在高中生物中通過實驗教學開展探究性學習的實踐研究

1、 在高中生物中通過實驗教學開展探究性學習的實踐研究 奉賢區(qū)齊賢學校 王靜 一、問題的提出上海市中學生命科學課程標準在課程理念中指出：課程的內容及其教學活動的設計要加強學生自主參與的探究活動。通過讓學生積極投入、親身體驗和主動探究，逐步培養(yǎng)學生在探究過程中的收集和處理科學信息的能力，獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力，以及交流和合作的能力等。探究性學習是學生自主地獲取知識和技能、體驗和了解科學探究的過程和方法、形成和提高創(chuàng)新意識、樹立科學的價值觀的活動過程。生物學科是一門以實驗為基礎的學科，實驗對培養(yǎng)和提高學生的綜合素質起著重要的作用，生物教學離不開實驗。近幾年的高考試卷中,生物實驗題的分量

2、明顯加重。一方面,是因為關注實驗與探究能力體現了“要重視考查考生科學素養(yǎng)”的命題要求；另一方面,在實驗試題中比較容易增強試題的靈活性和開放性,從而提高以能力立意的選拔功能。從“常規(guī)實驗”到“設計性實驗”是一次飛躍。我校幾年前就嘗試在老教材中滲透二期課改理念，在教學中通過實驗教學開展探究性學習，使學生在動手動腦中拓展知識，強化學生的理解能力，提高科學素質。二、研究概述 （一）研究目標：在高中生物教學中,通過設計一系列合理的實驗教學方案來開展探究性學習的實踐研究，以此來了解這些方案對高中生探究、創(chuàng)新等綜合能力的影響。 （二）研究內容： 1、老教材中高中生物實驗的相關情況的分析：在老教材中,許多實驗

3、是驗證性實驗，在實施過程中發(fā)現缺少探究，不利二期課改理念的體現，不利學生探究、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。 2、學生對探究性學習的了解和現狀分析、調查。 3、設計一系列實驗教學方案(如改驗證性實驗為探究性實驗；開放性設計型實驗探究等)。 4、研究通過實驗教學開展探究性學習對學生探究、創(chuàng)新等綜合能力的影響。 （三）研究方法： 1、文獻法：在整個的研究過程中，一直收集資料并學習交流，文獻法貫穿在課題始終。組織學習了上海市中學生命科學課程標準、高中生心理學、新課程學習方式的變革、教育心理學、上海市中學生命科學課程標準解讀以及有關探究建構教學等專題學習研究。2、問卷法：學生對通過實驗教學開展探究性學習的了解現狀調

4、查；實驗教學方案實施后學生的反饋情況調查。 3、行動研究法：設計一系列實驗教學方案。研究通過實驗教學開展探究性學習對學生的探究、創(chuàng)新等綜合能力的影響。三、研究結果 策略一、將驗證性實驗設計成探究性實驗 在138名進行問卷的學生中，有52.9%的學生是喜歡實驗課的。高中生物實驗按常規(guī)可分為兩類：演示實驗和學生實驗。演示實驗是指教師為了配合教學內容而演示給學生看的實驗。通過演示實驗，教師可以指導學生對有關生物學現象進行觀察和分析，并使學生獲得生動的感性知識，為進一步上升為理性認識創(chuàng)造條件。學生實驗是指學生在教師指導下，自己進行實驗的教學方式，這是中學生物學教學的重要組成部分，這種教學方式對學生來說

5、要比教師演示具有更大的獨立性。在老教材中，大部分演示實驗與學生實驗是驗證性實驗。驗證性實驗主要是驗證、鞏固新知識，而探究性實驗主要是指人們在結果、現象未知的情況下通過實驗設計去探索，進而獲得結論，在探究中往往有新發(fā)現，有利于能力的培養(yǎng)。從學生的調查問卷中反映出：喜歡探究性實驗的學生有48.55%，而喜歡驗證性實驗的學生只有22.46%，對兩者都喜歡的學生有21.74%。 1、把驗證性演示實驗轉化為探究性演示實驗 上海市新課程的重要理念之一是強化科學探究，注重培養(yǎng)全體學生的科學素養(yǎng)，而演示實驗是使他們在科學知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀方面得到全面培養(yǎng)的良好載體。如在學習脊髓的調節(jié)功能

6、這一內容時，將“牛蛙的脊髓反射實驗”這一驗證性實驗轉化為探究性實驗，整個探究活動分三步。探究活動一：牛蛙曲腿反射的完成是否一定需要經過反射弧的五個環(huán)節(jié)？探究活動二：牛蛙曲腿反射的神經中樞位于哪里？探究活動三：如何證明牛蛙曲腿反射的神經中樞位于脊髓？以這一實驗為主線，帶動大部分知識點的教學，這樣在重視科學知識與技能培養(yǎng)的同時，又重視了過程與方法、情感態(tài)度與價值觀的培養(yǎng)，達到“三位一體”的培養(yǎng)目標。在演示時，請有興趣的學生與教師一起參與實驗的操作，這樣既確保了實驗的順利進行，又為有興趣的同學提供了自己動手參與實驗的機會，激發(fā)了學生的學習興趣，提高了課堂教學效率。 又如：演示實驗“酵母菌酒精發(fā)酵”，

7、這一實驗的裝置較復雜，故本人認為不適合讓學生自己做實驗，在一般情況下這個演示實驗若不浪費課堂時間的話，只能讓學生觀察實驗結果（現象），但這樣就不能取得較好的教學效果。 本人在教學實踐中感到，把陳述式的表達轉化成以問題式的方式來表達。采用邊演示邊講解、邊設問、邊分析、邊總結的方法，設計一系列探究的問題，層層分析。因為：第一：從心理學的角度講，邊演示邊講解與學生的思維同步，易接受；第二：在做這個演示實驗時，在課堂上教師可邊安裝邊介紹實驗裝置，如此做法，雖然需多花教學時間，但其教學效果卻要比教師課前安裝好，在課堂上指著現成裝置講述一遍要好得多；第三：教師采用邊裝置邊提問邊講述的方法，不僅能使學生學到

8、操作上的技巧，而且能使學生知道裝置中的某些關鍵對實驗所起的作用和影響。如：教師可設計一系列的問題：（1） 請同學們思考，酵母葡萄糖液面的高、低對本實驗的效果會怎樣影響？為什么？（2）為什么要加少許油？（3）為什么用石蠟油封住大試管口？（4） 水浴時溫度為什么保持350C-380C？（5） 為什么要準備二支小試管分別都裝相等量的藍色的BTB試劑？ 在實驗觀察過程中教師還可繼續(xù)提問：（1）你有否觀察到大試管中有氣體產生？（2）與大試管相連的小試管中有什么現象發(fā)生？為什么？ 請1-2位學生上來聞聞大試管中產生的氣味，讓學生對全班同學說：聞到了酒精氣味，再問學生們： （3）同學們想一想，實驗過程中什么

9、物質被分解了？分解成什么物質？學生在教師逐層引導、啟發(fā)下，結合明顯的實驗現象，自己就能得出實驗結果：葡萄糖被分解成酒精和二氧化碳。結合教學目標教師可作小結：酵母菌無氧呼吸是在酶的作用下葡萄糖被分解，產生了酒精和二氧化碳及少量的能量。 2、改驗證性演示實驗為探究性學生實驗 驗證性的演示實驗只是教師動手、學生觀察。由于教師具有較高的實驗能力，再加上課前的充分準備，實驗結果一般都較理想。雖然它有利于學生建立生物學概念和理解生物學規(guī)律，但卻不利于培養(yǎng)學生的獨創(chuàng)精神和獨立工作能力。而將演示實驗改為學生實驗，由于學生的知識水平和實驗能力參差不齊，實驗中容易產生各種與結論不符的意外結果。這必然引起學生對教材

10、中的實驗結論的懷疑。在好奇心的驅使下，為了確信自己的實驗結果而不得不重做實驗，直至得出滿意的結論。況且高中學生思維已具有一定的獨立性和探索性，積極思考，嘗試辯證地觀察、分析和處理問題。從學生的調查問卷中反映出：在演示實驗與學生實驗的比較中，學生喜歡學生實驗的有51.45%，喜歡演示實驗的有16.67%，兩者都喜歡的學生有29.71%。因此，如果將高中生物教材中的某些演示實驗，如“過氧化氫酶作用的高效性”、“人呼出的氣體”、“小麥胚芽鞘的向光彎曲”改為學生實驗，不僅會給學生提供更多的動手機會，給學生充分的時間，充分的自由，讓學生充分發(fā)揮想象，而且學生在具體操作過程中，還能有所發(fā)現，有所創(chuàng)造。由于

11、“小麥胚芽鞘的向光彎曲”實驗所需時間較長，故放在課外讓學生完成。 例如：把演示實驗“過氧化氫酶作用的高效性”改成探究性的學生實驗。教師提供了實驗所需的實驗儀器和材料，讓學生根據以下的設計表格在課堂上進行實驗。試管實驗材料實驗結果說明110ml 3%H2O2210ml 3%H2O2+新鮮豬肝310ml 3%H2O2+銹鐵釘410ml 3%H2O2+熟豬肝 學生在進行實驗時思考以下幾個問題：（1）1號試管的設計意圖是什么？（2）2號試管與4號試管的實驗結果比較說明了什么？（3）2號試管與3號試管的實驗結果比較說明了什么？ 通過對加入材料后試管內的變化的觀察、比較和討論，培養(yǎng)學生的觀察能力和思維能力

12、。在分析、討論的過程中讓學生了解科學探究的方法，知道實驗設計要遵循的原則：對照原則和單一變量原則。3、將驗證性學生實驗設計成探究性學生實驗 1）有關實驗材料探究 通過對實驗材料進行探究實驗，讓學生明確為什么教材上的實驗要選擇此種材料，它是不是最佳材料，如果沒有可以換用當地的哪種材料，材料不同對實驗有什么影響等等，讓學生明白一個實驗的成功與否與材料的選擇是密不可分的。 例如：實驗“葉綠體色素的提取與分離”選擇材料的原則是要得到高濃度的濾液，本實驗常用新鮮的綠葉如菠菜，但由于氣溫緣故市場上菠菜價格高，對其去根、莖后利用率也較低。為此我們嘗試用其他的綠葉代替，實踐后的結果如下：所選的實驗材料學生總人

13、數實驗獲得成功的學生數成功率菠菜葉282278.57%芹菜葉14964.29%青菜葉281346.43%苜蓿葉231773.91%馬蹄蓮葉161381.25%金盞菊葉171058.82% 表中所選的實驗材料中，馬蹄蓮與金盞菊是在學校里采取的，其它四種是家在農村的學生從家里帶來的。幾年來在這一實驗中，我們一直把菠菜葉選為實驗材料，可實踐下來發(fā)現，用苜蓿葉與馬蹄蓮葉所做的實驗成功率較高，學生認為這兩者的葉嫩，色素含量高，可選青菜葉所做的實驗成功率卻不高，學生認為相對來說，青菜的葉比苜蓿和馬蹄蓮的葉老，而且青菜葉不易研磨。馬蹄蓮與金盞菊是觀賞植物，學生認為最好不用作實驗材料。在這次的實驗中，學生認為

14、選用菠菜葉或苜蓿葉作為實驗材料最佳。 另外，在“生物組織中還原性糖、脂肪、蛋白質和DNA的鑒定”實驗后，經學生建議，我們在拓展課上進行了生物組織中還原性糖鑒定的再次實驗，但材料改為蘋果、桔子、香蕉等。通過探究，讓學生更關注日常生活。 2）有關實驗器材、實驗方法的探究 在實驗“葉綠體色素的提取與分離”中教材中介紹使用玻璃毛細管，在具體的操作中發(fā)現玻璃毛細管導致劃線中斷或粗細不勻。實踐下來，畫濾液線用火柴?；蜓篮灴煽朔毼軇澗€易斷的缺陷，并且實驗效果同樣很好。在十幾年的實驗教學中，我們一直以汽油代替石油醚，減少有毒物質對學生的影響。常規(guī)的層析操作在帶塞的大試管內進行，操作較繁瑣，故有時改帶塞大

15、試管為小燒杯，以培養(yǎng)皿為蓋。 有部分學生在做該實驗時，沒在濾紙上劃濾液細線，而是改成畫圓點，若色素含量多的話，色素帶也較明顯。 策略二、開放性設計型實驗探究 生物科學是一門實驗科學，因此生物實驗一直是生物學高考必考的內容。從近幾年的實驗題在高考中的題型變化來看，借助實驗方法創(chuàng)設新情境，側重考查學生對實驗進行解釋和分析的能力已成為命題趨向，其中設計型實驗題更是熱點。在問卷調查中發(fā)現，有70.29%的學生喜歡探究性實驗。 例如：“探究影響光合作用的環(huán)境因素” 如圖利用真空滲入法排除葉肉細胞間隙的空氣，充以水分，使葉片沉入水。在光合作用過程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小，而在

16、細胞間隙積累，結果使原來下沉的葉片上浮，根據上浮所需的時間長短，即能比較光合作用的強弱。 材料選擇：葉齡適當的蠶豆葉數片。 器具試劑： 鉆孔器（或鋼筆套）、250ml塑料一次性杯子6個、10ml注射器、40w日光燈、鑷子、2%NaHCO3溶液（用冷開水配制）、冷開水。（1）根據上述材料器具，設計實驗說明不同環(huán)境條件下光合作用的強弱變化。（2）設計一張表格用于記錄實驗現象和數據。 請同學們根據相關的知識背景，在完成實驗設計的基礎上，預測實驗結果，并將實驗現象和數據填入自己設計的表格中，以培養(yǎng)同學們綜合運用及知識遷移能力。這一實驗以小組（4-6人）為單位，合作進行。上海市中學生命科學課程標準在課程

17、理念中指出：變單一的個體學習為獨立自主與小組合作交流相結合的學習?，F在的學生大部分是獨生子女，長輩的嬌慣，使其在成長過程中漸漸形成了以自我為中心的思維定勢。在合作學習過程中，學生學會交往，學會參與學生在過程中感受到的是合作的平等性，合作的樂趣，合作的成功感，進而形成積極的學習方式和生活方式。 學生進行了兩次的設計，第一次有23個小組參加，可上交實驗報告的只有15組，其中4組實驗失敗，11組學生認為實驗成功。由于實驗設計題具有開放性的特點，再加上每個學生有自己獨特的思考方法和不同的解決問題的途徑，得出的結果是多種多樣的。從他們的實驗報告中發(fā)現，有的學生在設計實驗時，變量不是單一，而且好多學生只看

18、到1-2個葉圓片上浮就認為實驗成功了。根據學生的需要，在拓展課上進行了第二次的探究。在第二次的探究中，學生在設計實驗時控制了變量，同時也找出了影響第一次實驗的主要因素光照。學生在太陽光下進行實驗。所有的學生都看到了實驗現象，而且放入每杯內的5個葉圓片都能陸續(xù)上浮。有23個小組完成了實驗報告，成功率為95.65%。在23組中，有16組的學生進行了葉圓片上浮時間的記錄。挑出其中的6組（來自同一個班，在同一時間進行的，變量都為CO2）進行分析：第一葉圓片上浮時間平均為59.58秒，第五葉圓片上浮時間平均為133.15秒。 教師提供了實驗所需的實驗儀器和材料，讓學生設計探究實驗，在組織學生討論、交流設

19、計實驗方案、改進完善實驗方案的基礎上，再組織學生進行實驗操作，通過實驗現象的觀察分析，獲得有關知識。在探索實驗設計過程中，學生經歷了：實驗設備的選擇-實驗設計-設計方案交流-改進設計等步驟，使設計方案趨于完善，為科學探究的下一步驟-進行實驗創(chuàng)造條件。這是一個集體設計思路和實驗方法于一體的探究活動，學生從探究過程中學到了如何“設計實驗方案”的探究方法。在探究的過程中讓學生進一步了解科學探究的方法，懂得了實驗設計的基本方法和實驗設計的原則。在教學中激發(fā)出學生的探索意識，讓學生在探索意識的驅動下學習新知識。 四、效果 （一）教師的轉變 1、樹立新的教學觀念我們組內教師積極參加各類教材培訓和實驗培訓，

20、自覺學習新課程標準和課程方案，努力轉變教學觀念，“為了每一個學生的發(fā)展”是課改的核心理念。新的課程標準中指出：要改變單一的接受性學習方式，倡導有效地接受和體驗、研究、發(fā)現相結合的學習方式。要讓學生在體驗中學習，提倡學生主動參與、樂于探究，提倡交流與合作學習。 2、成為終身學習者中學生命科學教師在熟練掌握學科知識的前提下，關注生命科學與其他學科知識的相互滲透與聯系，進一步學習和研究教育理論，緊跟生命科學發(fā)展和教育改革形式，逐步形成時代特征、個人特色的教學風格。要成為一名研究型的教師，就必須不斷地進行知識的充電，提高自己的學識修養(yǎng)。 3、實施有效的教學策略 為了改變學生的學習方式，以學生發(fā)展為本，

21、在教學中教師應創(chuàng)設情境，激發(fā)學生的求知欲，引導學生投入到探究活動中，努力創(chuàng)造條件給學生更多的探究的時間和空間。4、樹立反思意識課題的研究是在不斷探索、反思中進行的。教師要做一個反思的實踐者，強調教師通過自己的反思和選擇，對自己教學行為的變化方向與策略作出自己的選擇，而并不強求教師只是做一個新課程和理念的執(zhí)行者。（二）學生的改變 1、學生的學科知識更加鞏固了。例如：本人對“酵母菌酒精發(fā)酵”這一實驗進行了一系列的教學試驗活動。高二（1）班為控制班，高二（3）班為試驗班。 對（1）班采用傳統(tǒng)的教學方法，即教師課前安裝好實驗裝置，在課堂上指著現成裝置講述一遍，然后讓學生觀察實驗結果（現象）最后做隨堂練

22、習來完成教學任務。 對（3）班則采用把陳述式的表達轉化成一系列探究式的問題的方式來表達的方法，邊演示邊講解、邊設問、邊分析、邊總結，最后做隨堂練習來完成教學任務。隨堂練習結果（隨堂練習總分為10分）班 級人數平均成績標準差結 論試驗班386.501.372非常顯著差 異控制班405.601.411 由教學統(tǒng)計原理可得差異系數Z=2.862.58,因此（1）、（3）班的成績差異非常顯著。通過教學試驗表明，把“酵母菌酒精發(fā)酵”這一驗證性演示實驗轉化為探究性演示實驗，具有一定的可行性。2、學生的能力提高了 在實驗探究中，通過讓學生積極投入、親身體驗和主動探究，逐步培養(yǎng)學生收集和處理科學信息的能力，獲

23、取新知識的能力、分析和解決問題的能力，以及交流和合作的能力等，學生的探究、創(chuàng)新等綜合能力提高了。五、思考通過課題研究，懂得了加強學科知識與教育理論知識的綜合運用，逐漸形成了反思意識,養(yǎng)成了反思習慣；主動尋找教學中遇到的問題，及時提出相關的研究主題,在教學中研究，在研究中教學，形成教研相長的良性循環(huán)。我們把在課題研究中積累的經驗融入教學過程中，進一步完善，推廣和運用，提高教學績效。引導教師在課題研究中成長，有效地促進教師專業(yè)發(fā)展目標的不斷實現。加強教研組建設，把課題研究一直作為我們教研組的長期工作。課程改革的推行打破了原有的常規(guī)教學體系，給了教師們更廣闊的的創(chuàng)新空間，同時也提出了更高的要求。作為

24、中學生生命科學教師，首先要有適應時代的教育理念作為教學實踐的指導，以“面向全體學生”為宗旨，致力于“提高學生的生命科學素養(yǎng)”，支持學生進行探究性學習；在教學過程中不斷培養(yǎng)學生的主體性、探究性、合作性，注重對學生過程與方法、情感態(tài)度與價值觀的培養(yǎng)。針對目前的教育現狀，結合生命科學教育教學改革的最新要求，我們將不斷完善和發(fā)展自我，拓展和調整知識結構，終身學習，實現從教師職業(yè)化到教師專業(yè)化的提升，在教學實踐中不斷完善自己，積極研究創(chuàng)新，以更好地適應教育改革的需求。參考文獻1、高中生心理學鄭和均等編，浙江教育出版社2、教育心理學（美）Robert J. Sternberg Wendy M. Willi

25、ams 著，中國輕工業(yè)出版社3、生物報第317期，景步國總編，生物報社編輯出版4、高中生物學實驗研究洪如林主編，高等教育出版社5、新課程學習方式的變革魏國棟等主編，人民教育出版社6、生物統(tǒng)計學童一中編，湖南科技出版社As of Microsoft Internet Explorer 4.0, you can applmultimedia-style effects to your Web pages using visual filters and transitions. You can apply visual filters and transitions to standard HTM

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