試論生物探究性實驗與課堂教學(xué)的整合.doc

試論生物探究性實驗與課堂教學(xué)的整合潘建勛 (浙江省溫州市永嘉中學(xué)325100)中學(xué)生物學(xué)2007年第23卷第5期l 問題的提出生物學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，生物學(xué)教學(xué)離不開生物實驗教學(xué)，長期以來，由于各種原因，中學(xué)生物實驗得不到應(yīng)有的重視，有些學(xué)校和教師、學(xué)生在“講實驗、背實驗、考實驗”。即便有學(xué)生操作的實驗，絕大多數(shù)學(xué)校和教師做法：教師課堂上講步驟要點，學(xué)生到實驗室“照方抓藥”的模式進(jìn)行實驗教學(xué)，有的學(xué)生忘記了步驟，干脆在書上看一步做一步，目的性根本不明確，為做實驗而做實驗，出現(xiàn)了實驗與生物課堂教學(xué)的脫節(jié)。在對某一個縣的所有高中生物教師一份問卷調(diào)查中顯示100的教師回答從來沒上過實驗和生物學(xué)知識教學(xué)整合在一起的課。由此可見，實驗課的教學(xué)模式、策略、方法需要研究，“實驗”就是“實驗”，“上課”就是“上課”這種把實驗課和生物學(xué)知識學(xué)習(xí)課割裂的現(xiàn)狀需要改善。把生物學(xué)知識學(xué)習(xí)課和實驗課有機(jī)整合在一起，才能使課堂教學(xué)效果最優(yōu)化，才能有利于學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)的提高。2 探究性實驗課與生物學(xué)知識課脫節(jié)的原因2、1 教師的觀念由于長期的應(yīng)試教育影響，在教師中存在著這樣的觀點：學(xué)生實驗做與不做，對學(xué)生考試成績無多大影響，而且認(rèn)為只要把實驗原理、目的、步驟及每一步操作的目的、實驗結(jié)果觀察到的現(xiàn)象及對實驗結(jié)果的分析，能講細(xì)、講清、講透，更加有利于學(xué)生提高成績。至于學(xué)生動手實驗操作課認(rèn)為好象是“調(diào)味劑”“添加劑”，給學(xué)生放松放松、增加興趣，沒有其他作用。因此把新教材刻意安排的探究性實驗在課堂上先講細(xì)，便成了驗證性，由于預(yù)先的詳細(xì)講解，失去了探究的價值，由于講完了相應(yīng)的理論內(nèi)容后再到實驗室實驗操作，同時也就導(dǎo)致了探究性實驗課與生物學(xué)知識課的脫節(jié)。 22 教材的編寫當(dāng)然還與教材對實驗性質(zhì)的定性與編寫有關(guān)：老教材(1996年人教版)安排的4個實驗全為驗證性的，而且以附錄的形式集中編排在教材的最后；正因為當(dāng)時實驗又少，又是驗證性，在應(yīng)試教育的大環(huán)境下，導(dǎo)致教師只能講實驗，至于操作是可有可無的，是附加的。這代教材在有的省份使用了將近20年(1991年2001年，1996年版與1991年版無多大改變)，因此有的教師，特別是老教師把這種長期形成的講實驗、背實驗的傳統(tǒng)習(xí)慣帶進(jìn)了教材改革的今天。雖然驗證性實驗也可與教材中相應(yīng)內(nèi)容整合在一起，但在課堂上的詳細(xì)講解，而后或再擇日在實驗室進(jìn)行學(xué)生操作，就出現(xiàn)了脫節(jié)現(xiàn)象。現(xiàn)行教材(200o年人教版)意識到這點，將實驗分散編排在相應(yīng)的教材內(nèi)容中且出現(xiàn)少量的探究性實驗；新課程標(biāo)準(zhǔn)教材(2004年人教版)將大幅度增加探究性實驗的內(nèi)容。但對有的探究性實驗內(nèi)容的編寫，教材的意圖為探究性的，但在教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)時很容易又回到驗證性。如2000年人教版高中生物上冊“葉綠體中色素的提取和分離實驗”，教材對它的安排和編寫是這樣的：首先，把它編排在上冊書的第三章第三節(jié)“光合作用”內(nèi)容中，不再是附錄形式編排在最后。其次，教材以探究的語氣引入此實驗的(“葉綠體中的色素有哪些呢，我們用下面的實驗來探索”)，很明顯，編寫者的意圖為此實驗的性質(zhì)為探究性，教學(xué)上是與教材相應(yīng)內(nèi)容緊密結(jié)合的，融合在一起的。但對此實驗的本身內(nèi)容寫的太詳細(xì)了，包括實驗?zāi)康?、原理、步驟、探究的結(jié)果即幾條色素帶及顏色都詳細(xì)寫在書本上了。因此實際教學(xué)中很多教師為了省事、為了考試，還是把教材安排的探究性實驗改為驗證性實驗，詳細(xì)講解后再做實驗，走了老路，抱著老方法不放，仍出現(xiàn)實驗課與生物學(xué)知識課的脫節(jié)現(xiàn)象。23 探究性實驗教學(xué)本身存在著困難(1)實驗設(shè)計難。由于學(xué)生以前沒有這樣的經(jīng)驗，他們習(xí)慣于傳統(tǒng)的接受式學(xué)習(xí)，特別是條件較差的學(xué)校的學(xué)生，他們從來沒有接觸過實驗，更談不上自主設(shè)計并完成實驗，同時受學(xué)生年齡的限制，他們的思維往往有較大的局限性，也沒有系統(tǒng)學(xué)習(xí)過實驗設(shè)計的方法、步驟、原理、原則等。因而，學(xué)生難以完成一個比較完整合理的實驗設(shè)計方案。(2)實驗完成難。由于以往認(rèn)識的偏差和條件的限制，對學(xué)生動手能力的培養(yǎng)不夠，而且學(xué)生對實驗儀器的認(rèn)識和控制能力較差，因此，學(xué)生獨立完成實驗較難。常見的現(xiàn)象就是有的學(xué)生到實驗室很好奇、高興、但不知道要做什么，看熱鬧，走過場。(3)實驗分析難。限于學(xué)生的思維能力，學(xué)生獨自分析實驗結(jié)果、探索和思維獲取結(jié)論。學(xué)生獨自分析實驗結(jié)果、得出正確結(jié)論比較困難，特別是對實驗中某些條件的忽視或控制不好而造成的實驗結(jié)果的偏差，難以得出合理的解釋。 (4)探究性實驗耗時多。美國心理學(xué)家奧蘇伯爾指出探究式學(xué)習(xí)太廢時間，根據(jù)國外某些學(xué)者研究，探究式學(xué)習(xí)要比接受式學(xué)習(xí)多花13到15倍的時間。在高中有限的緊張的學(xué)習(xí)時間里，在升學(xué)壓力下，很多問題既然在一堂課內(nèi)難以完成完整的探究，必要時要延伸到課外，培養(yǎng)了能力，可能學(xué)到了課本所學(xué)不到的東西，但有的人認(rèn)為“得不償失”即學(xué)到高考有用的東西可能并不是很多。還不如教師直接講，學(xué)生聽記，學(xué)生學(xué)得快，記的多，效率高。探究性實驗教學(xué)的實施本身存在如上的困難，使其難以融入課堂，使有的教師畏難退縮，干脆一講到底，然后安排學(xué)生到實驗室做實驗、就所謂的已經(jīng)完成了實驗教學(xué)。結(jié)果導(dǎo)致探究性實驗教學(xué)與生物學(xué)知識課的脫節(jié)。 3 探究實驗課與生物學(xué)知識課堂教學(xué)的整合新課程的基本理念之一是倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，基礎(chǔ)教育課程改革綱要(試行)指出在教學(xué)過程中應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的獨立性和自主性，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑、調(diào)查、探究，在實踐中學(xué)習(xí)，以改革教學(xué)過程中過分依賴教材，過于強調(diào)接受式學(xué)習(xí)、死記硬背、機(jī)械訓(xùn)練的現(xiàn)狀，倡導(dǎo)學(xué)生主動參與、樂于探究、勤于動手、鼓勵學(xué)生對書本的質(zhì)疑和對教師的超越，贊賞學(xué)生獨特和富有個性化的理解和表達(dá)，愛護(hù)學(xué)生的批判意識和懷疑精神，培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力及交流與合作的能力，大力開展探究性教學(xué)。探究教學(xué)，其實是一種模擬性的科學(xué)研究活動，探究性學(xué)習(xí)其實是指學(xué)生通過類似于科學(xué)家科學(xué)探究活動的方式獲取科學(xué)知識，并在這個過程中學(xué)會科學(xué)的方法和技能、科學(xué)的思維方式，形成科學(xué)觀點、樹立科學(xué)精神。因此，把探究實驗課和生物學(xué)知識學(xué)習(xí)課割裂開來，把教材刻意安排的探究性實驗，重新改為驗證性是有孛于新課標(biāo)精神的。如何把兩者整合在一起，是教師在教學(xué)實踐中需要摸索的課題。31 在生物知識教學(xué)中滲透探究實驗教學(xué)311 在生物學(xué)知識教學(xué)中結(jié)合科學(xué)史進(jìn)行探究實驗教學(xué) 習(xí)慣于傳統(tǒng)教學(xué)的教師和習(xí)慣于接受式學(xué)習(xí)的學(xué)生，對于對于新課程所倡導(dǎo)的這種“探究”在思維方式上受到一定的沖擊，感到力不從心或陌生。而教材中穿插的科學(xué)史正好提供了科學(xué)探究的一般過程的很好的范例，細(xì)分析這些史例，實際上能把科學(xué)探究的一般過程、科學(xué)方法和技能、科學(xué)的思維方式展示出來。例如，DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史就是一個好實例?？茖W(xué)史的學(xué)習(xí)能體現(xiàn)出科學(xué)探究的一般過程，同時也能很好體現(xiàn)出科學(xué)思維方式。把DNA和蛋白質(zhì)等其他物質(zhì)分離開來單獨觀察它們的作用，DNA水解物一項的增加，更加體現(xiàn)了思維的嚴(yán)密性， 同時對自變量的選擇和無關(guān)變量的控制等都能夠有所體現(xiàn)。其實其他的生物學(xué)史例大致也是體現(xiàn)出這樣的模式，如光合作用的發(fā)現(xiàn)史、生長素的發(fā)現(xiàn)史、酶的發(fā)現(xiàn)史等。科學(xué)探究就是在這樣的發(fā)現(xiàn)問題、解決問題中，周而復(fù)始的進(jìn)行，然后才使科學(xué)真理得到不斷的完善和發(fā)展。當(dāng)然，科學(xué)探究沒有固定的模式，但對于高中學(xué)生來說只要知道科學(xué)探究的一般過程，則這些生物學(xué)史內(nèi)容把科學(xué)的一般思維已經(jīng)展露無遺。如果教師純理論化講授科學(xué)探究的一般過程和一般思維，然后請學(xué)生應(yīng)用于實際探究中，學(xué)生就覺得抽象和困難，如果結(jié)合生物學(xué)史內(nèi)容，如上述的例子，就可把抽象問題具體化，使學(xué)生感到科學(xué)探究也并不是可望不可及，也并不那么遙遠(yuǎn)，其實就發(fā)生在我們的身邊，我們中學(xué)生也可以模擬科學(xué)家的探究。這堂課即是在學(xué)習(xí)DNA是主要的遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)知識內(nèi)容，也在模擬和再現(xiàn)科學(xué)家的探究，實現(xiàn)了實驗探究課和生物學(xué)知識教學(xué)的整合和有機(jī)融合。如上例所述教材中部分章節(jié)以本身以實驗為線索展開的，還有如生長素的發(fā)現(xiàn)、基因的分離定律、基因的自由組合定律等，這些知識點均可結(jié)合探究實驗進(jìn)行教學(xué)。再以生長素的發(fā)現(xiàn)過程為例，生物學(xué)知識課整合探究實驗教學(xué)的課型示例如下。根據(jù)達(dá)爾文的實驗事實，你認(rèn)為這可能是什么原因引起的?他的實驗?zāi)芙o你什么啟示?如果你是生物工作者，能對此作進(jìn)一步的研究嗎?怎么研究?溫特實驗的對照是什么?他的實驗?zāi)茏C明生長素的極性運輸，即從形態(tài)學(xué)上端至形態(tài)學(xué)下端嗎?如果能請說明理由，如果不能，請做補充。請根據(jù)植物生長素的運輸和作用原理，請完成下列2個實驗： 單側(cè)光不影響生長素的合成，只影響它的分布f橫向運輸)。 不用任何實驗儀器設(shè)備、藥品，設(shè)計一個盆栽植物造型，使之呈S型。313 在生物學(xué)知識教學(xué)中補充探究性素材以上述及的生物學(xué)史實是教材中現(xiàn)有的，教師要充分的挖掘好、利用好、設(shè)計好教學(xué)方案、使生物學(xué)知識學(xué)習(xí)的課堂成為學(xué)生主動探求知識的殿堂，仿佛帶學(xué)生進(jìn)人了歷史的某個階段，和歷史上的生物學(xué)家一起在探索生物的奧秘。充分發(fā)揮了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣和熱情。除此以外，教材中沒有編排相應(yīng)生物學(xué)史的內(nèi)容，還可補充一些探究素材，使比較“死”的抽象的生物學(xué)知識變的“活”起來、具體起來。如高中生物(必修)上冊“細(xì)胞呼吸”一節(jié)的內(nèi)容，按傳統(tǒng)的上課方法，只能是講授法，知識性很強，知識點“多、繁、抽象、難記”，受傳統(tǒng)教學(xué)方法束縛的教師的印象中認(rèn)為這樣的內(nèi)容還能設(shè)計出什么新花樣嗎，但是，經(jīng)過精心的收集探究素材，設(shè)計教學(xué)方案，也會成為生物學(xué)知識學(xué)習(xí)整合探究實驗的課，大大調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。由此可見，教材中沒有明顯安排探究的內(nèi)容，只要教師有探究的理念在指導(dǎo)心中有“生物學(xué)知識不能純粹講授”，“生物學(xué)知識的學(xué)習(xí)不能象文科課程一樣，主要靠背記?！边@樣的思想。平時多收集、積累探究素材，精心設(shè)計教學(xué)方案，就能在生物學(xué)知識的教學(xué)中整合入實驗探究，達(dá)到兩者融合的目的。32 在探究實驗教學(xué)中融入生物學(xué)知識教學(xué)重體驗、重過程、倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)、改變過于強調(diào)接受式學(xué)習(xí)，是新課程改革的基本特征。新課標(biāo)的三維目標(biāo)理念即“知識和能力、過程和方法、情感態(tài)度和價值觀”，是高中生物課堂教學(xué)改革的依據(jù)和準(zhǔn)則。心理學(xué)的相關(guān)研究成果也證明：多種感官刺激比單一感官刺激學(xué)習(xí)效率好，如課堂上聽覺與視覺同時刺激比單一的聽覺或視覺刺激學(xué)習(xí)效果好，但還不如動手行動給人的印象深刻，不如親身體驗掌握得那樣牢固，不如實際參與更能將有關(guān)知識轉(zhuǎn)化為實踐行為和能力。因此，對高中生物學(xué)基本原理、基本概念、基本規(guī)律等理論的學(xué)習(xí)，如條件允許的話，盡可能的結(jié)合學(xué)生的實際實驗操作或?qū)嵙?xí)。如高中生物“新陳代謝與酶”這一節(jié)，按傳統(tǒng)的教學(xué)方法如下：教師按教材先講述酶的發(fā)現(xiàn)史，再分析酶的概念，酶的特性即專一性、高效性、酶需要適宜的條件等。再擇日通知學(xué)生到實驗室做實驗，在實驗課上，教師詳細(xì)講解實驗步驟，學(xué)生按部就班進(jìn)行操作，最后結(jié)果與教師或教材描述的一致認(rèn)為實驗成功，否則失敗。這樣的課型即是本文述及的實驗課與理論課的脫節(jié)狀態(tài)，這樣與新課標(biāo)精神及現(xiàn)行教材的編寫意圖背道而馳。以現(xiàn)行教材編寫者的意圖來看，也是通過實驗探索出酶的特性而不是教師直接告知學(xué)生答案。例如在進(jìn)行酶的發(fā)現(xiàn)史及概念的教學(xué)，教師先讓學(xué)生帶著三個問題看書：斯巴蘭札尼實驗的設(shè)計思路及最巧妙之處在哪里；把各年代所發(fā)生的重大事用最簡單的話連起來；酶的發(fā)現(xiàn)過程給你有何啟示。然后由學(xué)生根據(jù)酶的發(fā)現(xiàn)史逐步概括并完善酶的概念，水到渠成。教師強調(diào)酶是催化劑應(yīng)符合無機(jī)催化劑的特點：能夠改變其他化學(xué)反應(yīng)的速率，但自身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后沒有改變。但他是有機(jī)物又有自身的個性特點。很自然地轉(zhuǎn)到酶的特性的教學(xué)。這樣的設(shè)計，就實現(xiàn)了生物探究實驗與生物理論的整合，在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)這樣的課型設(shè)計有利于激發(fā)學(xué)生的求知欲與學(xué)習(xí)興趣。使學(xué)生始終置身于親自動手實驗和自己設(shè)計、積極思考的學(xué)習(xí)情景中。感覺到自己智慧的力量，體驗到成功的喜樂，有很多學(xué)生急于想知道實驗結(jié)果，因為是自己設(shè)計的，“自己燒的飯香”就是這道理。匯報實驗結(jié)果時，都很積極，都渴望發(fā)表自己的見解，因此大大激發(fā)了學(xué)生探究新事物的求知欲和學(xué)習(xí)興趣，同時有利于發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用。像這樣即有學(xué)生的實驗操作又有生物基本知識的學(xué)習(xí)的課，高中生物中還有很多內(nèi)容可以這樣組織課堂，如生物組織中還原糖、脂肪、蛋白質(zhì)的鑒定、葉綠體中色素的提取和分離實驗、質(zhì)壁分離和復(fù)原實驗等實驗都可以在探究實驗中融人生物學(xué)知識的教學(xué)。綜上所述，在推進(jìn)新課程、重視實驗教學(xué)、重視探究性學(xué)習(xí)的今天，要改變原有實驗教學(xué)的弊端，就要實現(xiàn)生物探究實驗與生物學(xué)知識課堂教學(xué)的整合，實驗不再是應(yīng)付式的機(jī)械式的純操作，而是學(xué)習(xí)生物學(xué)知識、培養(yǎng)技能和能力的手段；生物學(xué)知