學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng)與評價(jià)

1、學(xué)生“實(shí)驗(yàn)探究能力”的培養(yǎng)與評價(jià)摘 要 從“提出問題能力的引導(dǎo)策略” “方案設(shè)計(jì)與 實(shí)施能力的評價(jià)策略” 和“收集和展示數(shù)據(jù)能力的方法策略” 等方面，對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力進(jìn)行有效培養(yǎng)和評價(jià)。關(guān)鍵詞 實(shí)驗(yàn)探究能力 培養(yǎng)與評價(jià) 生物學(xué)教學(xué) 中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B 科學(xué)探究是生物學(xué)科的核心素養(yǎng)之一，也是一種學(xué)生學(xué) 習(xí)科學(xué)知識、發(fā)展理性思維、形成科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神的重 要過程和方式。實(shí)驗(yàn)探究是科學(xué)探究素養(yǎng)的重要組成部分， 而實(shí)驗(yàn)探究能力作為關(guān)鍵能力之一，主要由提出問題能力、 作出假設(shè)能力、方案設(shè)計(jì)與實(shí)施能力、收集展示數(shù)據(jù)能力、 分析解釋結(jié)果能力等組成。不同探究能力的培養(yǎng)其側(cè)重點(diǎn)和

2、策略有所不同，因此，在教學(xué)實(shí)踐中，教師要針對學(xué)生不同 探究能力發(fā)展的目標(biāo)，進(jìn)行有效的培養(yǎng)和評價(jià)。1 提出問題能力的引導(dǎo)策略 教師要針對特定的情境并依據(jù)學(xué)生日常生活的經(jīng)驗(yàn)，提 出有價(jià)值的可探究的生物學(xué)問題。 “提出問題”是實(shí)驗(yàn)探究 素養(yǎng)中的重要組成部分，也是學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)探究的前提 和保證。目前，教師在常規(guī)課堂中對于學(xué)生提出問題能力的 專題訓(xùn)練較少，學(xué)生大都只是依據(jù)自己的直覺提出問題，他們提出的很多問題是無法解決的問題，而且大多學(xué)生都沒有經(jīng)過推理再提出問題的經(jīng)驗(yàn)，也沒有意識去思考提出的問題是否能夠用實(shí)驗(yàn)來探究和驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)是否具可操作性等。因此，學(xué)生提出問題的能力需要教師適當(dāng)引導(dǎo)和針對性培養(yǎng)。1

3、.1 重視提出問題的思維過程顯性化 教師可將問題的形成過程進(jìn)一步顯性化，使學(xué)生了解提 出問題的思維活動(dòng)過程，激發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并提出問題。案例 1：教師展示韭菜和韭黃的圖片， 并附加文字提示：韭菜和韭黃是同一種生物。教師可以循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生提 出以下問題：（ 1） 韭菜和韭黃都是生活中常見的蔬菜，營養(yǎng)成分一 樣嗎？韭菜和韭黃，哪種更有營養(yǎng)？（2） 韭菜和韭黃既然是同一種生物，那么農(nóng)民是怎樣 種出了顏色不同的蔬菜？（ 3） 韭菜和韭黃既然是同一種生物，難道韭菜和韭黃 的細(xì)胞結(jié)構(gòu)中成分不一樣嗎？植物細(xì)胞的葉綠體含有綠色 的葉綠素，是葉片呈現(xiàn)綠色的主要原因，難道韭黃中不含葉 綠素嗎？（4） 韭菜和韭黃既

4、然是同一種生物，什么原因造成葉 片顏色不一樣呢？根據(jù)農(nóng)民培養(yǎng)韭黃過程，猜測難道葉綠素 形成需要光嗎？問題（ 1）聯(lián)系生活。若想探究營養(yǎng)成分，學(xué)生則要知 道各種成分的鑒定方法，這對于初中生來說實(shí)現(xiàn)起來有一定 的難度。對問題（ 2），教師可以引導(dǎo)學(xué)生上網(wǎng)搜索，或到農(nóng) 田里實(shí)地觀察其整個(gè)發(fā)育過程。但這個(gè)問題的外延較大。針 對問題（ 3），教師可以引導(dǎo)學(xué)生徒手制作葉片結(jié)構(gòu)的臨時(shí)玻 片，利用顯微鏡觀察。問題（ 4）是一個(gè)揭示事物本質(zhì)并能 通過多種植物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的好問題。產(chǎn)生好問題的思維過程：首先，找出兩個(gè)事物之間的區(qū) 別；再依據(jù)所找到的區(qū)別，利用學(xué)過的知識進(jìn)行簡單推理； 進(jìn)而依據(jù)一定的事實(shí)去假設(shè)推理，

5、提出一個(gè)能用實(shí)驗(yàn)來研究 的生物學(xué)問題；最后，再用科學(xué)、準(zhǔn)確的語言描述出來。1.2 設(shè)置“認(rèn)知沖突” ，引導(dǎo)學(xué)生提出問題 認(rèn)知沖突是指學(xué)生學(xué)習(xí)的新知識與學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié) 構(gòu)無法包容時(shí)所產(chǎn)生的矛盾。認(rèn)知沖突是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主 要?jiǎng)恿?，能促進(jìn)學(xué)生提出問 ? 。案例 2：蘇教版七上“探究植物的呼吸作用”實(shí)驗(yàn)中， 在選取植物進(jìn)行呼吸作用所需的實(shí)驗(yàn)材料環(huán)節(jié)時(shí)，筆者為學(xué) 生提供了多種生活中常見的新鮮蔬菜、 水果等， 并提出問題： 哪些材料可以做“探究植物的呼吸作用”的實(shí)驗(yàn)？學(xué)生毫無 遲疑地選擇了“菠菜葉” 。因?yàn)樵谠S多學(xué)生的前概念中，植 物的葉片可以進(jìn)行光合作用，植物的葉片也一定能進(jìn)行呼吸 作用。學(xué)生不知道

6、甚至不相信植物的其他器官也會(huì)進(jìn)行呼吸 作用。因此，教師想幫助學(xué)生解決這些認(rèn)知沖突，就要有意 識地引導(dǎo)學(xué)生提出新的探究問題： “植物的不同器官都能進(jìn) 行呼吸作用嗎？”這個(gè)問題是可以通過實(shí)驗(yàn)來探究的、有價(jià) 值的生物學(xué)問題，該探究的實(shí)驗(yàn)變量就是植物的不同器官。 教師可以提供等量新鮮的根、莖、葉、花等，以便于學(xué)生進(jìn) 行對照實(shí)驗(yàn)。1.3 創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生自主提出問題 提供直觀的實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)果、生活案例等是 激發(fā)學(xué)生自主提出問題的有效情境。案例 3：“探究植物光合作用的實(shí)質(zhì)”實(shí)驗(yàn)中，很多實(shí)驗(yàn) 現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)裝置材料都可以啟發(fā)學(xué)生自主提出問題。上課 時(shí)，教師帶一盆綠色植物走進(jìn)教室，其中該植物的部分葉

7、片 的正反兩面都用透明膠帶遮住。學(xué)生看到后會(huì)立即提出許多 問題：（1） 被透明膠遮住的植物葉片還能進(jìn)行光合作用嗎？（ 2） 植物光合作用需要空氣嗎？（3） 植物光合作用需要二氧化碳嗎？經(jīng)過教師引導(dǎo)和 師生共同分析，確定第三個(gè)問題是可探究的好問題。案例 4：在“探究植物的蒸騰作用”這節(jié)課，教師課前 可以為每個(gè)小組準(zhǔn)備一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置：一棵完整的富貴竹植物 插入裝有稀釋紅墨水的錐形瓶中（這里紅墨水中的紅色色素 代表無機(jī)鹽） ，水液面上方滴一層油，錐形瓶上方罩有一個(gè) 透明塑料袋。該裝置已放在陽光下幾天，在塑料袋內(nèi)壁已經(jīng)聚集了很多小水珠。課堂上，學(xué)生很快就可根據(jù)所觀察到的 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出如下問題：（1） 透

8、明塑料袋內(nèi)壁上的水珠是怎樣產(chǎn)生的？（ 2） 水液面上方為什么滴一層油？（ 3） 促進(jìn)水分在植物體內(nèi)運(yùn)輸和離開植物體的這一現(xiàn) 象是光合作用，還是呼吸作用？（ 4） 植物生長需要的無機(jī)鹽一般溶解在水中，水離開 植物體時(shí)，無機(jī)鹽為什么沒有離開植物體（塑料袋上看不到 紅色水珠）？（5）植物蒸騰作用散失水分是通過葉片還是莖？2 方案設(shè)計(jì)與實(shí)施的評價(jià)策略 方案設(shè)計(jì)與實(shí)施在整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究過程中起著承前啟后 的重要作用。美國國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)調(diào)評價(jià)與學(xué)習(xí) 的同等重要性；中國華東師范大學(xué)課程與教學(xué)研究所所長崔 允 ?t 教授認(rèn)為， 學(xué)會(huì)評價(jià)比學(xué)會(huì)教學(xué)更重要。2.1 常規(guī)評價(jià)工具的使用情況比較教師作出良好的教學(xué)決

9、策和學(xué)生作出改進(jìn)學(xué)習(xí)的評價(jià) 都需要準(zhǔn)確、充分的證據(jù)的支持。課堂層面的評價(jià)能夠及時(shí) 提供相關(guān)信息，滿足持續(xù)的信息需求，有助于保證評價(jià)的正 確性和有效性。因此，有效的評價(jià)需要借助一定評價(jià)工具、 情境或策略，把學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中所處的水平以各種方式反 饋出來，即隱性水平顯性化。教師從評價(jià)活動(dòng)中獲得的結(jié)果 用于改進(jìn)教與學(xué)，體現(xiàn)出一種建設(shè)性的評價(jià)觀。目前教學(xué)過 程中常見的評價(jià)工具其優(yōu)缺點(diǎn)比較可以給教師提供參考（表 1）。2.2 積極開發(fā)能力評價(jià)工具與框架 隨著課程改革的深度推進(jìn)，關(guān)注發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)， 以學(xué)科關(guān)鍵能力為突破口，重塑教育質(zhì)量觀，對生物學(xué)課程 進(jìn)行重整， 轉(zhuǎn)變教學(xué)方式和評價(jià)方式， 才能實(shí)現(xiàn)

10、“立德樹人” 的教育目標(biāo)?？v觀國際科學(xué)教育改革，從 20 世紀(jì) 60 年代開 始，教育界一直在探索實(shí)驗(yàn)探究能力的評價(jià)方式，主流的評 價(jià)方式包括現(xiàn)場觀察、工作單、紙筆測試等。但在國際上， 更多的評價(jià)項(xiàng)目則采用工作單進(jìn)行科學(xué)探究能力評價(jià)。結(jié)合 實(shí)踐，針對學(xué)生能力的提升，建立實(shí)驗(yàn)探究能力的評價(jià)框架 （圖 1），開發(fā)多種評價(jià)工具和學(xué)生表現(xiàn)水平標(biāo)準(zhǔn)等， 是發(fā)展 學(xué)生生物學(xué)科關(guān)鍵能力的有效策略。2.3 方案設(shè)計(jì)與實(shí)施能力的評價(jià)工具開發(fā)方案設(shè)計(jì)與實(shí)施評價(jià)工具的開發(fā)要遵循一定的原則。 科學(xué)性原則：實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊鞔_，實(shí)驗(yàn)原理要正確，實(shí)驗(yàn)材料 和操作的選擇要恰當(dāng)； 可操作性原則：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，選 擇的實(shí)驗(yàn)材料簡單易得

11、，裝置簡單、操作簡便，步驟少，實(shí) 驗(yàn)時(shí)間比較短； 設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)原則：只有設(shè)立了對照實(shí) 驗(yàn)，才能排除無關(guān)因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的 可信度和說服力； 單一變量原則：確保其他因素（無關(guān) 變量）不變，只改變其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)因素，觀察這個(gè)實(shí)驗(yàn)變量 對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響； 平行重復(fù)性原則：在同樣的條件下 可以進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)。案例 5：“探究人體需要的主要營養(yǎng)物質(zhì)” 的方案設(shè)計(jì)與 實(shí)施能力的評價(jià)工具開發(fā)（表 2）。3 收集和展示數(shù)據(jù)能力的方法策略 在收集和展示數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)，教師主要通過創(chuàng)設(shè)具體的情境 和任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生“觀察、分類、繪制圖表”等技能和方法。 具體策略如下： 讓學(xué)生了解觀察是探索生命奧秘的一種常用

12、的基本 方法。案例 6：活動(dòng)一：讓學(xué)生觀察思考事物常常需要注意 哪些事項(xiàng)。請學(xué)生在空白方框內(nèi)把思考成果寫出來并在小組 內(nèi)展示?；顒?dòng)二：交流和完善觀察的方法。活動(dòng)三：播放一 段蚯蚓生活的 ?頻，讓學(xué)生交流： 怎么觀察？觀察到了什么？ 有什么思考？提出了什么問題？先讓學(xué)生了解分類的基本常識和意義。如把某些特征相似的物體歸類到一起的方法 稱為分類；用分類的方法可以把信息或者事物有序地組織起 來，使相互之間的關(guān)系變得清晰易懂；再讓學(xué)生根據(jù)大小、 形狀、用途和其他一些重要特征來進(jìn)行分類。案例 7：請學(xué) 生根據(jù)所選擇的一種特征，把 10 朵不同的花分成兩類，然 后再選擇另一種特征，把這些花分成三類或四類繪制圖表。教師要讓學(xué)生明白怎樣才能使科學(xué)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù) 變得更有價(jià)值，就是要對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效整理，以便更好地理 解它們的含義。圖表是一種有用的整理數(shù)據(jù)的工具，并在具 體的案例中學(xué)生能認(rèn)識數(shù)據(jù)表、柱形圖和折線圖等常見的整 理數(shù)據(jù)的方法。案例 8：有關(guān)新聞報(bào)紙上有這樣的信息：某 地區(qū)6月份的總降水量為 4 cm; 7月份為2.5 cm ;八月份為 1.5 c