通过实验设计教学 提升科学探究能力

石利

【摘 要】随着课改的深入，素质教育的加深，生物实验教学越来越受重视。科学探究能力的培养是新课程改革的重要目标，也是生物教学的重要内容，为此生物新课标中大量增加了实验设计教学的内容以培养学生的探究能力。

【关键词】实验设计；生物课堂；探究能力；设计原则

各级各类学校为了提升教育教学水平，为了促进教师全面发展，采用多渠道，进行多形式的“课内比教学”活动，“课内比教学”比的不是一节集中各种优质资源和教师全部精力的优质课、示范课，也不是刻意包装、精心准备的样板课，更不是教师个人排演，表现的专场秀。它是在常态化之下对教师教育教学真实水平的考核，“比教学”比的是职业能力，比的是专业素养。生物作为一门以基础实验为切入口的学科，对于实验的教学一直都是重中之重，各类教学比武中，也是重头戏。在此，结合个人多次听课和参赛的体验，就生物探究实验的教学，谈一点个人肤浅的心得体会。

一、生物探究实验的重要地位

随着近几年高考制度改革的不断深入，尤其是最近提出的核心素养，这都使得对学生综合分析问题能力考查的生物设计实验越来越呈现多样化、综合化、情景化。这种可喜的变化有利于改变目前学生死记实验结论的现象，有利于培养学生科学的思维方法，更有利于学生创新能力的培养。科学探究能力的培养是新课程改革的重要目标，也是生物教学的重要内容，为此生物新课标中大量增加了实验设计教学的内容以培养学生的探究能力。每次的教学比武过程中，老师们都已经很深刻的认识到这点，所以很多的老师在选题上很是注重，尽量的体现这种思想。如《生长素的发现》《种群密度的调查》等。

二、探究实验的一般流程

对探究实验越来越重视的同时，对教师的教学也提出了更高的要求。教师该如何更有效地培养学生把握设计实验从而提高他们的探究能力？这个我们还得从头说。

现代教育科学中使用的“科学探究”往往具有两个层面上的含义：一是科学探究活动，二是科学探究技能。探究技能是对学生能力的要求，是完成科学探究活动的基础与保证。生物新课标中把探究能力具体细分为以下十方面：1.客观观察和描述事物现象；2.通过观察或从现实生活中提出与生物相关的可以探究的问题；3.分析问题，闡明与研究该问题相关的知识；4.确认变量，做出假设和预期；5.设计可行的实验方案；6.实施实验，收集数据；7.处理数据，解释数据；8.根据实验证据作出合理结论；9.用准确的术语、图表等手段介绍研究方法，结果；10.与他人交换意见，能对自己的观点进行辩护以及做必要的反思和修改。那么，生物教学中怎样构建学生的科学探究能力呢？实验设计是使学生领悟到科学探究一般方法的有效手段。科学探究的一般过程如下：

观察现象，发现问题、提出问题→科学分析，提出假设→设计实验，证明假设（预测实验结果）→实施实验，观察现象（记录现象、数据）→分析结果，得出结论→表达与交流→进行下步探索。

三、探究实验中的设计

科学探究的一般流程中，在高中阶段可能要求最高的在实验设计这块。因为对于高中生有限的生物知识面而言，要求其根据实验现象提出独特的，未知的假设，是不现实的。所以一般高中生物的实验设计原理都是已经学过的知识，甚至是课本已经明确给出答案的结论。但是，即使是已知的结论，却可以采用不同的方法和途径去证明，但最终无论怎样的方法和途径，真理只有一个！所以，探究实验的重点就毫无疑问的转移到设计上了。而实验的设计又重在思维方式，即探究能力。

从某种意义上来讲，实验方案的设计最能反映学生的科学探究能力，也是目前反映出来问题最多的地方，表现在没有充分发掘题目中的信息，在设计的方案中缺乏实验变量的考虑，无法把握实验原则，对实验步骤的严谨性、合理性把握不够，从而导致步骤不全，思考不全，有的甚至无可操作性，又违背科学性。为了能根据实验目的设计出合理的实验方案，首先要明确实验设计的原则和实验的三种变量。

3.1实验设计原则

合理的设计方案首先要有科学依据和严谨的逻辑性，其次要考虑可操作性和简便性，最后还必须遵循几个基本的实验设计原则，尤其是对照原则、唯一变量原则。

3.1.1科学性原则。科学性原则是指实验的原理要符合科学，实验结果的预期要有科学依据，实验的各个环节不能偏离生物学以及其他学科的基本原理。科学性原则首先必须保证实验设计不出科学性错误；其次设计要有科学思想和科学方法。具体体现在：实验原理的科学性，选择恰当的实验材料进行实验，有科学严谨的实验方法，能科学、合理地处理实验结果。

3.1.2对照原则。对照原则是实验设计中最常用的原则，是指应用比较的方法来揭示事物的性质和变化规律的一种实验方法。具体做法是把实验分为两个或两个以上的组进行，其中一个（或几个）是对照组，作为比较标准，另一个（或几个）是实验组（即条件控制组）。通过设置对照实验，可以排除无关变量的干扰，增加实验结论的可信度和说服力。实验设计中采用的对照方法很多，常用的有空白对照、自身对照、相互对照、条件对照等。

3.1.3单一变量原则。实验时把实验组与对照组的结果（因变量）进行比较，从而确定实验条件对事物性质和变化的影响。由此可见，对照实验就是进行单因子变量的比较；要进行单因子变量比较，就必须控制其他可能对实验结果有影响的诸多因素（即无关变量），尽量使这些控制在相同且适宜的条件下，这是对照实验的基本要求，也是实验过程中始终要遵循的重要原则。

3.1.4平行重复原则。因为实验结果会受到实验材料差异和人为因素的影响，为避免实验结果的偶然性，使得出的结论准确、可靠、科学，因此在设计时就要考虑平行重复实验原则。

3.1.5简便性原则。为证明某一结论，往往可以设计出多种实验方案，在选择方案时应采用简便性原则，即在取得相同或相近效果的前提下，要考虑到实验材料容易获得，实验装置比较简单，实验步骤少，实验时间短等等。

3.2认识变量

3.2.1 自变量：又叫实验变量，是指实验中所要研究的变量，是可以人为改变的实验条件，该条件的变化将会引起实验结果的改变。根据实验目的和假设找出并控制好自变量是实验成功的关键因素，自变量的确定一般是根据题目中的实验目的来获取的。

3.2.2因变量：又叫反应变量，是由自变量所引起的变化和结果。自变量是原因，因变量是结果，二者具有因果关系。

3.2.3无关变量：确定了自变量和因变量后，对实验结果有影响的其他因素称为无关变量。实验中的无关变量很多，会较大地影响结论的准确性，只有加强对无关变量的控制，才能尽可能地减少对其因变量的影响，使所得的实验结果可靠、可信。

四、多渠道训练学生思维能力

有了既定的规则，那么接下来要做的就是尽可能多的去从不同的角度强化和训练。学生一方面可以自己在上新课中，对于课本上生物实验进行分析，理解经典实验的设计思路和设计过程；另一方面教师可以在平时的练习中不断的去挖掘和发掘学生的潜在思维能力，促进学生的思维的发展和创新能力的培养。在生物教学中大胆地去探索尝试，丰富生物教学的内容和形式，逐步的引导学生从科学、严谨的思维角度去考虑问题，分析问题，最终解决问题。

总之，如何在短时间内，让学生掌握探究方法，提高探究能力，还有待进一步的探索。但在实验设计中，学生应把握生物基本原理，遵循设计基本原则，控制实验各种变量，主动参与探究、勤于动手动脑，逐步培养自身批判性思维的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。

【参考文献】

[1]胡建华.《关于高中生物开放性设计实验若干问题的探讨》湖北省大冶一中

[2]htpp：//www.g12c.com（中小学教育网）《高中生物实验论文》2010-10-15

[3]王兴.高中生物实验设计的一般原则.现代教育教研，2009年第10期

[4]陈慧云.高中生物实验设计的主要原则.教育实践与研究（B），2010年09期