶（能专一地分解蛋白质的物质）分解，你的结论是什么？

问题2：根据实验现象，你对膜的化学成分在种类上的认识是否有新的结论？

步骤二，分析体验“膜在组成成分上主要由磷脂和蛋白质分子构成”探索的过程，得出结论是：现象和原有知识→推理、大胆想象，提出假说→实验验证和完善假说→得出最终结论。

（3） 探究细胞膜的分子结构模型建立过程——磷脂分子和蛋白质分子组合方式

步骤一，小组合作，模型架构。要求学生利用实验材料，架构蛋白质分子和磷脂分子的可能组合方式。

步骤二，呈现资料，引发思考与讨论。

问题1：电镜下的细胞膜呈现了暗亮暗三层结构，暗的代表什么物质？亮的代表什么物质？蛋白质分子和磷脂分子如何排布？

问题2：细胞膜是不是真是“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构？

步骤三，呈现资料，引导对比，深入探究。学生将自己建构的模型与科学家的结论、单位膜模型及冰冻蚀刻技术模拟排布图对比，教师提供录像及科学史料，供学生探究。

问题1：由变形虫的变形运动，你推测细胞膜是不是真是静态结构？

问题2：人—鼠细胞融合实验，你的结论是什么？

步骤四，修正完善，总结建模的基本方法。

步骤五，体验与评价，深化讨论。

问题1：流动镶嵌模型是否完美无缺？细胞膜中除了磷脂分子和蛋白质分子外，还有没有其他物质？

问题2：制作细胞膜模型有没有更好的设计方法和更合适的实验材料？

问题3：细胞中细胞器膜、核膜的结构与细胞膜有什么相似和不同之处呢？

学生在“细胞膜结构”的构建过程中，以小组为单位讨论、制作、构建、评价，获得了细胞膜的有关知识，初步建立了细胞膜的空间结构，掌握了模型构建的技能，观察、资料分析、批判性思维、模型构建等科学探究能力得到了发展。

三、课堂实验解决问题 在实验中提高探究能力

在“种群密度的调查”的教学中，笔者设计了“茅草的种群密度的调查”的课堂实验活动，学习过程具体组织如下。

①激趣入境，提出问题。现在我们足球场上的草皮由于管理不当，杂草逐年增多，生长的主要植物是茅草，还有其他植物如狗尾草。怎么估算一下茅草数量是多少呢？

②识情思境，分析问题。笔者将事先准备好的圆圈形和三角形随机排列的图案纸（见图1）发放给学生。

圆圈代表茅草，三角形代表狗尾草，请同学们阅读教材相关内容，然后以前后四人合作小组的方式，用样方法模拟调查足球场内茅草的种群密度。

③学生边看书自学，边合作模拟调查茅草的种群密度。之后让一个小组的学生到黑板上合作演示，先答后做，解决如下问题：

A.如何选定样方？

用磁铁把四个顶点固定在磁力黑板上，然后用尼龙线绕出40cm×40cm的样方。

B. 如何五点取样？

用尼龙线绕出对角线后，再用粉笔画出相同的小样方。

C. 如何数量统计？

四名学生分别统计出每个小样方内的茅草数量，然后求平均。

对于高中生物中的实验、实习，新课程改革给出了明确答复，结合校本教研，因地制宜地创造条件地做，努力为学生创造实践机会。尽一切可能创设逼真的模拟情境，让学生得到身临其境的“享受”，实践中不知不觉提高了探究能力[6]。

高中生物新课程的实验要切实转变学生的学习方式，将自主性学习、探究性学习和合作学习等方式纳入教师的教学设计，实现课堂教学结构的更新，优化教学过程。要高度重视引导学生独立建构知识，改变单纯教师讲解的教学模式，改变过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状。有关教材实验的课堂教学中精心巧妙设计实验问题、创造问题情境，通过实验教学培养学生科学探究能力[7]。既重视了概念、原理等知识体系的教学，又防止了“重结论，轻过程”“重知识，轻方法” “重理论，轻实践”“重接受，轻创新”等传统教学弊病，切实培养学生的科学探究能力。

参考文献：

[1] 汪忠，刘恩山. 生物课程标准（实验稿）解读[M]. 北京：北京师范大学出版社，2002：16-18.

[2]潘世墨. 在课堂讲授中引入问题教学的探讨[J].上海高教研究，1998（2）：43-45.

[3] 王道俊，王汉澜. 教育学[M].北京：人民教育出版社，1986：48-50.

[4] 生物课程编写组. 普通高中生物课程标准（实验）解读[M].南京：江苏教育出版社，2004：24-25.

[5] 崔鸿，杨华，王重力.生物课程教育学[M]. 武汉：华中师范大学出版社，2006：128-133.

[6] 李其柱. “情境、问题、自主、应用”教学模式及其应用[J].生物学教学，2009（11）：13-14.

[7] 金传宝.教师如何提高发问技巧[J].外国教育研究，1998（2）：40-44.