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1、网络环境下的生物实验探究能力的培养刘建新 广东东莞市厚街中学 摘要：本文以文献研究法、案例研究法、行动研究法探讨了如何进行网络环境下的生物实验探究能力的培养，并提出了相应的教学和评价策略。关键词：网络 生物实验 探究能力 培养一、 问题的提出高中生物课程标准倡导探究性学习，培养学生搜集和处理科学信息的能力、分析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力等，重在培养创新精神和实践能力。目前我国生物探究实验主要侧重于利用生物实验仪器开展探究，而对如何发挥网络在学生生物实验探究能力培养的方面则较少研究。我校的设备为开展这类实验提供了可能。我校的网络硬件设备好，学校有理化生三个网络环境下的探究性实验室，与
2、国际互联网相连接，能够实现学生实验与模拟实验同步。 全校每间课室都有电脑多媒体，且随时可以接入国际互联网。校配备四个电脑室，有近300台学生用电脑。二、 理论支撑1.建构主义理论。建构主义学习理论是由皮亚杰（J.Piaget,1896-1980）提出来的 7 ，建构主义认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助学习是获取知识的过程其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。由于学习是在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人的帮助即通过人际间的协作活动而实现的意义建构过程，因此建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“会话”
3、和“意义建构”是学习环境中的四大要素或四大属性。2.后现代主义理论。三、 相关概念的界定一）网络等概念1. 网络:计算机网络是用通信线路和通信设备将分布在不同地点的多台自治计算机系统互相连接起来，按照共同的网络协议，共享硬件、软件和数据资源的系统。2.科学探究：美国国家科学教育标准（National Science Education Standards）中指出：科学探究，是科学家们用以研究自然界并基于此种研究获得的证据提出种种解释的多种不同途径；科学探究也指学生们用以获取知识领悟科学思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动1。我们认为：科学探究就是某一个体围绕着问题或任务进
4、行的一种探索活动。3.能力：就是指顺利完成某一活动所必需的主观条件。 它是直接影响活动效率，并使活动顺利完成的个性心理特征。二）生物探究能力的组成要素在起源于20 世纪60 年代的国际科学课程改革中,很多研究者倾向于把科学探究能力划分为一系列探究要素,诸如：观察、分类、描述、操作定义、假设、控制变量、实验、解释数据、形成结论等探究要素或探究子过程2。国外目前的测评机构把观察、分类、数学应用能力测量、交流、预测、推断、解释数据、控制变量、建立假设、操作定义、实验等基本技能和综合技能作为科学探究能力的要素3。国内目前大多把观察、测量、推理、实验作为评定科学探究能力的要素。我们认为生物探究能力的组成
5、要素有以下方面：提出问题、猜想与假设、制定计划 、进行实验 、收集证据（或数据） 、解释与结论 、反思与评价（或评估）、表达与交流等方面。 四、研究方法文献研究法、案例研究法、行动研究法 五、培养生物探究能力的途径根据高中教学实际，我们提出以下培养生物探究能力的方案和实施途径。一）学生实验探究能力培养的方案1. 需要实际操作的探究性实验中能力培养的方案将书上的演示实验、学生分组实验、验证性实验设计成探究性实验。如，理、化、生物科教师开展了探究性实验的设计，包括：（1）.实验方案的重新设计；（2）.实验结论的再次探究；（3）. 实验仪器功能扩展的探究；（4）.材料的创新应用的探究。2. 模拟探究
6、性实验中能力培养的方案：有些实验要求的条件严格、有些实验历时过程长，难度高、效果也不明显，此时利用多种方法进行实验模拟，创设情境，引导学生猜想、观察、分析、讨论，同时也可验证学生探究实验结果的可靠性和正确性。在电子阅览室网络环境下探究实验课件制作的设计如下：（1）化不可见为可见的模拟实验设计 （2）化静态为动态的模拟实验设计 （3）化抽象为形象的模拟实验设计 （4）化复杂多变为简洁明了的模拟实验设计 （5）正确与错误实验操作的设计 3 . 学生设计的点评方案 学生设计结束后，教师组织学生一起点评实验方案设计。一般做法是：学生在实验前设计好实验方案，包括原理、仪器、药品、实验步骤和结果预测等。及
7、时在实物投影仪上显示各小组的实验方案，学生进行讨论和评议，教师进行点评。4 . 学生实验成果汇报的程序方案：探究实验结束后，利用网络让学生汇报他们实验所依据的原理，实验的步骤和演示全过程。然后，其他学生就实验方案的简捷性和科学性，演示操作的缺点或问题，结果的可靠性等提出意见或质询。二）探究性实验教学的基本思路1、创设情景，提出问题2、分析问题，猜想假设3. 设计方案、展示方案，动手实验4、展示实验结果、师生、生生交流，总结成果5、反思评价，知识应用案例及分析：案例1：绿叶中色素的提取和分离-培养“猜想与假设”的能力 生物教师带领学生进行“绿叶中色素的提取和分离”实验时，有学生发现色素的颜色太淡
8、，层析效果不好，层析液又有一定的毒性，于是教师引导学生采用“减法”和“替代法”，进行“猜想与假设”，利用网络多媒体展示“猜想与假设”，上网查询相关的资料，提出对实验的改进方案，并进行了实践。 猜想一：根据“减法”猜想与假设：减少无水乙醇、CaCO3、二氧化硅的用量。猜想二：根据“替代法”猜想与假设，用“汽油、煤油、四氯化碳等”代替“无水乙醇”（用来提取叶绿素）；用“汽油、四氯化碳” 代替“层析液”等。案例2：“探究维生素C的散失速度”-培养“收集和处理数据”的能力 1.实验原理：维生素C具有一种奇妙的特性它的水溶液能够使高锰酸钾溶液褪色，并且维生素C溶液越浓，用量就越少。根据这一特性，就可以测
9、定蔬菜水果中维生素C的含量了。2.实验假设：假设一 经过长时间摆放的水果，维生素C的含量会严重散失；假设二 经过长时间摆放的水果，维生素C的含量只会有少量的散失。3.进行实验。4.利用计算机对数据进行处理、分析5. 我们引导学生实验取得的数据如下：时间材料实验数据1实验数据2第一天高锰酸钾溶液v（mL）粉红色褪去所用的滴数颜色全部褪去时的滴数138138138138138第二天14101410141014101410第三天15161516151615161516第四天16181618161816181618第五天16181618161816181618第六天172217221722172217
10、22第七天17221722172217221722表1 向KMnO4溶液滴加新鲜番茄汁的记录6. 我们引导学生利用计算机对数据进行分析如下图所示：图1 “番茄中维生素C的散失速度”变化图该图表明：前4天番茄中的维生素C的散失速度最快。案例3：“生长素的发现”模拟探究性实验的教学案例-培养“收集证据，分析证据、形成结论”的能力1.教学过程：实验班“生长素的发现”教学方法是：利用电脑多媒体动画创设情景，演示“生长素发现”过程中的四个经典实验。整个教学过程中，在老师的引导下，让学生自己观察动画，自己归纳、分析，形成结论。对照班教学方法是讲授配合使用课本上的插图，其他条件相同 。2.教学结果： “生长
11、素的发现”教学效果（延时检测）图2“生长素的发现”教学效果通过后测可以看出：实验班平均成绩为75.7 分，对照班成绩为66.6分，经过统计学t-检验有显著的差异。说明运用模拟型探究性实验在生长素的发现教学中能取得好的效果，培养了收集和处理信息的能力。案例4：利用网络进行探究结果的汇报 -培养“表达与交流”的能力下图是：高二同学“植物生长调节剂在生产中的应用”探究结果汇报会对案例的分析和小结：从以上案例可以看出，网络在培养学生实验探究能力过程的作用体现在：1.查询工具（如：方案前人有没有做过、材料是否用过）2.研讨的平台（展示猜想、讨论方案、讨论结果等）3.数据收集和记录的工具4.数据处理的平台
12、（如：数据处理、图表表达等）5.创设探究情境的平台六、 反思与讨论根据评价的主体不同，将评价分为：学生自评、教师评价、家长评价、专家评价等。根据评价的介质不同，评价的方式有：现场观察评价、纸笔测量评价法、计算机模拟评价法、工作单评价法。观察评价法。顾名思义就是学生在做科学探究实验时，评价者对其探究的全过程进行评价，并根据事先规定的统一标准对其科学探究能力进行评价。一般采一(教师)对一(学生)甚至二对一的观察3。内容要涵盖科学探究能力评价的所有要素，主要包括假设能力、控制变量能力和分析数据能力等。纸笔测量评价法。纸笔测量评价法就是学生通过完成测评者事先做好的试卷来得到评价表中相对应的分数。国际上
13、例如McLeod等人(1975)开发的测量工具就是针对小学SAPA课程的,用来测量形成假设、控制变量、操作和解释数据四个过程技能4。计算机模拟评价法。计算机模拟评价法是由Shave Lson等人（1992）最先提出的，它是先过计算机模拟出科学探究过程，再由学生通过鼠标的点击探究的每个具体步骤，最后由事先写入计算机内的程序对学生的科学探究能力进行打分5。工作单评价法。工作单评价法是在学生做科学探究实验的过程中把每一步的科学探究的过程记录在一张白纸上。等所有科学探究实验结束后测评者再收回白纸。通过事先统一的标准对学生的科学探究能力进行评价。这种方法便可用于大规模的评价过程中，并且工作单评价法的效度
14、经研究在现场观察评价法和纸笔测量评价法之间。这说明工作单评价方法具有一定的可操作性,并且研究表明较低成本的工作单评价法能有效替代高成本的现场观察评价法，意味着工作单评价方法能有效的评价科学探究能力6。如何在网络环境下的生物实验探究能力的培养过程中，运用好这些评价方式和主体，还待进一步研究。参考文献1科学探究附属读物编委会著，罗星凯等译：科学探究与国家科学教育标准M.科学普及出版社，2004年8月第1版,714.2Millar, R.,Driver,R.Beyond process. Studies in Science Education, 1987, 14:33260.3.罗国忠.国外科学探
15、究能力评价研究综述J上海教育科研, 2006,(11):19-21.）4.Shavelson,R.,Baxter,G.P.WhatWeveLearnedAboutAssessingHands-OnScienceJ.Educational Leadership,1992,49:2025.） 5.Shavelson,R.,Baxter,G.P.WhatWeveLearnedAboutAssessingHands-OnScienceJ.Educational Leadership,1992,49:2025.）6.罗国忠. 科学探究能力的评价方法J. 教育科学, 2007,(6):7-10.）7.莫雷主编。教育心理学M。广州：广东高等教育出版社，2002,125-135,479-4808. 刘建新。利用多媒体引导学生自主学习的研究 。教育信息技术，2008，（5）：3-59. 刘建新。高中生物课赤潮WEBQUEST教学设计与实践。教育信息化，2006，（12）总147期：3610 王永康 陈柏林 李海群。 探究维生素C的散失速度。生物学教学，2OO7，（2）：63