生物实验探究能力培养的实例分析

王斌

摘要：实验探究能力的培养是新课程改革的基本要求，也是素质教育的有效途径，并且在新课程实验中得到充分的体现。本文通过案例从生物实验探究能力的培养方面进行分析与思考。

关键词：新课程标准；实验探究能力；素质教育

实验探究是人们获取知识和认识世界的一种重要方法和过程，也是提高生物教学质量的重要突破口。探究性实验是学生积极主动的获取生物科学知识、领悟各种科学思想观念、领悟科学家研究自然界的方法而参与的各种活动。[1]基本实验能力、实验设计能力和科学研究能力的培养是生物实验探究课的重要目标，就学生而言，探究性实验可以帮助学生验证所学知识和培养锻炼学生的思维能力，综合观察能力和动手操作能力，培养实事求是的科学态度和工作作风。同时还可以极大的激发学生学习生物学的兴趣，有利于生物课的整体教学。

在传统的生物教学中，以验证性实验为主，教师讲解的多，学生动手的少，甚至是教师在课上讲实验，学生在课下背实验，这既不利于学生的动手操作能力和创新能力的培养，也不利于学生情感态度价值观的养成，因此，我们应该倡导开展探究性实验，这样才有利于学生实验探究能力的提高。首先我们要明确验证性实验与探究性实验的特点和区别。

从上表来看验证性实验是实验者对已知的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固相关知识、培养实验操作能力为目的的重复性实验。而探究性实验是实验者在未知实验结果的前提下，通过实验、探索、分析、研究得出结论从而形成科学概念的一种认知活动。很明显探究性实验的要求较高，更有利于学生的综合素质的发展。

《普通高中生物课程标准（实验）》也明确规定了发展科学探究能力的具体要求：客观地观察和描述生物现象；通过观察并提出现实生活中与生物学相关的问题；分析问题，阐明与研究该问题相关的知识；确认变量；作出假设和预期；设计可行的实验方案；实施实验方案；利用数学方法处理、解释数据；根据数据作出合理判断；用准确的术语、图表介绍研究方法和结果，阐明观点；听取他人的意见，利用证据和逻辑对自己的结论进行辩护以及作出必要的反思和修改。[2]

现以“探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度”的教学过程为例谈谈如何培养学生的生物实验探究能力。

一、教材分析

该课题是人教版高中生物学必修模块3《稳态与环境》第3章“植物的激素调节第2节“生长素的生理作用”中的“探究活动”内容，既是学习的重点，也是学习的难点。该探究活动是依据生长素作用的特点具有两重性的原理，以生长素的发现、生长素的生理作用及其应用等知识作为背景，引导学生如何将科学理论应用于生产实践，学生可体验到科学研究的一般过程，同时也是训练学生将实际问题转化成可行的实验方案的逻辑思维能力，从而提高设计实验方案的可行性、科学性和简易性。本节内容能很好地体现了新课程理念中的“倡导探究性学习”、“注重与现实生活的联系”。

由于前一节课学生已经学习过相关的理论知识，本节课需要在课前引导学生以小组为单位自行设计出实验方案。

在课堂上教师可作出如下安排：①学生分别汇报各组的方案，自我暴露出实验设计中存在的问题；②公选出部分具有典型优点和错误的实验方案，通过自我评判、合作交流，作出评价；③教师从优点和不足两方面作出简要的点评，引导学生从理论到实践的升华；④各组根据预实验报告，简谈收获和经验教训；⑤通过上述的评价和报告过程，根据自己所选的生长素类似物和植物材料，进一步完善自己的实验方案，提出进一步探究的问题。

二、学情分析

1.知识储备：生长素的发现和生理作用，学生认识到了生长素的生理作用具有两重性。

2.能力储备：学生经过初中和必修1-3的探究实验，基本掌握了探究实验的一般步骤和方法，已经具备了对一些生物学问题初步探究的能力。但对实验设计中应遵循的原则的应用理解上还不到位。

三、教学目标

1.知识与能力目标

（1）认识生长素类似物的作用特点，探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度。

（2）评述生长素类似物在生产中的应用。

2.过程与方法

（1）体验探究实验的方法和步骤，进一步提高科学探究的能力。

（2）尝试用探究的方法研究生长素类似物促进插条生根的最适浓度，发展科学探究能力，主要是确认变量、设计可行的实验方案、利用数学方法记录和处理数据。

3.情感态度与价值观目标

（1）体会科学理论在应用到生产实践过程中，还有许多需要探索的问题；

（2）通过合作与交流，逐步养成质疑、创新、协作、求实的科学精神和态度；

（3）通过学习小组成员之间的交流，认同预实验的必要性和意义。

四、教学重难点

对实验设计方案的评价和完善。

五、教学策略

杜威提倡“从做中学”，认为科学教育不仅是让学生获得知识，更重要的是学习科学研究的过程和方法。因此，学生亲身经历探究活动的过程，是达成本节教学目标的重要途径。

新课程理念强调“学生自主建构”，因此通过全体学生积极参与到课堂中的评价，以及各小组通过合作交流来完善实验方案，是学生自主建构的重要方法。

六、课前准备

1.建立学习兴趣小组：每个小组推选1人来参加，共12人（选择理由：这样对后面的分组实验就可由该学生进行相关的指导），对学生进行合作实验的技能培训。

2.完成预实验：教师带领学习兴趣小组同学，在上本课前的三周，根据提供的生长素类似物的藥品“速效生根粉（40%NAA）”、吲哚丁酸生根粉、强力生根剂的用法用量说明，选择用何种枝条，用何种方法处理枝条，设置几种浓度，并计算好需要配制每种浓度需要的生根粉的用量及溶液的总体积，避免药品的浪费。

3.自主设计实验方案：本节课前两天，老师布置本探究实验的课题，全班各小组通过查找相关资料，自主设计好一份实验方案交给老师。老师看后，选出几个小组的实验方案提供给全班交流评价。

七、教学过程

流程 教师活动 学生活动 设计意图

新课导入 展示：

校园景色照片（月季花园）

讲述：

欣赏校园景色照片后，请大家说说你的第一感觉？

提问：如果请你用一株月季变成图中的月季花园，快速而又简单的方法是什么？

评价并继续提问，最后得出结论：扦插

扦插成功关键是要生根。根据上节所学知识，有什么办法可以促进插条生根呢？

简述：市场上有很多种生长素类似物（示实物），它们因使用方法、植物种类、季节等导致其适用的浓度范围不同。

因此在生产实践上，就有必要进行预实验来寻找最适浓度，从而避免人力、物力和财力的浪费。这就是本节我们要学习的内容：

板书：

探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度

观察

思考与回答：

漂亮！

思考并回答

利用生长素类似物

准备进入探究活动状态 激发学生的学习兴趣

分步实验

探究 提问：

根据这一题目，可知是探究性实验，请大家说出探究实验的一般步骤有哪些呢？ 学生回忆相关知识并回答 调用学生的知识储备。

一、

提出问题 提出要求：

请学生根据所选的生长素类似物和植物枝条来回答。 积极思考并回答

调用必修1的知识储备，根据概念来判断该实验的三种变量。

二、

作出假设 提问：

如何对此实验作出假设？ 积极思考并回答

三、

设计实验 讲述要点并与学生互动：一份好的实验设计必须要明确以下三点：

1.实验原理：

2.实验原则：

请大家说出有哪些原则？

3.三种变量：

该实验的自变量、因变量和无关变量分别指的是什么？组织学生交流：

提供事先选出有代表性的3份实验方案供学生交流，并对自己的实验方案作出评价，指出其不足和改进办法。

依序安排3个小组汇报：

第1小组、第2小组、第3小组 回忆、思考并回答

思考、小议并回答

应用实验设计原则，对自己的实验设计评价，并反思不足处

第1小组、第2小组、第3小组代表依次发言，其他学生积极参与发言 回忆必修1的相关概念并应用到此实验，解决有关变量的问题

调用知识储备，说出即可。

通过小组交流，反馈出学生对探究实验设计中的问题和不足。通过生生评价、老师适当点评和学生的自我反思，不断提高学生自身的实验设计能力。

小结、评价并抽问：

通过交流，大体上可归纳出本实验的设计思路是……？

PPT展示实验步骤：

请学生回答：

指出每步注意事项…… 思考回答

争相抢答 师生共同总结，形成完整实验设计思路。

四、

生物兴趣小组汇报预实验的结果 提问补充：

具体的实验操作，还有哪些需要注意的问题呢？

安排汇报：

请生物兴趣小组的代表来汇报预实验过程。 小组代表交流实验过程中的注意事项（尤其是设计实验时未考虑过的需注意的问题），实验感受，成功之处和失败之处。 通过兴趣小组的展示，让其他同学体验到科学探究的乐趣，同时领悟到做科学研究需要恒心和毅力。

五、

完善实验设计方案 点评和小结：

八、反思

由于本课是通过学生自主进行实验设计，暴露出问题后，再通过学生的相互评价，找出不足并提出改进措施，这种合作交流式的学习，学生能及时发现实验设计中常常容易发生的错误，以避免类似错误的再发生，同时也对实验设计的相关原则在理解和应用上，理解的更透彻。

本课实施中重点在学生参与评价这一过程，怎样组织好课堂教学？特别是如何更好地激励更多的学生主动参与，对活跃课堂气氛、提高教学有效性至关重要。

因此，在对3个小组的实验设计评价，我做了这样的处理：第1小組由学生自由发言。第2小组采取小组讨论综合意见后再进行评价。由于有了前两个小组的评价作铺垫，对第3小组的评价就先由本组学生自评，再由其他同学补充发言。这样不致使教学程序单一重复，更能激发学生的学习兴趣。

在本节课的课堂上生物兴趣小组代表汇报时，由于学生不一定想得周全，而且只是口述，其他同学印象未必深刻。教师有必要进行及时总结，注意提醒实验中的细节问题，这才有利于下节课的分组实验操作。如，浓度设置必须课前设计好表格；根据浓度和体积，计算出药品的用量；浓度较低时，如何具体操作使稀释到相应浓度等，都必须课前弄清楚，以免到实验室茫然失措。另外标签使用方面在分组实验时除了要注明编号、浓度外，还必须注明班级、小组，以免混淆。同时，还要提醒学生选材的时候注意选取容易生根的植物实验更易成功，这也可通过网上查询了解。生物兴趣小组的实验说明栀子花和富贵竹是较好的材料。从实验成本来看栀子花要便宜很多。但即使温度适宜，生根时间至少需要2周，最好3周后实验结果更明显。因此要持续定时观察实验结果，特别是生根后可改为每天观察，不能轻易下实验失败的结论。

此外，学生的自主探究实验活动完成之后，从中能体验到的喜悦和成就感是不可比拟的。由此，实际上也对学生进行了相应的情感教育。

关于要进一步探究的内容，学生可能会提出温度、光照、营养液、插条老嫩程度、插条种类、浸泡时间、浸泡深度对生根的影响。其中的插条老嫩程度、插条种类可由一个组同时完成。光照、营养液、浸泡时间、浸泡深度这几组实验只能通过小组之间的合作进行。而温度一项，由于本校还没有添置恒温箱，因此暂时无法实施。

这个实验看上去很难，实际上操作起来难度并不大，通过组内合作可提高实验的成功率，如制作插条和配制溶液就可同步进行。此实验成本不高，我提供的四种生长素类似物最贵的才4元一包，而一个组的实验可能用不了一包，实验材料由学生选择自行带来，也就降低了实验成本，因此在每个学校都可顺利进行。该实验最难的地方，在于学生要有足够的耐心和恒心去做实验记录，这就需要教师适时的鼓励和进行辅导，增加对学生意志力的培养。

实施探究教学模式，可以充分发挥学生的主体作用，较好地体现了学生的自主学习、探究学习、合作学习的新课程理念。但在教学中教师的主导作用至关重要，教师要了解学生设计实验和实施实验的困难所在，精心设计讨论交流的焦点，引导思考方向，培养解决问题方法；课前要做好充分的准备，课堂上要有序地组织好探究活动，包括明确探究任务、合理安排时间、协调好小组和整个班级的秩序、帮助和引导学生分析实验的设计思路和注意事项、启发学生灵活创造性思维、对学生的实验设计做全程的引导和监督，在必要时给予适当的点拔和启发等，这些都对教师也提出了较高的要求，因此，通过实验探究课师生的综合素质都可以得到很大的提高，更有利于中学生物整体教学和学生认识新事物的探究能力。

参考文献：

[1]陈继贞.张祥沛.曹道平编著.生物学实验教学研究[M].北京：科学出版社

[2]普通高中《生物课程标准》[M]人民教育出版社