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摘要：有效培养学生探究能力是新课程改革对高中生物教学的要求，教师要善于利用课堂这个主阵地，通过改革课堂教学模式、改变教学方法、更新教学理念等措施有效培养学生的探究能力。通过精心选择或设计各类专项和综合的实验设计题型对学生进行反复地全面地训练，让学生牢固掌握、熟练运用实验探究的各方面知识并有效培养其创新意识及实验探究能力。这对学生提高高考成绩和在今后的生活、工作中有效解决真正遇到的需要探究的问题或需要研究的课题都是大有裨益的。
关键词：实验设计 解题能力 探究能力
【中图分类号】G421 【文献标识码】A 【文章编号】
生物科学是自然科学中的一门基础学科，是研究生命现象和生命活动规律的科学。生物科学的研究经历了从现象到本质、从定性到定量的发展过程。高中生物课程的重要任务之一是在义务教育基础上，进一步提高学生的生物科学素养，尤其是发展学生的科学探究能力。一提到探究能力的培养，人们往往就会想到搞实验、开展课外实践活动进行一些小课题研究等等。但我这里要强调的却是我们要充分利用课堂教学这一主渠道----“纸上谈兵”，通过提高实验设计题的解题能力来有效培养学生的探究能力。
通过各种实验设计类题型的訓练，可有效提高学生的解题能力。而这些能力提高了，可以说学生的探究能力自然也就提高了。所谓实验设计题，就是要求学生设计实验原理，选择实验器材，安排实验步骤，处理实验数据，分析实验现象，得出相应结论。它包括设计实验方案、设计实验步骤、设计实验改进方法、提出假设、确定课题、确定观测指标并设计记录方法、预期结果、分析结果得结论等。这类题目主要考查学生是否理解实验原理，是否具有灵活运用实验知识的能力，是否具有在不同情境下迁移知识的能力，也能有效检测学生的实验分析能力、思维方式、创新能力、语言表达能力等。这类题目一般难度较大，开放程度较高，答案较为灵活。那么，怎样通过解题训练来培养学生的探究能力呢？
1.培养学生学会把握实验目的和要求的能力
不管那一种类型的实验设计题，首先都要仔细阅读题目，明确实验设计的目的和要求。要求明确是验证性实验还是探究性实验，这关系到实验结果和结论的描述方式；要了解是开放性的设计还是限制性的设计，以便于实验方案的确定；要清楚解答的问题有几个、是什么问题，防止遗漏。还要训练学生根据所给材料提出研究目的或提出研究课题的能力。
2.培养学生学会运用已有知识（原理）分析、解决问题的能力
要训练学生，看到题目或遇到问题时，善于通过关键字词及实验对象展开联想，即联想运用已有的（所学的或题干所给的）什么知识（原理）来解决这个问题，亦即要搞清实验原理。实验原理是实验的科学依据，或者说是实验的单一变量与结果之间应有的直接的因果联系。实验原理有两种情况：一种是中学教材中已经学过的知识，通过回忆课本的知识就能得到。另一种是中学教材中没有学过的知识，但题目中已经阐述得很清楚。弄清实验原理有利于尽快理清实验思路、选准实验方法。
3.培养学生分析各类变量、确定观测指标及科学记录与处理数据的能力
要注重训练学生学会分析实验中的各种变量，即实验变量、反应变量和无关变量。实验变量，也称为自变量，指实验中由实验者所操纵的因素或条件。反应变量，也称因变量，指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。通常，实验变量是原因，反应变量是结果。无关变量，也称控制变量，指实验中除实验变量以外的影响实验现象或结果的因素或条件。实验变量是什么？如何操纵？反应变量是什么？如何观测？无关变量有哪些？如何排除？这些问题的解决是实验设计的关键，是实验设计的核心。实验变量和无关变量一般在实验目的或直接从课题中就容易找出。反应变量或观测指标的检测方法通常有：观察特异颜色变化、沉淀反应；观察形态结构、生理特征变化；测量生长发育速度；测量生化反应速度等。还要训练学生学会根据课题实际，恰当设计表格用于记录实验现象和数据、运用包括数学模型在内的各种方法处理实验数据等。
4.培养学生正确理解及自觉运用实验设计基本原则的能力
无论是探究性实验，还是验证性实验，在进行实验设计或分析别人已设计好的方案时，都要首先在大脑中调出几个基本原则来思考，即对照性原则、单一变量原则、重复性原则、科学性原则、可操作性原则、简约性原则等，其中最关键的是对照性原则和单一变量原则。
对照是实验控制的手段之一，目的还是在于消除无关变量对实验变量的影响。对照性原则是设计和实施实验的准则之一。通过设置实验组和对照组进行对照对比，既可排除无关变量的影响，还可增加实验效果的可信度和说服力。根据对照在内容和形式上的不同，通常有空白对照、自身对照、条件对照和相互对照几种对照类型。
严格控制实验条件，实验组和对照组创设真正的单一变量，是又一重要准则。实验中要准确选择能对实验结果（反应变量）产生直接因果联系的变量作为单一变量（实验变量），其他条件（无关变量）在各组中要相同，以严格地均衡无关变量，消除其干扰，尽量减小实验误差，获得令人信服的实验结果。
科学实验设计中体现重复性原则也是非常必要的。在科学研究中，如果一个人的实验别人都无法重复，那么他得出的实验结论就很难被学术界接受。这是因为实验过程中难免存在偶然的因素，操作不当或其他原因造成的误差也在所难免。所以，在实验设计时，对实验对象的数量或组数等的设置上要有适宜的安排；实践中也要注意重复实验予以确认。
另外，对于科学性原则、可操作性原则、简约性原则等也都要结合具体题材进行相关有效训练。
5.培养学生善于根据课题特点，恰当选用实验方法的能力
教材中的实验方法可以归纳为以下10种：显微观察法；观色法；同位素示踪法；等组实验法；加法创意法；减法创意法；杂交实验法；化学分析法；理论分析法；模拟实验法等。教师要依托具体内容，向学生讲清各类实验方法的特点、用途及应用范围，并通过多项训练，使学生能够迅速甄别、恰当选用。 6.培养学生合理设计实验步骤的能力
由于题材、题型不同及所给（或现有）材料、用具药品等的限制，不同课题的具体操作会各有特点，但也有一般规律可循。实验步骤可归纳为“三步曲”：I、取材、分组、编号；II、创设单一变量、进行实验操作；III、观测、记录。当然，有时材料不能直接选取、需要制备而使“第一步曲”中增加了相关操作；有时相关变量的控制稍稍有些复杂而使“第二步曲”中增加了相关操作；有时观测指标不能直接观察测定、需要相关处理而使“第三步曲”中增加了相关操作。但无外乎就这“三步曲”。学生有了这个基本思路，遇到什么问题都不怕，可以很快知道怎么去做，不会束手无策，不会杂乱无章。
不过，在实际操作（实践）中，对编制的实验程序，还要仔细推敲，形成一个最优化的程序，使实验科学、简捷地进行。在选定最优程序中有的步骤可同时进行，那就可遵循统筹法，让要等待的步骤先做，接着穿插下一步实验，以节约时间，同時也尽量减少因时间过长带来的不良影响。在大的顺序确定后，还要注意细节设计。
7.培养学生正确预测结果、分析得出结论的能力
要让学生知道不管什么实验，总会有个结果、总要有个结论。验证性实验的结果和结论往往只有一个，即其应该出现的相应结果和结论，往往就是要验证的内容。而探究性的实验结果和相应的结论往往有多个。要全面、准确地分析实验结果并得出相应的结论。对结果的分析，要从实验原理出发，详细分析其发生的原因，有多个可能的结果时，每一种结果都要一一分析，不可遗漏。对于实验现象的解释，其知识的落脚点一般是在教材上的、我们已知的。但如果要求从实验结果推测所能说明的问题，则结论可以是我们已知的，也可能是我们未知的，甚至可以是与我们的已知相悖的；所要说明的问题也可能是对我们已有知识的修正和补充。
对实验结果的分析处理还可以用相应的数学方法，如数学的基本运算方法、计算平均值的方法、统计学方法、运用统计表的方法、画坐标图的方法、建立和使用数学模型的方法等。利用数学方法可以使探究的结论更具说服力。
8.培养学生生物学实验设计方面的语言文字表达能力
一个好的生物实验设计，不仅需要有好的思路、方法与技巧，还要科学简明地表达出来。无论是单独表述课题、目标、原理、材料用具、步骤、结果及结论，还是准确完整地撰写整个实验方案或实验报告，都需要有一定的生物科学素养和一定的文字功底。因此，我们要加强这方面的训练。对于学生平时作业及考试答案中出现的问题要予以及时纠正，使之不断走向规范、严谨，切实有效地培养学生的生物学实验设计方面的语言文字表达能力。
比如，有关实验步骤的表述上，应注意：①试管、烧杯、水槽等要给予编号。②步骤设计一般不宜连续描述，往往需要分段叙说。③要用规范的生物学术语，不能用含糊的口语，如：“盖玻片”不能说是“薄的玻璃片”；“等量的”不宜说成“一样多的”；“振荡”不宜说成“晃动”“摇动”等。④语言要言简意赅，不可拖泥带水。实验组和对照组有的操作步骤是一样的，只需一句话概括即可。有的操作则不同，就要分别说明，要注意能体现“单一变量原则”的词语的准确使用，例如“等量”、“相同”、“一致”、“等温”、“生长状况相同”、“都加入××ml（等单位）”等等。必要的时候可以用表格、坐标曲线图等形式进行具体、准确表达。⑤用词上讲究科学、准确，在量上难以做到准确的量化描述，应尽可能用“定性”的语言表达。如：“一段时间”、“适宜的温度”、“适量的”、“一定量的”等。⑥提供的实验材料和用具应全部用上，不可遗漏，但有时也要注意有所选择。
以上各项能力的训练，可选择、设计专项题型进行分类训练，也可选择、设计综合题型进行全面训练。要通过反复训练，让学生牢固掌握、熟练运用。要让学生在解题过程中，能够根据实验设计题的具体情况和要求，灵活运用，并善于总结，不断提高自己的探究能力。这些能力的有效培养，对学生提高高考成绩也是大有裨益的。不过，应试不是主要目的。我们这样做的根本目的还是要切实提高学生的创新意识及探究能力，使学生在今后的生活、工作中真正遇到需要探究的问题或需要研究的课题时，能够很快作出正确的决策，知道怎么去做并能够尽快达成目标。
当然，如果学校条件允许，学生时间充分的话，有计划地组织学生开展一些课外探究实践活动，让学生亲身体验科学探究的一般过程，则会进一步让学生感受到探究的乐趣和成功的喜悦，也是有效培养学生科学探究能力的重要途径。
总之，一切能使学生充分理解生物学探究的本质特点，发展学生逻辑思维和批判性思维能力的教学方式和过程——不论它是一种以动手活动、直接探求知识为主的形式，还是以分析、讨论课文和各类与探究有关的题目等间接学习知识为主的形式，亦即不论它是一种实践活动，还是“纸上谈兵”——都是在培养学生的主动探究能力。那种一提到探究就想到搞课外活动、就想到让学生像科学家那样去研究现实问题，是一种片面的思想。学生的大部分时间都是在课堂上度过的，新课程背景下也是如此。课堂是中学生学习知识、培养能力的主阵地。我们要善于利用这个主阵地，通过改革课堂教学模式、改变教学方法、更新教学理念等措施有效培养学生的探究能力。
参考文献：
[1]普通高中生物课程标准 （实验） 人民教育出版社 2003年4月
[2]高中生物学新课程科学探究能力目标解析 赵占良《生物学通报》2007年05期
关键词：实验设计 解题能力 探究能力
【中图分类号】G421 【文献标识码】A 【文章编号】
生物科学是自然科学中的一门基础学科，是研究生命现象和生命活动规律的科学。生物科学的研究经历了从现象到本质、从定性到定量的发展过程。高中生物课程的重要任务之一是在义务教育基础上，进一步提高学生的生物科学素养，尤其是发展学生的科学探究能力。一提到探究能力的培养，人们往往就会想到搞实验、开展课外实践活动进行一些小课题研究等等。但我这里要强调的却是我们要充分利用课堂教学这一主渠道----“纸上谈兵”，通过提高实验设计题的解题能力来有效培养学生的探究能力。
通过各种实验设计类题型的訓练，可有效提高学生的解题能力。而这些能力提高了，可以说学生的探究能力自然也就提高了。所谓实验设计题，就是要求学生设计实验原理，选择实验器材，安排实验步骤，处理实验数据，分析实验现象，得出相应结论。它包括设计实验方案、设计实验步骤、设计实验改进方法、提出假设、确定课题、确定观测指标并设计记录方法、预期结果、分析结果得结论等。这类题目主要考查学生是否理解实验原理，是否具有灵活运用实验知识的能力，是否具有在不同情境下迁移知识的能力，也能有效检测学生的实验分析能力、思维方式、创新能力、语言表达能力等。这类题目一般难度较大，开放程度较高，答案较为灵活。那么，怎样通过解题训练来培养学生的探究能力呢？
1.培养学生学会把握实验目的和要求的能力
不管那一种类型的实验设计题，首先都要仔细阅读题目，明确实验设计的目的和要求。要求明确是验证性实验还是探究性实验，这关系到实验结果和结论的描述方式；要了解是开放性的设计还是限制性的设计，以便于实验方案的确定；要清楚解答的问题有几个、是什么问题，防止遗漏。还要训练学生根据所给材料提出研究目的或提出研究课题的能力。
2.培养学生学会运用已有知识（原理）分析、解决问题的能力
要训练学生，看到题目或遇到问题时，善于通过关键字词及实验对象展开联想，即联想运用已有的（所学的或题干所给的）什么知识（原理）来解决这个问题，亦即要搞清实验原理。实验原理是实验的科学依据，或者说是实验的单一变量与结果之间应有的直接的因果联系。实验原理有两种情况：一种是中学教材中已经学过的知识，通过回忆课本的知识就能得到。另一种是中学教材中没有学过的知识，但题目中已经阐述得很清楚。弄清实验原理有利于尽快理清实验思路、选准实验方法。
3.培养学生分析各类变量、确定观测指标及科学记录与处理数据的能力
要注重训练学生学会分析实验中的各种变量，即实验变量、反应变量和无关变量。实验变量，也称为自变量，指实验中由实验者所操纵的因素或条件。反应变量，也称因变量，指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。通常，实验变量是原因，反应变量是结果。无关变量，也称控制变量，指实验中除实验变量以外的影响实验现象或结果的因素或条件。实验变量是什么？如何操纵？反应变量是什么？如何观测？无关变量有哪些？如何排除？这些问题的解决是实验设计的关键，是实验设计的核心。实验变量和无关变量一般在实验目的或直接从课题中就容易找出。反应变量或观测指标的检测方法通常有：观察特异颜色变化、沉淀反应；观察形态结构、生理特征变化；测量生长发育速度；测量生化反应速度等。还要训练学生学会根据课题实际，恰当设计表格用于记录实验现象和数据、运用包括数学模型在内的各种方法处理实验数据等。
4.培养学生正确理解及自觉运用实验设计基本原则的能力
无论是探究性实验，还是验证性实验，在进行实验设计或分析别人已设计好的方案时，都要首先在大脑中调出几个基本原则来思考，即对照性原则、单一变量原则、重复性原则、科学性原则、可操作性原则、简约性原则等，其中最关键的是对照性原则和单一变量原则。
对照是实验控制的手段之一，目的还是在于消除无关变量对实验变量的影响。对照性原则是设计和实施实验的准则之一。通过设置实验组和对照组进行对照对比，既可排除无关变量的影响，还可增加实验效果的可信度和说服力。根据对照在内容和形式上的不同，通常有空白对照、自身对照、条件对照和相互对照几种对照类型。
严格控制实验条件，实验组和对照组创设真正的单一变量，是又一重要准则。实验中要准确选择能对实验结果（反应变量）产生直接因果联系的变量作为单一变量（实验变量），其他条件（无关变量）在各组中要相同，以严格地均衡无关变量，消除其干扰，尽量减小实验误差，获得令人信服的实验结果。
科学实验设计中体现重复性原则也是非常必要的。在科学研究中，如果一个人的实验别人都无法重复，那么他得出的实验结论就很难被学术界接受。这是因为实验过程中难免存在偶然的因素，操作不当或其他原因造成的误差也在所难免。所以，在实验设计时，对实验对象的数量或组数等的设置上要有适宜的安排；实践中也要注意重复实验予以确认。
另外，对于科学性原则、可操作性原则、简约性原则等也都要结合具体题材进行相关有效训练。
5.培养学生善于根据课题特点，恰当选用实验方法的能力
教材中的实验方法可以归纳为以下10种：显微观察法；观色法；同位素示踪法；等组实验法；加法创意法；减法创意法；杂交实验法；化学分析法；理论分析法；模拟实验法等。教师要依托具体内容，向学生讲清各类实验方法的特点、用途及应用范围，并通过多项训练，使学生能够迅速甄别、恰当选用。 6.培养学生合理设计实验步骤的能力
由于题材、题型不同及所给（或现有）材料、用具药品等的限制，不同课题的具体操作会各有特点，但也有一般规律可循。实验步骤可归纳为“三步曲”：I、取材、分组、编号；II、创设单一变量、进行实验操作；III、观测、记录。当然，有时材料不能直接选取、需要制备而使“第一步曲”中增加了相关操作；有时相关变量的控制稍稍有些复杂而使“第二步曲”中增加了相关操作；有时观测指标不能直接观察测定、需要相关处理而使“第三步曲”中增加了相关操作。但无外乎就这“三步曲”。学生有了这个基本思路，遇到什么问题都不怕，可以很快知道怎么去做，不会束手无策，不会杂乱无章。
不过，在实际操作（实践）中，对编制的实验程序，还要仔细推敲，形成一个最优化的程序，使实验科学、简捷地进行。在选定最优程序中有的步骤可同时进行，那就可遵循统筹法，让要等待的步骤先做，接着穿插下一步实验，以节约时间，同時也尽量减少因时间过长带来的不良影响。在大的顺序确定后，还要注意细节设计。
7.培养学生正确预测结果、分析得出结论的能力
要让学生知道不管什么实验，总会有个结果、总要有个结论。验证性实验的结果和结论往往只有一个，即其应该出现的相应结果和结论，往往就是要验证的内容。而探究性的实验结果和相应的结论往往有多个。要全面、准确地分析实验结果并得出相应的结论。对结果的分析，要从实验原理出发，详细分析其发生的原因，有多个可能的结果时，每一种结果都要一一分析，不可遗漏。对于实验现象的解释，其知识的落脚点一般是在教材上的、我们已知的。但如果要求从实验结果推测所能说明的问题，则结论可以是我们已知的，也可能是我们未知的，甚至可以是与我们的已知相悖的；所要说明的问题也可能是对我们已有知识的修正和补充。
对实验结果的分析处理还可以用相应的数学方法，如数学的基本运算方法、计算平均值的方法、统计学方法、运用统计表的方法、画坐标图的方法、建立和使用数学模型的方法等。利用数学方法可以使探究的结论更具说服力。
8.培养学生生物学实验设计方面的语言文字表达能力
一个好的生物实验设计，不仅需要有好的思路、方法与技巧，还要科学简明地表达出来。无论是单独表述课题、目标、原理、材料用具、步骤、结果及结论，还是准确完整地撰写整个实验方案或实验报告，都需要有一定的生物科学素养和一定的文字功底。因此，我们要加强这方面的训练。对于学生平时作业及考试答案中出现的问题要予以及时纠正，使之不断走向规范、严谨，切实有效地培养学生的生物学实验设计方面的语言文字表达能力。
比如，有关实验步骤的表述上，应注意：①试管、烧杯、水槽等要给予编号。②步骤设计一般不宜连续描述，往往需要分段叙说。③要用规范的生物学术语，不能用含糊的口语，如：“盖玻片”不能说是“薄的玻璃片”；“等量的”不宜说成“一样多的”；“振荡”不宜说成“晃动”“摇动”等。④语言要言简意赅，不可拖泥带水。实验组和对照组有的操作步骤是一样的，只需一句话概括即可。有的操作则不同，就要分别说明，要注意能体现“单一变量原则”的词语的准确使用，例如“等量”、“相同”、“一致”、“等温”、“生长状况相同”、“都加入××ml（等单位）”等等。必要的时候可以用表格、坐标曲线图等形式进行具体、准确表达。⑤用词上讲究科学、准确，在量上难以做到准确的量化描述，应尽可能用“定性”的语言表达。如：“一段时间”、“适宜的温度”、“适量的”、“一定量的”等。⑥提供的实验材料和用具应全部用上，不可遗漏，但有时也要注意有所选择。
以上各项能力的训练，可选择、设计专项题型进行分类训练，也可选择、设计综合题型进行全面训练。要通过反复训练，让学生牢固掌握、熟练运用。要让学生在解题过程中，能够根据实验设计题的具体情况和要求，灵活运用，并善于总结，不断提高自己的探究能力。这些能力的有效培养，对学生提高高考成绩也是大有裨益的。不过，应试不是主要目的。我们这样做的根本目的还是要切实提高学生的创新意识及探究能力，使学生在今后的生活、工作中真正遇到需要探究的问题或需要研究的课题时，能够很快作出正确的决策，知道怎么去做并能够尽快达成目标。
当然，如果学校条件允许，学生时间充分的话，有计划地组织学生开展一些课外探究实践活动，让学生亲身体验科学探究的一般过程，则会进一步让学生感受到探究的乐趣和成功的喜悦，也是有效培养学生科学探究能力的重要途径。
总之，一切能使学生充分理解生物学探究的本质特点，发展学生逻辑思维和批判性思维能力的教学方式和过程——不论它是一种以动手活动、直接探求知识为主的形式，还是以分析、讨论课文和各类与探究有关的题目等间接学习知识为主的形式，亦即不论它是一种实践活动，还是“纸上谈兵”——都是在培养学生的主动探究能力。那种一提到探究就想到搞课外活动、就想到让学生像科学家那样去研究现实问题，是一种片面的思想。学生的大部分时间都是在课堂上度过的，新课程背景下也是如此。课堂是中学生学习知识、培养能力的主阵地。我们要善于利用这个主阵地，通过改革课堂教学模式、改变教学方法、更新教学理念等措施有效培养学生的探究能力。
参考文献：
[1]普通高中生物课程标准 （实验） 人民教育出版社 2003年4月
[2]高中生物学新课程科学探究能力目标解析 赵占良《生物学通报》2007年05期