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生物学是以实验为基础的一门学科,挖掘和开发生物学实验在探究性学习中的功能,对培养学生的创新精神和实践能力具有重要作用。因此,我们在生物教学中实施探究性学习时,可以在实验教学方面作一些思考和探索。
一、实验是探究性学习的一种重要途径
探究性学习是学生自主地获取知识和技能、体验和了解科学探究的过程和方法、形成和提高创新意识、树立科学价值观的活动过程。生物学实验是学生学习生物学的重要实践活动形式,具有获知、激趣、求真、循理、育德等教育功能。生物学实验的教育功能和探究性学习的特征决定了生物学实验必然是在生物学教学中实施探究性学习的重要途径。
1.生物学的学科特征决定了生物学实验可以作为探究性学习的途径
“以实验为基础”是生物学的基本特征。即使在由经验生物学向理论生物学发展的今天,生物学实验仍然是生物学发展的最现实、最生动、最有效的知识载体。学科的基本特征决定了学科的学习特点,在实验中学习生物学无疑是最有效和最重要的学习方法之一。学生通过实验认识研究生物学的方法,也更有利于学生进行生物学探究性学习。
2.生物学实验本身就是科学探究过程
生物学实验是人们认识和研究生物的一种科学方法,是人们根据研究的对象和研究的目的,运用科学的实验手段,有计划地实施探究性实践活动的过程。因此,实验过程本身就是探究的过程。
学生学习生物学的过程,是对生物及其生命活动的再认识,但从本质上看,这个过程与科学家进行的科学研究中的生物学实验是一致的。当生物学实验被用作探究性学习的途径时,生物学实验的创造性和探究性便充分显示出来了。学生在实验过程中积极地动脑动手,体验科学探究的过程和方法,获得科学探究的乐趣和成功的喜悦。
3.生物学实验为探究性学习中的验证假设提供了科学方法
和科学家进行的科学探究一样,探究性学习也具有提出问题、收集信息、作出假设、验证和评价反馈等特征。学生在探究性学习中针对发现的问题,在回忆总结已有的知识和经验、收集和整理信息的基础上,作出大胆假设或猜想,并通过生物学实验对提出的假设或猜想进行证实或证伪。所以,生物学实验不仅是学生进行探究性学习的方法,也为学生将来从事科学研究奠定了基础。
二、生物学实验作为探究性学习的教学策略
既然生物学实验是进行探究性学习的重要途径,我们就要充分挖掘生物学实验在探究性学习中的功能,更好地在生物学实验中实施探究性学习。那么如何挖掘呢?
1.引导学生改进教学实验
传统的实验教学并不提倡学生对实验现象质疑,也不提倡提出与众不同的见解,更不鼓励“异想天开”的想象。过去无论是教科书上的演示实验还是学生实验,基本上都是验证实验,只需模仿,不需研究。因而,学生的创新精神长期被束缚着,不被允许提出问题,也提不出什么问题来。为此,我们可以有意暴露实验中的矛盾,引导学生发现问题。例如“叶绿体中色素的提取和分离”实验,存在着实验材料菠菜易受地域和季节等因素限制、实验步骤繁琐、实验现象不明显等问题,就可引导学生从实验材料、实验步骤、实验方法等方面进行改进和研究。
2.变验证性实验为探究性实验
传统的生物实验一般是重结果、轻过程,重接受、轻参与,在一定程度上束缚了学生的创造力,减少了学生探索与发现的机会。若变换一个角度,把适合研究探索的验证性实验上升为探究性实验,恢复生物探究性的本来面貌,使学生由旁观者变为承担者,由被动接受者变为主动探究者,有助于学生去主动探究学习获取知识。同时,在实施探究过程中,鼓励学生大胆地去构思,去实施他们想要做的实验,培养他们的观察、思维及创造能力。为此,要擅于挖掘教材中的验证性实验,将其设计为探究性实验,激发学生的好奇心和求知欲,促使学生主动探究,让学生感受到知识产生发展的过程,成为新知识的探究者和发现者。如“生物组织中可溶性还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定”是一个验证性实验,我们可以多提供一些实验材料,让学生进行对照实验,探究可溶性还原糖和蛋白质的鉴定所需要的温度条件(室温、体温、隔水加热、酒精灯直接加热)对反应速度和颜色的影响,探究双缩脲试剂和斐林剂是否可以相互替代,等等。
3.指导学生设计探究性实验
充分发挥学生实验的探究功能,要注意从生产、生活实际中挖掘素材设计实验方案,调动学生探究的主动性,并促使其在探究过程中不断地发现问题、提出问题、调整或重新设计实验方案,使探究过程不断趋向合理。例如:我们可以引导学生探究如何用生物学实验鉴定市场上出售的酒是真是假,也可以指导学生探究多大的甲醇浓度可使小白鼠致死,还可以通过探究实验观察酒精对水蚤心率的影响。再如,现在学生们爱吃的膨化小食品包装袋都是鼓鼓的,就有学生发现并提出了问题:“里面的气体有什么用?是什么气体?”教师就可以引导学生设计并探究这个问题。
4.开放实验,让学生完成探究实验
生物学实验室是学生学习生物学的最佳场所。在传统的实验中,学生自己动手做实验的机会很少,有限的几个学生实验,学生也是在教师的“严格”控制下被动地、机械地操作,毫无自主性、探究性可言,这样的实验教学无法培养学生的创造性。因此,学校应当创造条件开放实验室,为学生完成探究性实验提供空间和时间上的保证。
开放实验的选题非常关键,选题的种类和数量越多,学生的思路就越开阔,实践活动就越丰富;选择的实验题目既要有科学性、创造性,更要有操作性、安全性、趣味性。这样,在自主探究的过程中学生才会主动发现、自己探索、自己动手,从而激发创造性思维,培养创造和实验能力。
5.变演示实验为边讲边探究实验,使学生有自己动手实验和思维同步发展的机会
演示实验可以激发学生学习动机、提供感性认识、启发积极思维,不足之处是学生处于被动地位,不能主动参与探究。若改为边讲边探究就可以弥补这一不足。如在演示“鲫鱼侧线的作用”实验时,我把鲫鱼放进鱼缸后,用玻璃棒沿缸壁缓缓搅动,清水流速由慢到快。这时让学生注意观察现象(鲫鱼先顺水游动,不久又逆水游动),并讨论分析这一现象。然后用面团或胶泥将其侧线的鳞片小孔全部封闭,再按原方法做实验,让学生观察现象(鲫鱼游动没有一定的方向),并思考讨论产生上述情况的原因。明确原因后,若再为学生提供一次做实验的机会,学生的主体性就会发挥到最高点,从而使其学习行为发生质的转变,由“要我做”变成了“我要做”,并激发了探究欲望,从而得出相应的结论(侧线有感知水流和测定方向的作用)。
6.开发设计实验习题,通过某些问题的探究性实验教学,帮助学生实现知识的深化拓展
在教学中教师精心设计实验习题,并鼓励学生设计实验方案且独立完成实验探究,有助于培养学生的探究能力和思维能力。例如在学习“呼吸的作用”时,我设计了如下问题:请根据所学知识设计实验(一组或几组),说明动植物的呼吸需要氧气。学生自己通过查阅资料相互商讨,提出了自己的方案。如吸烟时,每吸一口气烟头会亮一下,说明有氧气进入;把萌发的种子放入密封的广口瓶中,一段时间后把燃着的蜡烛放入,蜡烛会熄灭;鱼在水中不停地吐水等实验方案。对于这些方案不要急于评定其优劣,最好让学生通过实验去证明自己方案的可行性。虽然他们探究的实验早有定论,但他们会乐此不疲地去探究、去发现,真正体验和领悟到科学探究的乐趣。这是以往教学中很难有的。
7.改革实验教学评价方法
探究性学习决定了教学评价应侧重于学生的认知过程。实验报告是体现学生开展研究性学习的过程与收获的一种重要形式,改革评价方法需要从改革实验报告做起。应该摒弃原有实验报告中“实验目的、实验用品、实验步骤(划有固定表格)、结论”这种千篇一律的固定模式,尽可能充分反映学生在学习过程中的设计思想和实验技能等的提高。为此,实验报告可设计为“设计思路、实验过程、实验结果及分析讨论、小组评价、自我评价、还想探究哪些相关问题”等几个部分,无需规定格式,为学生留有可自由撰写的足够空间。教师应对学生的书面报告以及学生实际研究过程作出评价,评价宜采用等级制,并注意对不同基础的学生作出恰当的评价,这有利于鼓励学生更好地投入到探究性学习之中。
三、利用生物学实验开展探究性学习对教师的要求
在教学中,教师的教学方式和态度对学生的探究意识和习惯的培养有着决定性作用。因此,教师在实验教学中应注意以下几点。
1.鼓励学生进行多角度探究
鼓励学生提出各种奇思妙想的问题;鼓励学生多角度设计方案,多采用自己的方案;遇到问题,不急于解释,敢于放手;给学生以思考的时间和探究操作的空间,鼓励学生多尝试实验;启发学生在实验中发现新问题;不苛求,不责备,允许出错;态度好,气氛和谐;适当情况下给予资料支持。这样,学生抱有良好的学习心态,在轻松的实验环境中,用心体验科学探究过程,很容易掌握科学的探究方法。
2.给学生充分的时间讨论以完善计划与实验设计
在实践中经常会发生这样的现象:许多学生一说开展某活动或实验时,就恨不得马上动手操作,而心中一点谱也没有,更不用说有完善的计划与设计了。这时候我往往是先稳住学生的情绪,让他们作出相应的探究计划或实验设计,并在小组中讨论通过,注意强调计划或设计的可行性和可控性。这是探究活动中把学习时间交还给学生尤为重要的一环。
3.在学生实施计划与实验的过程中,督促学生全面、详尽地记录
只有在实施计划与实验的过程中做全面与详尽的记录,才能保证收集数据的完整。在小组的实践活动过程中,小组成员可同时进行记录,以避免数据的丢失。
4.引导学生面对实践的结果时要注意与已有的知识和经验联系起来
引导学生在实践的基础上,根据相关逻辑关系和推理,找到事件的因果关系和其他解释,强调解释和观点必须与实验或观察得来的实证材料相一致,将自然或实验室观察的结果与已有的知识联系起来,形成超越已有知识和当前观察结果的新的理解。
5.安排一定的探究报告与生物小论文的作业,培养学生表达与交流的能力
在教学的过程中,教师适当布置一些撰写探究报告与小论文的作业,要及时指出其相应的优、缺点,并注意在课堂中加以引导,慢慢地增强学生的表达与交流的能力。
生物学实验是探究性学习的重要途径,但并非是唯一的途径,我们应该引导学生通过多种途径进行探究性学习,以提高学生的学习质量,从而提高教学质量。
(作者单位:河北省邯郸市第七中学)
(责任编辑:王亦妮)
一、实验是探究性学习的一种重要途径
探究性学习是学生自主地获取知识和技能、体验和了解科学探究的过程和方法、形成和提高创新意识、树立科学价值观的活动过程。生物学实验是学生学习生物学的重要实践活动形式,具有获知、激趣、求真、循理、育德等教育功能。生物学实验的教育功能和探究性学习的特征决定了生物学实验必然是在生物学教学中实施探究性学习的重要途径。
1.生物学的学科特征决定了生物学实验可以作为探究性学习的途径
“以实验为基础”是生物学的基本特征。即使在由经验生物学向理论生物学发展的今天,生物学实验仍然是生物学发展的最现实、最生动、最有效的知识载体。学科的基本特征决定了学科的学习特点,在实验中学习生物学无疑是最有效和最重要的学习方法之一。学生通过实验认识研究生物学的方法,也更有利于学生进行生物学探究性学习。
2.生物学实验本身就是科学探究过程
生物学实验是人们认识和研究生物的一种科学方法,是人们根据研究的对象和研究的目的,运用科学的实验手段,有计划地实施探究性实践活动的过程。因此,实验过程本身就是探究的过程。
学生学习生物学的过程,是对生物及其生命活动的再认识,但从本质上看,这个过程与科学家进行的科学研究中的生物学实验是一致的。当生物学实验被用作探究性学习的途径时,生物学实验的创造性和探究性便充分显示出来了。学生在实验过程中积极地动脑动手,体验科学探究的过程和方法,获得科学探究的乐趣和成功的喜悦。
3.生物学实验为探究性学习中的验证假设提供了科学方法
和科学家进行的科学探究一样,探究性学习也具有提出问题、收集信息、作出假设、验证和评价反馈等特征。学生在探究性学习中针对发现的问题,在回忆总结已有的知识和经验、收集和整理信息的基础上,作出大胆假设或猜想,并通过生物学实验对提出的假设或猜想进行证实或证伪。所以,生物学实验不仅是学生进行探究性学习的方法,也为学生将来从事科学研究奠定了基础。
二、生物学实验作为探究性学习的教学策略
既然生物学实验是进行探究性学习的重要途径,我们就要充分挖掘生物学实验在探究性学习中的功能,更好地在生物学实验中实施探究性学习。那么如何挖掘呢?
1.引导学生改进教学实验
传统的实验教学并不提倡学生对实验现象质疑,也不提倡提出与众不同的见解,更不鼓励“异想天开”的想象。过去无论是教科书上的演示实验还是学生实验,基本上都是验证实验,只需模仿,不需研究。因而,学生的创新精神长期被束缚着,不被允许提出问题,也提不出什么问题来。为此,我们可以有意暴露实验中的矛盾,引导学生发现问题。例如“叶绿体中色素的提取和分离”实验,存在着实验材料菠菜易受地域和季节等因素限制、实验步骤繁琐、实验现象不明显等问题,就可引导学生从实验材料、实验步骤、实验方法等方面进行改进和研究。
2.变验证性实验为探究性实验
传统的生物实验一般是重结果、轻过程,重接受、轻参与,在一定程度上束缚了学生的创造力,减少了学生探索与发现的机会。若变换一个角度,把适合研究探索的验证性实验上升为探究性实验,恢复生物探究性的本来面貌,使学生由旁观者变为承担者,由被动接受者变为主动探究者,有助于学生去主动探究学习获取知识。同时,在实施探究过程中,鼓励学生大胆地去构思,去实施他们想要做的实验,培养他们的观察、思维及创造能力。为此,要擅于挖掘教材中的验证性实验,将其设计为探究性实验,激发学生的好奇心和求知欲,促使学生主动探究,让学生感受到知识产生发展的过程,成为新知识的探究者和发现者。如“生物组织中可溶性还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定”是一个验证性实验,我们可以多提供一些实验材料,让学生进行对照实验,探究可溶性还原糖和蛋白质的鉴定所需要的温度条件(室温、体温、隔水加热、酒精灯直接加热)对反应速度和颜色的影响,探究双缩脲试剂和斐林剂是否可以相互替代,等等。
3.指导学生设计探究性实验
充分发挥学生实验的探究功能,要注意从生产、生活实际中挖掘素材设计实验方案,调动学生探究的主动性,并促使其在探究过程中不断地发现问题、提出问题、调整或重新设计实验方案,使探究过程不断趋向合理。例如:我们可以引导学生探究如何用生物学实验鉴定市场上出售的酒是真是假,也可以指导学生探究多大的甲醇浓度可使小白鼠致死,还可以通过探究实验观察酒精对水蚤心率的影响。再如,现在学生们爱吃的膨化小食品包装袋都是鼓鼓的,就有学生发现并提出了问题:“里面的气体有什么用?是什么气体?”教师就可以引导学生设计并探究这个问题。
4.开放实验,让学生完成探究实验
生物学实验室是学生学习生物学的最佳场所。在传统的实验中,学生自己动手做实验的机会很少,有限的几个学生实验,学生也是在教师的“严格”控制下被动地、机械地操作,毫无自主性、探究性可言,这样的实验教学无法培养学生的创造性。因此,学校应当创造条件开放实验室,为学生完成探究性实验提供空间和时间上的保证。
开放实验的选题非常关键,选题的种类和数量越多,学生的思路就越开阔,实践活动就越丰富;选择的实验题目既要有科学性、创造性,更要有操作性、安全性、趣味性。这样,在自主探究的过程中学生才会主动发现、自己探索、自己动手,从而激发创造性思维,培养创造和实验能力。
5.变演示实验为边讲边探究实验,使学生有自己动手实验和思维同步发展的机会
演示实验可以激发学生学习动机、提供感性认识、启发积极思维,不足之处是学生处于被动地位,不能主动参与探究。若改为边讲边探究就可以弥补这一不足。如在演示“鲫鱼侧线的作用”实验时,我把鲫鱼放进鱼缸后,用玻璃棒沿缸壁缓缓搅动,清水流速由慢到快。这时让学生注意观察现象(鲫鱼先顺水游动,不久又逆水游动),并讨论分析这一现象。然后用面团或胶泥将其侧线的鳞片小孔全部封闭,再按原方法做实验,让学生观察现象(鲫鱼游动没有一定的方向),并思考讨论产生上述情况的原因。明确原因后,若再为学生提供一次做实验的机会,学生的主体性就会发挥到最高点,从而使其学习行为发生质的转变,由“要我做”变成了“我要做”,并激发了探究欲望,从而得出相应的结论(侧线有感知水流和测定方向的作用)。
6.开发设计实验习题,通过某些问题的探究性实验教学,帮助学生实现知识的深化拓展
在教学中教师精心设计实验习题,并鼓励学生设计实验方案且独立完成实验探究,有助于培养学生的探究能力和思维能力。例如在学习“呼吸的作用”时,我设计了如下问题:请根据所学知识设计实验(一组或几组),说明动植物的呼吸需要氧气。学生自己通过查阅资料相互商讨,提出了自己的方案。如吸烟时,每吸一口气烟头会亮一下,说明有氧气进入;把萌发的种子放入密封的广口瓶中,一段时间后把燃着的蜡烛放入,蜡烛会熄灭;鱼在水中不停地吐水等实验方案。对于这些方案不要急于评定其优劣,最好让学生通过实验去证明自己方案的可行性。虽然他们探究的实验早有定论,但他们会乐此不疲地去探究、去发现,真正体验和领悟到科学探究的乐趣。这是以往教学中很难有的。
7.改革实验教学评价方法
探究性学习决定了教学评价应侧重于学生的认知过程。实验报告是体现学生开展研究性学习的过程与收获的一种重要形式,改革评价方法需要从改革实验报告做起。应该摒弃原有实验报告中“实验目的、实验用品、实验步骤(划有固定表格)、结论”这种千篇一律的固定模式,尽可能充分反映学生在学习过程中的设计思想和实验技能等的提高。为此,实验报告可设计为“设计思路、实验过程、实验结果及分析讨论、小组评价、自我评价、还想探究哪些相关问题”等几个部分,无需规定格式,为学生留有可自由撰写的足够空间。教师应对学生的书面报告以及学生实际研究过程作出评价,评价宜采用等级制,并注意对不同基础的学生作出恰当的评价,这有利于鼓励学生更好地投入到探究性学习之中。
三、利用生物学实验开展探究性学习对教师的要求
在教学中,教师的教学方式和态度对学生的探究意识和习惯的培养有着决定性作用。因此,教师在实验教学中应注意以下几点。
1.鼓励学生进行多角度探究
鼓励学生提出各种奇思妙想的问题;鼓励学生多角度设计方案,多采用自己的方案;遇到问题,不急于解释,敢于放手;给学生以思考的时间和探究操作的空间,鼓励学生多尝试实验;启发学生在实验中发现新问题;不苛求,不责备,允许出错;态度好,气氛和谐;适当情况下给予资料支持。这样,学生抱有良好的学习心态,在轻松的实验环境中,用心体验科学探究过程,很容易掌握科学的探究方法。
2.给学生充分的时间讨论以完善计划与实验设计
在实践中经常会发生这样的现象:许多学生一说开展某活动或实验时,就恨不得马上动手操作,而心中一点谱也没有,更不用说有完善的计划与设计了。这时候我往往是先稳住学生的情绪,让他们作出相应的探究计划或实验设计,并在小组中讨论通过,注意强调计划或设计的可行性和可控性。这是探究活动中把学习时间交还给学生尤为重要的一环。
3.在学生实施计划与实验的过程中,督促学生全面、详尽地记录
只有在实施计划与实验的过程中做全面与详尽的记录,才能保证收集数据的完整。在小组的实践活动过程中,小组成员可同时进行记录,以避免数据的丢失。
4.引导学生面对实践的结果时要注意与已有的知识和经验联系起来
引导学生在实践的基础上,根据相关逻辑关系和推理,找到事件的因果关系和其他解释,强调解释和观点必须与实验或观察得来的实证材料相一致,将自然或实验室观察的结果与已有的知识联系起来,形成超越已有知识和当前观察结果的新的理解。
5.安排一定的探究报告与生物小论文的作业,培养学生表达与交流的能力
在教学的过程中,教师适当布置一些撰写探究报告与小论文的作业,要及时指出其相应的优、缺点,并注意在课堂中加以引导,慢慢地增强学生的表达与交流的能力。
生物学实验是探究性学习的重要途径,但并非是唯一的途径,我们应该引导学生通过多种途径进行探究性学习,以提高学生的学习质量,从而提高教学质量。
(作者单位:河北省邯郸市第七中学)
(责任编辑:王亦妮)