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1、 学 校 代码 10135 论文分类号 学 号 2004216010 研究生类别 教育硕士 碩士学位办文 关于生物探究性实验教学 对提高学生实验设计能力的研究 Try to enhance students9 ability of designing biological experiments by the teaching of biological experiments 专业学位类别 : 专业方向： 申 请 人 姓 名 ： 指导教师姓名 : 教育硕士 学科教学 生物 薛玉梅 斯琴巴特尔教授 2007 年 6 月 5 日 中文摘要 生物实验既是中学生物教学的重要内容，又是最常见的有效教学
2、方 式，也是培养学生创新能力的重要途径。但是，传统的生物实验教学过 分强调让学生学会某种知识和技能，而生物学科中的科学方法的培养， 探究正理的科学精神和态度的培养似乎难以引起教师的关注。在这种教 学模式和指导思想下，学生不可能正确掌握这门学科的科学方法、思维 方式，对生物学科难以产生浓厚兴趣，缺乏学习、探究的原动力。这符 合当今强调的培养创新型人才的教学模式。 为了使实验教学既能满足当前高考教学改革的要求，又尽可能挖掘 实验教学不同于课堂教学的巨大能动性，培养学生对生物学科的兴趣、 提高学生的综合能力，笔者阅读 了大量文献资料，结合自己多年的实验 教学实践，依照自然科学方法论和建构主义学习原理
3、，认为在生物实验 课堂教学中采用探究式教学方法，能够创设情景，引导学生自主学习、 主动探究，为学生提供充分的思索、质疑、探究、讨论的机会，才能达 到培养创新性人才的目的。根据探索性原则、过程性原则、问题性原则、 民主性原则、自主性原则和发展性原则，探讨了在中学生物实验教学中， 如何以探究性教学理论为指导，积极有效地开展探究性实验教学，提高 学生实验设计能力，帮助学生认识自我，建立自信的教学模式，以加强 生物实验教学效果，旨在培 养学生学习兴趣，转变学习方式，培养学生 的合作能力和实验设计能力，最终提高学生的综合能力。 在实施手段上，选择高中生物教材中几个典型实验，以演绎探究、 归纳探究、定向探
4、究和自主探究的教学模式进行探究性实验教学，并评 价其优劣，以探究本实验教学手段对提高学生实验设计能力方面所起的 作用。统计分析表明，实验班学生在生物实验兴趣、实验探究能力、实 验设计能力、生物学业成绩等方面比对照班有明显的提高。在实验设计 能力方面，实验前测试成绩差异不显著 (P 0.05)，而实验后测成绩差异 显著 (P 0.05)，实验后两班两 次测试成绩都具有差异显著(P 0.05) But the post-scores were significantly different, (P0.05) the two post-test scores were distinct(PJ 内容所
5、反映的事物和自己已经知道的事物相联 系，并对这种联系加以认真地思考；学会协作学习，利用与学习伙伴的交流与讨论、 协商，提 _知识建构的效率和质量。 教师不再是知识的传授者、灌输者，要成为学生建构意义的帮助者。教师在教学 过程中要激发学生的学习兴趣，帮助学生形成学习动机；要创设符合教学内容要求的 情境和揭示新旧知识之间联系的线索，帮助学生建构当前所学知识的意义；要组织协 作学习，并对协作学习过程进行引导使之朝有利于意义建构的方向发展 14。 建构主义特别强调学习中情境的创设问题。事实上，任何知识的意义总是依赖于 其产生的情境，科学知识更是如此。长期以来，由于各种原因，传统的生物教学已越 来越丧失
6、了科学教育的本性，将生物科学知识仅当作一类简单的符号编码语言，从教 师一方传递给学生一方，而经过这样的传递之后，知识已不是其全部，只剩下了符号 编码，而包含在知识中的获得过程、研究方法以及意义的存在情境被抛 弃了。通过生 物实验可以为学生创设学习生物知识的真实情境，通过与情境的互动，学生不但可以 获得活的生物知识，建构生物知识意义的理解，形成科学概念，而且在体验知识获得 的真实过程中，学到科学研究的方法，体验科学研究的过程，这不仅是生物教育的最 终目标，也是我国，乃至全世界提高公民科学素养的共同追求。 2.2探究性实验教学的确定 2. 2. 1 “ 探究性实验 ” 的界定 探究性实验来自 “
7、探究性教学 ” ，其早期表现是 “ 发现法 ” 和 “ 问题解决法 ” 15。 “ 发现 ” 是以培养学生探究性思维能力为目的，光有 “ 发现 ” 只能算作 “ 探 ” ，而 “ 问 题解决 ” 就是 “ 究 ” 了。在实验教学中，总会碰到这样那样的问题，因而 “ 探究性实 验 ” 也就作为 “ 探究性教学 ” 的一部分应运而生。那么什么是探究性生物实验呢？ 根据探究性实验教学思想的形成和发展的基本观点，中学生物实验的教学目标以 及探究性实验的功能，对探究性实验作如下界定：所谓探究性实验，是指学生在不知 晓实验结果的前提下，运用实验手段，探究未知的生命现象或原理，并在教师的引导 下，对自己的实
8、验能够进行科学的解释、分析，从而上升为理性认识 ，得出科学的结 论。它不仅能突出学生在实验教学中的主体地位，而且能让学生亲身经历实验过程对 未知结论的探究，激发学生对所学知识的浓厚兴趣，还能培养学生的创新意识，初步 形成科学态度和科学方法，提高学生的观察问题、分析问题和解决问题的能力。 与传统的验证性实验相比，探索性实验具有以下特点：实验的探究性和过程的自 主性；实验内容的综合性、趣味性和知识技能的应用性；实验要求的灵活性及组织的 多样性。 “ 在实验过程中突出学生学习的主体性；以培养过程技能为主要目的；以个 别或小组 为基本组织形式；教师引导而不是控制实验过程 ” 15。 探究性实验是培养具
9、有创新人才的一种好方法，它能使学生通过自主参与类似于 科学实验研究的学习活动，获得亲身体验，逐渐形成善于质疑、乐于探究、勤于动手、 努力求知的态度，从而促进学生形成良好的实验设计习惯和创新意识，培养了学生创 新精神和生物实践能力，提高了学生的科学素养。因此，我们应该教会学生探究性实 验的设计与研究。 2. 2. 2探究性实验教学的内涵 北京师范大学陆喜江教授认为探究性实验教学可以从以下几个方面辨别：从教学 目的上看，实验是否更加关注学生的学习过程和对结论的解释；从教学理念和教师作 用上看，教师是否把课堂 “ 主角 ” 还给学生，把学生看作是天生的探究者，转变学习 方式；从实验的内容和形式上看，
10、是否是与人类生活紧密相关的，激起学生探究欲望 的问题；从教学模式上看，其教学模式是否体现了师生互动、生生互动的特点；从认 知顺序上看，探究性实验是实验在前，概念的形成、规律性的认识在后，前者是后者 在认识上的感性基础，后者是前者发展的必然结果。 2.2.3 “ 生物实验设计能力 ” 的界定 “ 生物实验设计能力 ” 是学生运用己具备的生物学 知识和实验技能，构思解决问 题方案的能力 6。培养学生的生物实验能力，是中学生物教学大纲明确提出培养学生 观察能力、思维能力、实验能力和自学能力四种能力之一 16，而生物实验设计能力既 是实验能力的重要内容，也是实验能力的最高层次，其本身具有较强的综合性、
11、创造 性和灵活性。生物实验设计的综合性，是指进行生物实验设计必须以一定的知识和实 验技能为基础，换句话说，它既包含着对有关知识的掌握，也包含着对有关操作技能 的掌握。如果没有生物知识和实验技能的综合运用，是根本不可能进行生物实验设计 的。生物实验设计的 创造性，是指通过实验设计，可以充分发挥学生的聪明才智，让 学生运用自己所学知识，创造性地构思、设计解决问题的途径和方法。生物实验设计 的灵活性，是指对于要解决的问题，根据不同的实验条件，可以设计不同的方案，即 使在相同条件下，也可以进行不同的设计。 2. 3探究性实验的设计原则 (1) 探索性原则 探究性教学所涉及的生物规律往往隐藏在知识的深层
12、结构，需要学生去挖掘和感 悟；解决问题的途径与方法往往不太明确，需要学生去尝试并提出假设和验证假设。 问题的不确定性最能引起学生的好奇 心，激发学生求异创新的愿望，培养学生严谨务 实的科学态度和科学精神，増强学生思维的变通性和灵活性。 (2) 过程性原则 探究性教学设计要注重过程性原则，从问题的引出，提出假设、收集证据、分析 与处理、评价与交流的全过程引导学生参与，锻炼学生推理、思维、实验的能力。探 究性教学设计安排有一定梯度，具体活动过程应由易到难，逐步加大探究力度，探究 活动数量应考虑由少到多，使教师和学生有一个逐步适应的过程。 (3) 问题性原则 探究性教学模式实施的关键是 “ 问题环境
13、 ” 的设计。问题环境的设计不仅包括问 题本身的设计，还包括问题的引入方式、利用方式、预计解决方式、连锁引发新问题 的方式等。结合日常教学，引导、启发学生去延伸、开拓问题链，重视并利用学生在 学习中提出的疑惑和问题，引导他们相互解疑。以问题为载体和核心围绕着问题的提 出和拓展而展开，要求教师创设有利于学生产生问题和解决问题的教学情境。也就是 创设 “ 微科研 ” 的问题环境，让学生更多地体验探索，自主解决问题的过程。 (4) 民主性原则 营造一个有利于探究性教学的环境，形成和谐、愉快、勤奋、民主的氛围，会诱 发学生的探索欲望。在探究性教学中，教师要尊重学生的意见 、尊重学生的情感、尊 重学生的
14、选择，使学生敢问、敢疑、敢探索，形成以民主、平等、开放、合作为特征 的教学氛围。鼓励学生冲破常规思维，同中求异、异中求同，既能拓展思路又能进行 富有创造性的活动。 (5) 自主性原则 学生在探究教学活动中的自主性，首先表现在他们是具有独立的主体意识，有明 确的学习目标和自觉积极的学习态度，能够在教师的引导下独立感知和理解教材，并 将书本知识转化为能力并运用到实践活动中去；其次，学生对学习活动能进行自主支 配、自我调节的控制，充分发挥自身潜能，主动去认识、学习和接受教育，通过逐步 自主地去 “ 做 ” 和 “ 悟 ” ，学会学习，学会创造，从而学会生存，学会发展。 (6) 发展性原则 探究性教学
15、以促进学生智力和非智力素质的发展为目的，重在激发学生探索问题 的兴趣，给学生留有继续思考和探索的时间、空间，拓展、深化已解决的问题，营造 一种完而未完、意味无穷的教学心理境界 17。 总之，探究性教学模式力求做到教学方式由注重教师 “ 教 ” 向注重学生 “ 学 ” 转 变，由注重学习系统化知识向注重学习生活化、整合化的知识转变；由注重知识的强 制性接受向注重学生对知识的主动性探究与建构转变；由注重个体学习进步向个体学 习与集体协作并重转变；由注重统一标准向关注个体差异转变 。教师在课堂上应变 结论式教学为过程式教学，寓 “ 学法指导 ” 于同步教学之中，变学生被动接受知识为 主动探索问题，把
16、教学过程变成学生主动发现和探求问题的过程，变成学生生动活泼、 主动发展的过程。 3. 探究性实验教学研究的过程和方法 国内外对探究性实验的研究是以理论研究为主，实践研究较少，尤其是课堂探究 性实验教学的相关研究。在深入理解探究性实验教学设计理念的基础上，将探究性教 学的理念融于课堂教学，选择实验对象开展课堂实践研究，实现理论与实践的结合。 3. 1 研尤目标 通过教学实验在一定程度上揭示生物探究性实验教学与学生实验设计能力提高 之间的联系。并能使学生初步掌握科学研究的基本方法和基本程序。让学生学会思考、 学会学习，为终身学习打下基础，实现学生个体的可持续发展。 具体目标： (1) 通过本课题的
17、研究，突出探讨：应用探究性实验教学模式发展学生实验设 计能力的可行性和有效性。 (2) 通过本课题的实施，深化实验知识，对学生进行理性思维方法训练，寻求 提高学生分析问题、解决问题能力的有效途径和方法，发展学生思维能力。 (3) 探究性学习在高考中的体现是实验设计题，是对学生分析问题、解决问题 能力、综合运用知识能力的考察。而这正是传统教学模式下的学生的普遍弱项。通过 此课题的研究，希望会对这类问题的解决有所帮助，让学生在高考中直接受益。 (4) 通过本课题的实施，促进教师教学理念的更新和学生学习方式的转变，提 高课堂教学质量和效益。 3. 2实验对象 本研究的实验对象为鄂尔多斯市第一中学 2
18、004级高二年级的两个平行班 247班 和 248班学生。此年级学生在进入高二年级学习前进行了全年级的重新分班，依据即 为高一第二学期期末考试 6 门学科总成绩确定高二 3 个重点班， 11 个为平行班。其 中分班后的 11 个理科平行班总分、平均分相差不大，人数相当，且学生进入高二年 级学习前只接受过初中的生物知识，高一年级均未接触过生物学习，因此，两班具有 一定的可比性，参与实验的两个班随机设定如下：高二 247 班为实验班，学生人数为 50;高二 248 班为对照班，学生人数为 50。 3. 3实验时间 本课题的研究时间近两年，分三个阶段进行 2005 年 6 月一 2005 年 8 月
19、为准备阶段。学习理论与探讨，查阅资料、文献，制 定方案，确定实验及对照班级。 2005 年 9 月一 2006年 8月为实施阶段。在学习、研究理论的基础上，对实验班 进行了教法、学法的改良、实施。使实验班学生的观察能力、操作能力、思维能力、 以及设计实验能力得到培养和提高。 2006 年 9 月一 2006年 12 月为总结验收阶段。学生实验能力培养成效的调查、 测试。对课题进行全面的分析检测，总结评估，形成研究报告。 3. 4实验假设 (1) 通过教学实验，能够提高学生生物学习的兴趣，转变学习态度； (2) 通过教学实验，能够培养学生科学思维能力，提高学生实验能力，特别是实 验设计能力； (
20、3) 通过教学实验，能够提高学生生物学科成绩。 3. 5教学实验材料 全口制普通高级中学教科书 (试验修订本 必修 ） 内容为教学实验的内容。以生物 教学大纲规定的教学课时为教学实验时限。 3. 6教学策略 对照班教学采用常规的教学方法，以启发、讲授法为主，采用常规的验证性实验 的授课方式，强调教师的讲解和学生对知识的理解和识记。对实验班的实验处理则为 加强探究性实验教学，课堂教学内容的安排注重从实验入手，以探究实验教学理论为 指导，结合高中生物教学的实际，构建适合高中生物实验教学的探究教学策略。该策 略总的指导思想是：以学生的发展为本，整个教学活动中，由教师起组织者、指导者、 帮助者和促进者
21、的作用，通过创设情境引导学生思考，提出问题并做出假设，诱发学 生充分发挥其主动性、积极性和创新精神，最终达到使学生有效地实现对当前探究知 识建构的意义，并最终能提高学生的实验能力，特别是实验设计能力。 3. 7实验程序 (1) 前侧：由于高一没有生物课 ,所以我用九月份月考成绩 确定为实验班和对照班 前测成绩，同时进行生物学习兴趣、态度问卷调杳和生物实验能力问卷调杳。 表 2 实验班与对照班前测成绩比较 班级 人数(N) 平均分（ X) 标准差 （ S) T 检验结果 实验班(247) 50 75.63 10.28 P0. 05 对照班(248) 50 74.74 11.89 由表 2可见，两
22、个班级的平均分、标准差较为接近，在具体教学中， 248班采用 常规的传统教学方法，而 247班则在生物实验中开展探究性学习。 (2) 无关变量的控制：两班均采用相同的教材，遵循相同的教学大纲，由本人同 时执教实验班和对照班，并严格按照教学大纲进行教学，教学的总课时相同，课外作 业量、批改量一样 ,保证授课时数的相同，不再另找时间给学生补课，并且作业控制 在基本相冋时间内完成。 (3) 后测：第二个教学实验阶段过程中，两个班的学生接受同样的高二期末测试、 实验设计能力的专题测试和鄂尔多斯市教学质量检验统一考试测评，所得到的成绩作 为因变量的标记及评价的具体指标，即为后测成绩。比较教学实验完成后的
23、效果。 4. 探究性实验教学对提高学生实验设计能力的实施策略 (1) 进行探究性实验，培养学生实验设计能力的基础是教材中的实验内容 建构主义教学观认为：实验教学是一个以学生已有的知识和经验为基础的主动的 建构过程 15。课本中的实验内容是课程标准要求学生掌握的最基本的内容，是学生进 行其他实验的基础，虽然高考不再直接考查课本内容，但学生使用仪器和实验操作的 能力，观察实验现象、收集实验数据的能力，处理实验数据表达实验结果的能力，做 出实验假设和设计实验方案的能力都是通过平时的实验学习获得的。离开了课本实验 的讲解和练习，学生的实验能力不会形成，所以说课本实验教学是培养学生实 验能力 的基础。
24、(2) 注重课本经典实验，展现科学探究过程，加深学生对实验设计思想的理解 重视对经典实验的深层次教学，充分挖掘经典实验中的科学思想。 经典实验中 包含着科学的设计思想。如孟德尔的基因遗传规律研究的经典实验掲示了实验设计思 路的全过程：观察现象一提出问题 一假设推论一实验验证一得出结论。 经典实验中 包含着精密的思维要素。如在验证 DNA 是遗传物质的著名实验一噬菌体侵染细菌实验 中，为了验证DNA 是遗传物质而蛋白质不是遗传物质，最关键的实验设计思路就是设 法把病毒的 DNA与蛋白质分开 (应用了同位素示踪法），然后单独地、直接地去观察 DNA 的作用 19。 经典实验中包含正确的研究方法。这
25、些经典实验，通过启发式教学， 有利于学生掌握经典实验的科学思想，加深了学生对实验设计思想的理解。 (3) 实施探究性实验教学的递进性 探究性实验教学的设计是教师对所提出的问题在课堂结构上进行总体规划的过 程，或者是学生根据自己所学的生物学知识和技能，独立地在教师的启发下，灵活地 对所提出的问题制定解决方案，它是进行实验探究的关键一 步，决定着探究的问题能 否顺利解决。由于学生的知识基础、能力发展水平和身心发展规律 具有不成熟性，决 定了他们不可能完全成为独立的探究个体，如果一下子让学生进行纯探究性的实验， 学生势必束手无策或盲目探究，最终演变成实验上的混乱，达不到预期的效果，故应 该逐步培养学
26、生的探究能力。从纯验证性实验到纯探究性实验，其间可以有过渡阶段。 可以实行渐进式探究性实验教学，即先在教师的指导下，进行局部的定向的探究，逐 渐的进行定向与部分自由探究相结合的探究性实验，再进行纯自由探究性的实验。在 渐进式实验教学中，重视对学生的引导，力求有助于学生的探究。 5. 探究性实验教 学与学生实验设计能力培养的实践 5.1 应用 “ 演绎探究 ” 教学模式的探究性实验教学实践 探究是一种涉及形成问题，观察现象、建立假设，分析数据，解释预测，做出结 论等多侧面的复杂活动。一般从两种维度来划分按这些方式组织起来的探究教学：从 师生所起作用的程度不同，将其分为定向探究和自由探究；按学生思
27、维方式的不同， 将其分为归纳探究和演绎探究 15。 5. 1. 1演绎探究的概念及其理论 演绎是指从一般到个别的思维方法或推理形式。许多教师教学时，习惯于先讲解 概念或原理，然后再给出具体事例加以进一步说明。正因为进行演绎式教学时，先概 念后例子，学生并非一定要寻找任何信息或自己弄清什么事情，因而被认为是讲解式 或可接受式。然而，演绎法也可引起探究活动，演绎式教学也可进行探究性实验的。 这里关键问题不在于是归纳式还是演绎式，而在于它们能否引起学生积极地进行探索 活动。舒尔曼 (L.S.Sublman)认为规则 (概念或原理 )和答案都是由教师提供时，教学 便是讲解式或接受式，当教师只提供规则而
28、不给答案时，教学便是定向演绎探究式 18 在演绎探究中，由学生自己探索它们与具体事例的实质性联系的探究。演绎探究 式的典型特征是 “ 概念或原理先于经验 ” 15。具体说就是：第一个阶段为讲解式， 介绍要学的概念或原理；第二阶段为探究发现，要求学生举出概念或原理的事例，并 分析它们之间的联系。 5. 1.2 演绎探究模式的应用及实验结果的分析 教学实例 : 运用 “ 演绎探究 ” 教学模式探究植物茎负向地性生长的原因 提出问题并组织学生讨论： 现行高中生物教材，在绪论中介绍生物体都有应激性时，举了一个例子： “ 植物 的根向地生长，而茎则背地生长，这是植物对重力发生的反应 ” 。在介绍生长素能
29、够 促进植物生长时，提到：如果我们把一株盆栽的植物放在窗口，往往可以看到幼嫩的 枝向着光源生长。这是植物茎的向光性。植物为什么能够显示向光性呢 ?这与单侧光 引起的生长素分布不均勻有关系。光线能够使生长素在背光一侧比向光一侧分布多。 因此，背光一侧比向光一侧长得快。结果，茎就朝着生长慢的一侧弯曲，使植物的茎 显示出向光性。 学生学习了以上两部分内容后，对植物的根向地生长是植物对重力发生的反应， 无可非议，对茎负向地性生长的事实也乐于接受，但究 其原因却意见分歧。有的说： “ 就光而言，把一株盆栽的植物放倒，光线自上而下照射，如同把这株盆栽的植物放 在窗口，茎负向地性生长，是单侧光引起生长素分布
30、不均匀造成的结果。 ” 有的说： “ 茎的负向地性生长，是重力和单侧光共同作用的结果。 ” 大部分学生则认： “ 课本上 讲的，不能有误 ” ，争执不休。 那么，植物的茎负向地性生长的原因是什么？ 提出假设 探究植物的茎负向地性生长的原因是重力的作用或是单侧光的作用或是重力和 单侧光的共同作用。 实验探究 实践是检验真理的唯一标准的原则，按以上思路，学生动手实验，观察并记录， 解决心中的疑团。 实验一：把一株盆栽的植物幼苗放倒，然后，用一个无底的硬纸盒扣起来。几天 后取掉硬纸盒，发现植物的茎负向地性生长了（图 1. a)。 实验二：把两株盆栽长势相同的植物幼苗，分别用两个无底的硬纸盒扣起来。这
31、 两个硬纸盒大小形状完全相同，只是给其中一个硬纸盒壁的一侧穿一小孔，让光线从 小孔射入。几天后，取掉硬纸盒，发现未穿小孔的硬纸盒内的植物幼苗的茎向上直立 生长；而有小孔的硬纸盒内的植物幼苗的茎向着小孔一侧弯曲生长了。（图 l.b) 实验三：把两株盆栽长势相同的植物幼苗放倒，然后，分别用无底的硬纸盒扣起 来。这两个硬纸盒的大小形状完全相同，只是给其中的 1 个硬纸盒上方穿 1 个小孔， 让光线从小孔射入。几天后，取掉硬纸盒，发现两株植物的茎均背地生长了。同时还 发现，打有小孔的硬纸盒内的植物幼苗茎背地生长向上弯曲度要大一些。（图 l.c、 d) 图 1 植物向性运动实验 a. 水平放置幼苗茎有负
32、向地性生长的特性 b. 幼苗茎有正向光生长的特性 c. d.负向地性生长幼苗同时还可发生向光反应 学生交流、讨论 做过上述 3个实验以后，及时组织学生对实验结果进行分析讨论。 实验结果与分析 经过讨论，取得了共识，概括起来有以下 3点： (1) 从第一个实验得出，在无光照情况下，植物的茎背地生长，是植物对重力发 生的反应。 (2) 从第二个实验得出，重力对植物茎的影响相同的情况下，植物幼苗茎受单侧 光的影响，可发生向光反应。 (3) 从第三个实验得出，在重力和单侧光同时存在时，生长素在近地侧比远地侧 分布得更多，因此，茎背地生长弯曲的速度也就更快一些。 实验结论： 重力能够引起生长素近地侧比远
33、地侧分布多。因此，近地侧比远地侧长得快。结 果，茎就朝向生长慢的一侧弯曲，使植物的茎显示出负向地性生长。若把盆栽的植物 放倒，在自然单侧光和重力的双重作用下，负向地性生长幼苗茎同时还可发生向光反 对照班则未进行课 外实践活动，只是要求学生查阅相关的资料和书籍，然后在本节 内容的复习课时，带领学生共同讨论后得出结论。学生只是充当了一名听者或临时凭 自己的想法发表意见。在习题解答过程中，对照班的大部分学生对于此部分知识的掌 握和理解上，明显弱于实验班的学生。 案例分析 在上面的探究实验教学过程中，学生在已知幼苗茎负向地性生长的实验原理，又 通过实验，探索它们与老师创设的具体实验情境的实质性联系。学
34、生所得出的结论也 许不太确切，但这并不重要，重要的是他们在探究过程中初步掌握了科学研究的一般 方法。教师在教学过程中发现课题，进而提出问题，设计实验，验证猜想，这体现了 科学发现的一般过程。通过探究性实验提高了学生进行科学研究的能力，包括在实验 中观察和对实验现象、数据记录的技能、实验仪器使用技能、寻求合理证据的技能、 假设检验的技能、表达技能、求异思维技能、协作技能，特别是实验设计技能都得到 了充分的锻炼和发展。 5. 2应用 “ 归纳探究 ” 教学模式的探究性实验的教学实践 5. 2. 1归纳探究的概念及其理论 顾名思义，归纳探究是从个别或某类事例出发，经过探究得出一般结论的探究。 在归纳
35、探究活动时，学生先获得一系列观察资料，然后对他们进行观察、分析，形成 假设，经过检验后从而形成概念、原理或得出某种概括。进行归纳探究时，学生事先 没有掌握有关抽象的科学知识诸如科学概念、科学原理或理论等，只有在观察和分析 具体资料后才能获得 18。从某种意义上说，归纳探究的特征是 “ 经验先于概念或原理 ” 15 归纳探究具有多方面的作用，首先，它使学生在积极动手、动脑活动的基础上获 得理解，是教科学知识的有效手段。其次，探究中的归纳活动，使教学形式多样化， 能调动学生的学习兴趣，激发学生的学习动 机。再次，它要求学生亲自观察和思考， 既动手又动脑，使每个学生都有参与活动的机会，提高教学的参与
36、程度。最后，它有 利于发展学生的观察、分类、假设、预测、推理等过程技能。概言之，采用归纳探究 教学，不仅能有效地促进学科学知识，而且能形成学生的过程技能和探究态度，促进 学生个性的健全发展。 5. 2. 2归纳探究模式的应用及实验结果的分析 教学案例 运用归纳探究模式，探究 “ 叶绿体色素提取和分离 ” 实验中最佳材料的选择。 发现问题并提出问题 该实验的目的是为了提取和分离叶绿体色素，验证叶绿体色素的种类及颜色。在 传统的验证性实验教学中，实验用的器具、材料都是由教师课前准备好的，学生根本 不会去思考为什么要选用这种器具、材料。至于有没有其它的器具、材料可代用呢？ 学生不去思考。在取材上课本
37、建议使用菠菜叶片，从以往的教学经验中得知，实验后 学生就局限在菠菜这一材料上，正是教材的这点不足，恰恰可以确定为实验的探究点。 教师提出： “ 是否还有其它更适宜的材料呢 ?在选用和使用材料时应注意哪些问题呢？ ” 创设情境： 探究式教学首先要激发学生的探究欲望，营造一 个让学生主动参与的教学情境。 教师提出以下问题引入新课： (1) 各种植物的叶片颜色为何有所不同？ (2) 叶绿体中的色素有哪些种类 ?各色素颜色如何？ (3) 要研究色素，如何提取色素？ (4) 除了菠菜，还有其它适宜材料吗 ?用我们采集到的叶片试试。 由于实验要求的变化，学生不能直接从课本上找到答案，只能通过亲自实验、细
38、心观察才能作答，加上学生对自己选择的实验材料非常关注，他们跃跃欲试。 作出假设： 学生分成 10 组 (每组 5人），每组学生对所选用的材料作出假设。 设计实验方案： 利用教师提供的器具和教师教给的探究方法，学生学习设计实验方案，教师总结 各小组的实验方案。学生设计的方案现归纳如下： 方案一 选用新鲜的芹菜叶、白菜叶、迎春花叶、菠菜叶、大蒜叶片（以上几种叶在市 场和生物花卉室中能采集到 )分别做 5个实验。 每个实验都是将 5g的绿色叶片剪碎，放人研钵中，加人少许碳酸钙和少许石 英砂，再加人 2ml 丙酮，进行迅速充分的研磨，过滤把提取液收集到试管中。 按课本的方法进行色素分离。 方案二 选用
39、晾干的芹菜叶、白菜叶内叶片、迎春花叶、菠菜叶、大蒜叶片（以上几种 叶在市场和生物花卉室中能采集到 )分别做 5个实验。 每个实验都是将 5g的绿色叶片剪碎，放入研钵中，加人少许碳酸钙和少许石 英砂，充分研磨，再加人 2ml 80%丙酮或 80%无水酒精，迅速研磨，把提取液收集到 试管中 2 。 按课本的方法进行色素分离。 实验探究 根据自己的实验设计，进行实验。观察并记录提取液颜色、色素分离效果。 方案一的实验结果如下表 3。 表 3 新鲜叶片叶绿体色素的提取和分离 实验 编号 实验 材料 研磨前加 入的物质 提取液 的颜色 1 新鲜芹菜叶 Si02、 CaC03、 丙酮 褐绿色 2 新鲜白菜
40、内叶 Si02、 CaC03、 丙酮 淡黄色 3 新鲜迎春花叶 Si02、 CaC03、 丙酮 青绿色 4 新鲜菠菜叶 Si02、 CaC03、 丙酮 青绿色 5 新鲜大蒜叶 Si02、 CaC03、 丙酮 绿色 色素分离效果 能看到四条色素带，但第 二条色素带不清楚 没有呈现色素带 四条色素带明显、清晰 能看到四条色素带，但第 二条色素带不清楚 四条色素带明显、清晰 方案二的实验结果如下表 4。 实验 编号 实验材料 研磨前加入的 物质 研磨后加入的 物质 提取液 的颜色 色素分离效果 1 晾干芹菜叶 Si02、 CaC03 80%丙酮 褐绿色 能看到四条色素带 第二条色素带不清 2 晾干白
41、菜内叶 Si02 CaC03 80%丙酮 淡黄色 没有呈现色素带 3 晾干迎春花叶 Si02、 CaC03 80%无水酒精 青绿色 四条色素带明显 4 晾干菠菜叶 Si02 CaC03 80%丙酮 青绿色 四条色素带明显 5 晾干大蒜叶片 Si02 CaC03 80%无水酒精 绿色 四条色素带明显 学生通过独立实验主动地发现的问题是： (1) 芹菜叶片是绿色的，研磨后滤液为何是褐绿色的？ (2) 为什么淡黄色的大白菜内叶片不能做此实验？ (3) 为什么有些叶片的第二条色素带清楚，有些却不太清楚 ?色素带的宽度、清晰 度主要取决于什么因素？ 分组讨论与评价方案： 各小组汇报实验过程和实验现象，讨
42、论实验结论是否支持假设或提出修改实验方 案。最后对实验方案的实施作言简意赅的评价：实验方案一，能选用易采集到的几种 植物的叶子为实验材料，扩大了选材范围，从实验结果看，迎春花的叶、菠菜叶的色 素分离效果较好，但叶子未晾干，带有较多水分，故色素提取液中色素浓度不够，影 响分离效果。实验方案二最大的优点是将选用的材料先晾干，提高了色素提取液中色 素的浓度，同时考虑到丙酮或酒精易挥发，因此丙酮或酒精是在研磨后再加。这两点 的改进使实验效果较好，但加酒精的提取液颜色较深，色素分离效果较好。 实验结论与分析： (1) 芹菜、大蒜等绿色叶片与菠菜叶片一样都可作为实验材料，其中大蒜叶片的 效果最好。芹菜的滤
43、液是褐绿色，但并不影响叶绿体中色素的提取和分离；淡黄色的 大白菜内叶片，叶绿素等色素还未形成，所以分离不出四条色素带，大白菜是靠绿色 的外叶进行光合作用而生长的。 (2) 叶绿体中含有的四种色素是叶绿素 a、 叶绿素 b、 叶黄素和 P 胡萝卜素，其 颜色分别是蓝绿色、黄绿色、黄色和橙黄色。 (3) 色素带的宽度、清晰度主要取决于各种色素的含量。 案例评析： 本实验的教学，教师从创设问题情境入手，激趣増疑，对学生的选择性起了积极 的作用。实验中学生独立操作，经历了质疑、思考、操作、分析、解疑的一系列思维 加工过程，其自主性、能动性明显提高；在探究过程中教师及时引导和鼓励学生有效 地开展讨论，从
44、多角度思考问题，拓展了学生的思维空间，其创造性思维得到了发展， 提高了自主分析问题、解决问题的能力。这样的教学，学生自己领略了探究的乐趣， 不仅实现了生物实验课的教学目的，而且发展了学生的主体性和自主实验设计的能 力。 通过这节实验课的教学实践，我对在生物教学中实施探究性实验有以下体会： (1) 遵循螺旋式上升的认知规律，避免 “ 一步到位 ” 式教学 在指导学生提出假设和设计实验验证假设时，一定要与该年龄段学生的认知水平 和认知规律 相一致。学生解决问题的过程是一个 “ 假设一验证一新的假设一再验证 ” 的过程，这个过程是呈螺旋上升的：初步假设到实验验证，再到进一步假设到再次验 证，直至得出
45、最终结论。学生的认知也是遵循此规律螺旋上升、不断进步的 。 (2) 注重科学探究意识的培养 经调查反应，在多数学生心目中，教材与教师有着绝对的权威，这对培养学生的 探究精神是不利的，因此我们要培养学生科学探究的意识，教会学生不迷信教材，敢 于挑战 “ 权威 ” ，真正具备 “ 发现问题的意识 ” 、 “ 提出问题的能力 ” 、 “ 科学探究的方 法 ” 以及 “ 严谨求实的态度 ” 和 “ 敢于创新的精神 ” ，帮助学生逐步实现从 “ 被动式 学习 ” 向 “ 主动式学习 ” 的转变。 演绎探究与归纳探究是根据思维方式而划分的两种不同的探究类型，在实际教学 中并不存在单纯的演绎探究或归纳探究。
46、事实上，归纳探究教学中渗透着演绎；演绎 探究教学时常需作归纳思维。一般说来，是采用归纳探究还是演绎探究，有两方面的 因素需要考虑：教学的情感目标和教学时间。演绎探究时，概念或原理由教师提出， 而学生的主要任务是发现实例与这些抽象观念的联系，其间出错或偶然学习的可能性 被减到最低限度。因而演绎探究不像归纳探究那么费时。如果教学内容多，教学时间 有限，就宜采用演绎探究。反之，如果教学时间充裕，而且希望学生都有参与教学的 机会，能体验到发现的快乐，宜采用归纳探险究。如果教学内容难于理解，学生接受 起来也比较困难，宜采用归纳探究，反之，则采用演绎探究。 5.3应用 “ 定向探究 ” 教学模式的探究性实
47、验教学实践 5. 3. 1定向探究的概念及其理论 所谓定向探究是指学生所进行的各种探究活动是在教师提供大量的指导、帮助下 完成的，它既包括教师提供具体教学事例和程序，由学生自己寻找答案的探究，也包 括教师给定要学的概念或原 理，由学生自己发现它与具体事例的联系的探究。开展定 向探究教学时，教师不是直接施教，而是尊重学生自己的判断和创见，引导学生探索 解决问题的途径。学生进行定向探究学习时，教师并未为他们铺平学习的道路，自己 仍需作出巨大努力，发挥主观能动性 18。 一般而言，学生刚开始从事探究活动时，由于缺乏探究经验，需要教师的指导， 宜采用定向探究。至于开展探究教学时，到底应给学生提供多少指导和帮助，并没有 统一的标准，这要视具体的学习内容和学生的能力水平而定。总的说来，提供的指导 和帮助应使学生成功的进行探究活动，以免他 们遭受太大的挫折或失败。另一方面教 师提供指导和帮助时应尽量采用提问的形式，要有利于学生思考可能的调杳研究程 序。也就是说教师的提问起着指明方向的作用，而不是告诉学生去做什么。恰 a 的时 候提出恰 a 的问题，能促使学生积极参与和创造性的调杳研究。反之，告诉学生怎么 做，则剥夺了学生动脑思考和创造性