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《高中生物课程标准》倡导探究性学习,培养学生搜集和处理科学信息的能力、分析和解决问题的能力,以及交流与合作的能力等,重在培养创新精神和实践能力。目前我国生物探究实验主要侧重于利用生物实验仪器开展探究,而对如何发挥网络在学生生物实验探究能力培养方面的作用则较少研究。我校的设备为开展这类实验提供了可能。我校的网络硬件设备好,学校有理化生三个网络环境下的探究性实验室,与国际互联网相连接,能够实现学生实验与模拟实验同步。 全校每间课室都有电脑多媒体,且随时可以接入国际互联网。学校配备四个电脑室,有近300台学生电脑。
在起源于20 世纪60 年代的国际科学课程改革中,很多研究者倾向于把科学探究能力划分为一系列要素,诸如:观察、分类、描述、操作定义、假设、控制变量、实验、解释数据、形成结论等。国外目前的测评机构把观察、分类、数学应用能力测量、交流、预测、推断、解释数据、控制变量、建立假设、操作定义、实验等基本技能和综合技能作为科学探究能力的要素。国内目前大多把观察、测量、推理、实验作为评定科学探究能力的要素。我们认为生物探究能力的组成要素有以下方面:提出问题、猜想与假设、制定计划 、进行实验 、收集证据(或数据) 、解释与结论 、反思与评价(或评估)、表达与交流等。
培养生物探究能力的途径
根据高中教学实际,我们提出以下培养学生生物探究能力的方案和实施途径。
(一)学生实验探究能力培养的方案
1.需要实际操作的探究性实验中能力培养方案
将书上的演示实验、学生分组实验、验证性实验设计成探究性实验。如,理、化、生物科教师开展了探究性实验的设计,包括:
(1)实验方案的重新设计;
(2)实验结论的再次探究;
(3)实验仪器功能扩展的探究;
(4)材料的创新应用的探究。
2. 模拟探究性实验中能力培养方案
有些实验要求的条件严格,有些实验历时过程长、难度高、效果也不明显。此时利用多种方法进行实验模拟,创设情境,引导学生猜想、观察、分析、讨论,同时也可验证学生探究实验结果的可靠性和正确性。在电子阅览室网络环境下探究实验课件制作的设计如下:
(1)化不可见为可见的模拟实验设计
(2)化静态为动态的模拟实验设计
(3)化抽象为形象的模拟实验设计
(4)化复杂多变为简洁明了的模拟实验设计
(5)正确与错误实验操作的设计
3. 学生设计的点评方案
学生设计结束后,教师组织学生一起点评实验方案。一般做法是:学生在实验前设计好实验方案,包括原理、仪器、药品、实验步骤和结果预测等。教师在实物投影仪上显示各小组的实验方案,学生进行讨论和评议,教师进行点评。
4. 学生实验成果汇报的程序方案
探究实验结束后,利用网络让学生汇报其实验所依据的原理、实验的步骤和演示全过程。然后,其他学生就实验方案的简捷性和科学性,演示操作的缺点或问题,结果的可靠性等提出意见或质询。
(二)探究性实验教学的基本思路
1. 创设情景,提出问题
2. 分析问题,猜想假设
3. 设计方案、展示方案,动手实验
4. 展示实验结果,师生、生生交流,总结成果
5. 反思评价,知识应用
案例及分析
案例1:绿叶中色素的提取和分离——培养“猜想与假设”的能力
生物教师带领学生进行“绿叶中色素的提取和分离”实验时,有学生发现色素的颜色太淡,层析效果不好,层析液又有一定的毒性。于是教师引导学生采用“减法”和“替代法”,进行“猜想与假设”。利用网络多媒体展示“猜想与假设”,上网查询相关的资料,提出对实验的改进方案,并进行实践。
猜想一:根据“减法”进行猜想与假设,减少无水乙醇、CaCO3、二氧化硅的用量。
猜想二:根据“替代法”进行猜想与假设,用“汽油、煤油、四氯化碳等”代替“无水乙醇”(用来提取叶绿素);用“汽油、四氯化碳” 代替“层析液”等。
案例2:“生长素的发现”模拟探究性实验的教学案例——培养“收集证据,分析证据,形成结论”的能力
1. 教学过程:实验班“生长素的发现”教学方法是利用电脑多媒体动画创设情景,演示“生长素发现”过程中的四个经典实验。在老师的引导下,让学生自己观察动画,自己归纳、分析,形成结论。对照班教学方法是讲授并配合使用课本上的插图,其他条件相同。
2. 教学结果: “生长素的发现”教学效果(延时检测)见图。
通过后测可以看出:实验班平均成绩为75.7 分,对照班成绩为66.6分,经过统计学t-检验有显著的差异。说明运用模拟型探究性实验在“生长素的发现”教学中能取得好的效果,培养了学生收集和处理信息的能力。
案例3:利用网络进行探究结果的汇报——培养“表达与交流”的能力
下图为高二同学“植物生长调节剂在生产中的应用”探究结果汇报会。
对案例的分析和小结:从以上案例可以看出,网络在培养学生实验探究能力过程的作用体现在:
1. 查询工具(如:方案前人有没有做过、材料是否用过)
2. 研讨的平台(展示猜想、讨论方案、讨论结果等)
3. 数据收集和记录的工具
4. 数据处理的平台(如:数据处理、图表表达等)
5. 创设探究情境的平台
评价
根据评价的主体不同,将评价分为:学生自评、教师评价、家长评价、专家评价等。
根据评价的介质不同,评价的方式有:现场观察评价、纸笔测量评价法、计算机模拟评价法、工作单评价法。
观察评价法。顾名思义就是学生在做科学探究实验时,评价者对其探究的全过程进行评价,并根据事先规定的统一标准对其科学探究能力进行评价。一般采用一(教师)对一(学生)甚至二对一的观察。内容要涵盖科学探究能力评价的所有要素,主要包括假设能力、控制变量能力和分析数据能力等。
纸笔测量评价法。纸笔测量评价法就是学生通过完成测评者事先做好的试卷来得到评价表中相对应的分数。国际上例如McLeod等人(1975)开发的测量工具就是针对小学SAPA课程的,用来测量形成假设、控制变量、操作和解释数据四个过程技能。
计算机模拟评价法。计算机模拟评价法是由Shave Lson等人(1992)最先提出的。它是先通过计算机模拟出科学探究过程,再由学生通过鼠标点击探究的每个具体步骤,最后由事先写入计算机内的程序对学生的科学探究能力进行打分。
工作单评价法。工作单评价法是在学生做科学探究实验的过程中把每一步的科学探究的过程记录在一张白纸上。等所有科学探究实验结束后测评者再收回白纸。通过事先统一的标准对学生的科学探究能力进行评价。这种方法可用于大规模的评价过程中,并且工作单评价法的效度经研究介于现场观察评价法和纸笔测量评价法之间。这说明工作单评价方法具有一定的可操作性,并且研究表明较低成本的工作单评价法能有效替代高成本的现场观察评价法。这意味着工作单评价方法能有效的评价科学探究能力。
如何在网络环境下的生物实验探究能力的培养过程中,运用好这些评价方法,还有待进一步研究。
责任编辑潘孟良
在起源于20 世纪60 年代的国际科学课程改革中,很多研究者倾向于把科学探究能力划分为一系列要素,诸如:观察、分类、描述、操作定义、假设、控制变量、实验、解释数据、形成结论等。国外目前的测评机构把观察、分类、数学应用能力测量、交流、预测、推断、解释数据、控制变量、建立假设、操作定义、实验等基本技能和综合技能作为科学探究能力的要素。国内目前大多把观察、测量、推理、实验作为评定科学探究能力的要素。我们认为生物探究能力的组成要素有以下方面:提出问题、猜想与假设、制定计划 、进行实验 、收集证据(或数据) 、解释与结论 、反思与评价(或评估)、表达与交流等。
培养生物探究能力的途径
根据高中教学实际,我们提出以下培养学生生物探究能力的方案和实施途径。
(一)学生实验探究能力培养的方案
1.需要实际操作的探究性实验中能力培养方案
将书上的演示实验、学生分组实验、验证性实验设计成探究性实验。如,理、化、生物科教师开展了探究性实验的设计,包括:
(1)实验方案的重新设计;
(2)实验结论的再次探究;
(3)实验仪器功能扩展的探究;
(4)材料的创新应用的探究。
2. 模拟探究性实验中能力培养方案
有些实验要求的条件严格,有些实验历时过程长、难度高、效果也不明显。此时利用多种方法进行实验模拟,创设情境,引导学生猜想、观察、分析、讨论,同时也可验证学生探究实验结果的可靠性和正确性。在电子阅览室网络环境下探究实验课件制作的设计如下:
(1)化不可见为可见的模拟实验设计
(2)化静态为动态的模拟实验设计
(3)化抽象为形象的模拟实验设计
(4)化复杂多变为简洁明了的模拟实验设计
(5)正确与错误实验操作的设计
3. 学生设计的点评方案
学生设计结束后,教师组织学生一起点评实验方案。一般做法是:学生在实验前设计好实验方案,包括原理、仪器、药品、实验步骤和结果预测等。教师在实物投影仪上显示各小组的实验方案,学生进行讨论和评议,教师进行点评。
4. 学生实验成果汇报的程序方案
探究实验结束后,利用网络让学生汇报其实验所依据的原理、实验的步骤和演示全过程。然后,其他学生就实验方案的简捷性和科学性,演示操作的缺点或问题,结果的可靠性等提出意见或质询。
(二)探究性实验教学的基本思路
1. 创设情景,提出问题
2. 分析问题,猜想假设
3. 设计方案、展示方案,动手实验
4. 展示实验结果,师生、生生交流,总结成果
5. 反思评价,知识应用
案例及分析
案例1:绿叶中色素的提取和分离——培养“猜想与假设”的能力
生物教师带领学生进行“绿叶中色素的提取和分离”实验时,有学生发现色素的颜色太淡,层析效果不好,层析液又有一定的毒性。于是教师引导学生采用“减法”和“替代法”,进行“猜想与假设”。利用网络多媒体展示“猜想与假设”,上网查询相关的资料,提出对实验的改进方案,并进行实践。
猜想一:根据“减法”进行猜想与假设,减少无水乙醇、CaCO3、二氧化硅的用量。
猜想二:根据“替代法”进行猜想与假设,用“汽油、煤油、四氯化碳等”代替“无水乙醇”(用来提取叶绿素);用“汽油、四氯化碳” 代替“层析液”等。
案例2:“生长素的发现”模拟探究性实验的教学案例——培养“收集证据,分析证据,形成结论”的能力
1. 教学过程:实验班“生长素的发现”教学方法是利用电脑多媒体动画创设情景,演示“生长素发现”过程中的四个经典实验。在老师的引导下,让学生自己观察动画,自己归纳、分析,形成结论。对照班教学方法是讲授并配合使用课本上的插图,其他条件相同。
2. 教学结果: “生长素的发现”教学效果(延时检测)见图。
通过后测可以看出:实验班平均成绩为75.7 分,对照班成绩为66.6分,经过统计学t-检验有显著的差异。说明运用模拟型探究性实验在“生长素的发现”教学中能取得好的效果,培养了学生收集和处理信息的能力。
案例3:利用网络进行探究结果的汇报——培养“表达与交流”的能力
下图为高二同学“植物生长调节剂在生产中的应用”探究结果汇报会。
对案例的分析和小结:从以上案例可以看出,网络在培养学生实验探究能力过程的作用体现在:
1. 查询工具(如:方案前人有没有做过、材料是否用过)
2. 研讨的平台(展示猜想、讨论方案、讨论结果等)
3. 数据收集和记录的工具
4. 数据处理的平台(如:数据处理、图表表达等)
5. 创设探究情境的平台
评价
根据评价的主体不同,将评价分为:学生自评、教师评价、家长评价、专家评价等。
根据评价的介质不同,评价的方式有:现场观察评价、纸笔测量评价法、计算机模拟评价法、工作单评价法。
观察评价法。顾名思义就是学生在做科学探究实验时,评价者对其探究的全过程进行评价,并根据事先规定的统一标准对其科学探究能力进行评价。一般采用一(教师)对一(学生)甚至二对一的观察。内容要涵盖科学探究能力评价的所有要素,主要包括假设能力、控制变量能力和分析数据能力等。
纸笔测量评价法。纸笔测量评价法就是学生通过完成测评者事先做好的试卷来得到评价表中相对应的分数。国际上例如McLeod等人(1975)开发的测量工具就是针对小学SAPA课程的,用来测量形成假设、控制变量、操作和解释数据四个过程技能。
计算机模拟评价法。计算机模拟评价法是由Shave Lson等人(1992)最先提出的。它是先通过计算机模拟出科学探究过程,再由学生通过鼠标点击探究的每个具体步骤,最后由事先写入计算机内的程序对学生的科学探究能力进行打分。
工作单评价法。工作单评价法是在学生做科学探究实验的过程中把每一步的科学探究的过程记录在一张白纸上。等所有科学探究实验结束后测评者再收回白纸。通过事先统一的标准对学生的科学探究能力进行评价。这种方法可用于大规模的评价过程中,并且工作单评价法的效度经研究介于现场观察评价法和纸笔测量评价法之间。这说明工作单评价方法具有一定的可操作性,并且研究表明较低成本的工作单评价法能有效替代高成本的现场观察评价法。这意味着工作单评价方法能有效的评价科学探究能力。
如何在网络环境下的生物实验探究能力的培养过程中,运用好这些评价方法,还有待进一步研究。
责任编辑潘孟良