試論生物探究性實驗與課堂教學的整合.doc

試論生物探究性實驗與課堂教學的整合潘建勛 (浙江省溫州市永嘉中學325100)中學生物學2007年第23卷第5期l 問題的提出生物學是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學科，生物學教學離不開生物實驗教學，長期以來，由于各種原因，中學生物實驗得不到應(yīng)有的重視，有些學校和教師、學生在“講實驗、背實驗、考實驗”。即便有學生操作的實驗，絕大多數(shù)學校和教師做法：教師課堂上講步驟要點，學生到實驗室“照方抓藥”的模式進行實驗教學，有的學生忘記了步驟，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知識教學整合在一起的課。由此可見，實驗課的教學模式、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知識學習課割裂的現(xiàn)狀需要改善。把生物學知識學習課和實驗課有機整合在一起，才能使課堂教學效果最優(yōu)化，才能有利于學生生物科學素養(yǎng)的提高。2 探究性實驗課與生物學知識課脫節(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：學生實驗做與不做，對學生考試成績無多大影響，而且認為只要把實驗原理、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、講清、講透，更加有利于學生提高成績。至于學生動手實驗操作課認為好象是“調(diào)味劑”“添加劑”，給學生放松放松、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，便成了驗證性，由于預先的詳細講解，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，同時也就導致了探究性實驗課與生物學知識課的脫節(jié)。 22 教材的編寫當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；正因為當時實驗又少，又是驗證性，在應(yīng)試教育的大環(huán)境下，導致教師只能講實驗，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)習慣帶進了教材改革的今天。雖然驗證性實驗也可與教材中相應(yīng)內(nèi)容整合在一起，但在課堂上的詳細講解，而后或再擇日在實驗室進行學生操作，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；新課程標準教材(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、學生學習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寫在書本上了。因此實際教學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)實驗課與生物學知識課的脫節(jié)現(xiàn)象。23 探究性實驗教學本身存在著困難(1)實驗設(shè)計難。由于學生以前沒有這樣的經(jīng)驗，他們習慣于傳統(tǒng)的接受式學習，特別是條件較差的學校的學生，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)學習過實驗設(shè)計的方法、步驟、原理、原則等。因而，學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。由于以往認識的偏差和條件的限制，對學生動手能力的培養(yǎng)不夠，而且學生對實驗儀器的認識和控制能力較差，因此，學生獨立完成實驗較難。常見的現(xiàn)象就是有的學生到實驗室很好奇、高興、但不知道要做什么，看熱鬧，走過場。(3)實驗分析難。限于學生的思維能力，學生獨自分析實驗結(jié)果、探索和思維獲取結(jié)論。學生獨自分析實驗結(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。美國心理學家奧蘇伯爾指出探究式學習太廢時間，根據(jù)國外某些學者研究，探究式學習要比接受式學習多花13到15倍的時間。在高中有限的緊張的學習時間里，在升學壓力下，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，可能學到了課本所學不到的東西，但有的人認為“得不償失”即學到高考有用的東西可能并不是很多。還不如教師直接講，學生聽記，學生學得快，記的多，效率高。探究性實驗教學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，然后安排學生到實驗室做實驗、就所謂的已經(jīng)完成了實驗教學。結(jié)果導致探究性實驗教學與生物學知識課的脫節(jié)。 3 探究實驗課與生物學知識課堂教學的整合新課程的基本理念之一是倡導探究性學習，基礎(chǔ)教育課程改革綱要(試行)指出在教學過程中應(yīng)培養(yǎng)學生的獨立性和自主性，引導學生質(zhì)疑、調(diào)查、探究，在實踐中學習，以改革教學過程中過分依賴教材，過于強調(diào)接受式學習、死記硬背、機械訓練的現(xiàn)狀，倡導學生主動參與、樂于探究、勤于動手、鼓勵學生對書本的質(zhì)疑和對教師的超越，贊賞學生獨特和富有個性化的理解和表達，愛護學生的批判意識和懷疑精神，培養(yǎng)學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。探究教學，其實是一種模擬性的科學研究活動，探究性學習其實是指學生通過類似于科學家科學探究活動的方式獲取科學知識，并在這個過程中學會科學的方法和技能、科學的思維方式，形成科學觀點、樹立科學精神。因此，把探究實驗課和生物學知識學習課割裂開來，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精神的。如何把兩者整合在一起，是教師在教學實踐中需要摸索的課題。31 在生物知識教學中滲透探究實驗教學311 在生物學知識教學中結(jié)合科學史進行探究實驗教學 習慣于傳統(tǒng)教學的教師和習慣于接受式學習的學生，對于對于新課程所倡導的這種“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史正好提供了科學探究的一般過程的很好的范例，細分析這些史例，實際上能把科學探究的一般過程、科學方法和技能、科學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史的學習能體現(xiàn)出科學探究的一般過程，同時也能很好體現(xiàn)出科學思維方式。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?？茖W探究就是在這樣的發(fā)現(xiàn)問題、解決問題中，周而復始的進行，然后才使科學真理得到不斷的完善和發(fā)展。當然，科學探究沒有固定的模式，但對于高中學生來說只要知道科學探究的一般過程，則這些生物學史內(nèi)容把科學的一般思維已經(jīng)展露無遺。如果教師純理論化講授科學探究的一般過程和一般思維，然后請學生應(yīng)用于實際探究中，學生就覺得抽象和困難，如果結(jié)合生物學史內(nèi)容，如上述的例子，就可把抽象問題具體化，使學生感到科學探究也并不是可望不可及，也并不那么遙遠，其實就發(fā)生在我們的身邊，我們中學生也可以模擬科學家的探究。這堂課即是在學習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)科學家的探究，實現(xiàn)了實驗探究課和生物學知識教學的整合和有機融合。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)合探究實驗進行教學。再以生長素的發(fā)現(xiàn)過程為例，生物學知識課整合探究實驗教學的課型示例如下。根據(jù)達爾文的實驗事實，你認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)學上端至形態(tài)學下端嗎?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 在生物學知識教學中補充探究性素材以上述及的生物學史實是教材中現(xiàn)有的，教師要充分的挖掘好、利用好、設(shè)計好教學方案、使生物學知識學習的課堂成為學生主動探求知識的殿堂，仿佛帶學生進人了歷史的某個階段，和歷史上的生物學家一起在探索生物的奧秘。充分發(fā)揮了學生學習的積極主動性，激發(fā)學生學習生物學的興趣和熱情。除此以外，教材中沒有編排相應(yīng)生物學史的內(nèi)容，還可補充一些探究素材，使比較“死”的抽象的生物學知識變的“活”起來、具體起來。如高中生物(必修)上冊“細胞呼吸”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)教學方法束縛的教師的印象中認為這樣的內(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)計教學方案，也會成為生物學知識學習整合探究實驗的課，大大調(diào)動學生的學習積極性。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心中有“生物學知識不能純粹講授”，“生物學知識的學習不能象文科課程一樣，主要靠背記。”這樣的思想。平時多收集、積累探究素材，精心設(shè)計教學方案，就能在生物學知識的教學中整合入實驗探究，達到兩者融合的目的。32 在探究實驗教學中融入生物學知識教學重體驗、重過程、倡導探究性學習、改變過于強調(diào)接受式學習，是新課程改革的基本特征。新課標的三維目標理念即“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改革的依據(jù)和準則。心理學的相關(guān)研究成果也證明：多種感官刺激比單一感官刺激學習效率好，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習效果好，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，對高中生物學基本原理、基本概念、基本規(guī)律等理論的學習，如條件允許的話，盡可能的結(jié)合學生的實際實驗操作或?qū)嵙?。如高中生物“新陳代謝與酶”這一節(jié)，按傳統(tǒng)的教學方法如下：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。再擇日通知學生到實驗室做實驗，在實驗課上，教師詳細講解實驗步驟，學生按部就班進行操作，最后結(jié)果與教師或教材描述的一致認為實驗成功，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生答案。例如在進行酶的發(fā)現(xiàn)史及概念的教學，教師先讓學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)符合無機催化劑的特點：能夠改變其他化學反應(yīng)的速率，但自身的質(zhì)量和化學性質(zhì)在化學反應(yīng)前后沒有改變。但他是有機物又有自身的個性特點。很自然地轉(zhuǎn)到酶的特性的教學。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，在教學實踐中發(fā)現(xiàn)這樣的課型設(shè)計有利于激發(fā)學生的求知欲與學習興趣。使學生始終置身于親自動手實驗和自己設(shè)計、積極思考的學習情景中。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)了學生探究新事物的求知欲和學習興趣，同時有利于發(fā)揮教師的主導作用和學生的主體作用。像這樣即有學生的實驗操作又有生物基本知識的學習的課，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)壁分離和復原實驗等實驗都可以在探究實驗中融人生物學知識的教學。綜上所述，在推進新課程、重視實驗教學、重視探究性學習的今天，要改變原有實驗教學的弊端，就要實現(xiàn)生物探究實驗與生物學知識課堂教學的整合，實驗不再是應(yīng)付式的機械式的純操作，而是學習生物學知識、培養(yǎng)技能和能力的手段；生物學知