试论生物探究性实验与课堂教学的整合

1试论生物探究性实验与课堂教学的整合潘建勋(浙江省温州市永嘉中学325100)中学生物学2007年第23卷第5期l问题的提出生物学是一门以实验为基础的自然学科，生物学教学离不开生物实验教学，长期以来，由于各种原因，中学生物实验得不到应有的重视，有些学校和教师、学生在“讲实验、背实验、考实验”。即便有学生操作的实验，绝大多数学校和教师做法：教师课堂上讲步骤要点，学生到实验室“照方抓药”的模式进行实验教学，有的学生忘记了步骤，干脆在书上看一步做一步，目的性根本不明确，为做实验而做实验，出现了实验与生物课堂教学的脱节。在对某一个县的所有高中生物教师一份问卷调查中显示100％的教师回答从来没上过实验和生物学知识教学整合在一起的课。由此可见，实验课的教学模式、策略、方法需要研究，“实验”就是“实验”，“上课”就是“上课”这种把实验课和生物学知识学习课割裂的现状需要改善。把生物学知识学习课和实验课有机整合在一起，才能使课堂教学效果最优化，才能有利于学生生物科学素养的提高。2探究性实验课与生物学知识课脱节的原因2、1教师的观念由于长期的应试教育影响，在教师中存在着这样的观点：学生实验做与不做，对学生考试成绩无多大影响，而且认为只要把实验原理、目的、步骤及每一步操作的目的、实验结果观察到的现象及对实验结果的分析，能讲细、讲清、讲透，更加有利于学生提高成绩。至于学生动手实验操作课认为好象是“调味剂”“添加剂”，给学生放松放松、增加兴趣，没有其他作用。因此把新教材刻意安排的探究性实验在课堂上先讲细，便成了验证性，由于预先的详细讲解，失去了探究的价值，由于讲完了相应的理论内容后再到实验室实验操作，同时也就导致了探究性实验课与生物学知识课的脱节。2．2教材的编写当然还与教材对实验性质的定性与编写有关：老教材(1996年人教版)安排的42个实验全为验证性的，而且以附录的形式集中编排在教材的最后；正因为当时实验又少，又是验证性，在应试教育的大环境下，导致教师只能讲实验，至于操作是可有可无的，是附加的。这代教材在有的省份使用了将近20年(1991年～2001年，1996年版与1991年版无多大改变)，因此有的教师，特别是老教师把这种长期形成的讲实验、背实验的传统习惯带进了教材改革的今天。虽然验证性实验也可与教材中相应内容整合在一起，但在课堂上的详细讲解，而后或再择日在实验室进行学生操作，就出现了脱节现象。现行教材(200o年人教版)意识到这点，将实验分散编排在相应的教材内容中且出现少量的探究性实验；新课程标准教材(2004年人教版)将大幅度增加探究性实验的内容。但对有的探究性实验内容的编写，教材的意图为探究性的，但在教师教学、学生学习时很容易又回到验证性。如2000年人教版高中生物上册“叶绿体中色素的提取和分离实验”，教材对它的安排和编写是这样的：首先，把它编排在上册书的第三章第三节“光合作用”内容中，不再是附录形式编排在最后。其次，教材以探究的语气引入此实验的(“叶绿体中的色素有哪些呢，我们用下面的实验来探索”)，很明显，编写者的意图为此实验的性质为探究性，教学上是与教材相应内容紧密结合的，融合在一起的。但对此实验的本身内容写的太详细了，包括实验目的、原理、步骤、探究的结果即几条色素带及颜色都详细写在书本上了。因此实际教学中很多教师为了省事、为了考试，还是把教材安排的探究性实验改为验证性实验，详细讲解后再做实验，走了老路，抱着老方法不放，仍出现实验课与生物学知识课的脱节现象。2．3探究性实验教学本身存在着困难(1)实验设计难。由于学生以前没有这样的经验，他们习惯于传统的接受式学习，特别是条件较差的学校的学生，他们从来没有接触过实验，更谈不上自主设计并完成实验，同时受学生年龄的限制，他们的思维往往有较大的局限性，也没有系统学习过实验设计的方法、步骤、原理、原则等。因而，学生难以完成一个比较完整合理的实验设计方案。(2)实验完成难。由于以往认识的偏差和条件的限制，对学生动手能力的培养不够，而且学生对实验仪器的认识和控制能力较差，因此，学生独立完成实验较难。常见的现象就是有的学生到实验室很好奇、高兴、但不知道要做什么，3看热闹，走过场。(3)实验分析难。限于学生的思维能力，学生独自分析实验结果、探索和思维获取结论。学生独自分析实验结果、得出正确结论比较困难，特别是对实验中某些条件的忽视或控制不好而造成的实验结果的偏差，难以得出合理的解释。．(4)探究性实验耗时多。美国心理学家奥苏伯尔指出探究式学习太废时间，根据国外某些学者研究，探究式学习要比接受式学习多花1．3到1．5倍的时间。在高中有限的紧张的学习时间里，在升学压力下，很多问题既然在一堂课内难以完成完整的探究，必要时要延伸到课外，培养了能力，可能学到了课本所学不到的东西，但有的人认为“得不偿失”即学到高考有用的东西可能并不是很多。还不如教师直接讲，学生听记，学生学得快，记的多，效率高。探究性实验教学的实施本身存在如上的困难，使其难以融入课堂，使有的教师畏难退缩，干脆一讲到底，然后安排学生到实验室做实验、就所谓的已经完成了实验教学。结果导致探究性实验教学与生物学知识课的脱节。’3探究实验课与生物学知识课堂教学的整合新课程的基本理念之一是倡导探究性学习，《基础教育课程改革纲要(试行)》指出在教学过程中应培养学生的独立性和自主性，引导学生质疑、调查、探究，在实践中学习，以改革教学过程中过分依赖教材，过于强调接受式学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手、鼓励学生对书本的质疑和对教师的超越，赞赏学生独特和富有个性化的理解和表达，爱护学生的批判意识和怀疑精神，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力及交流与合作的能力，大力开展探究性教学。探究教学，其实是一种模拟性的科学研究活动，探究性学习其实是指学生通过类似于科学家科学探究活动的方式获取科学知识，并在这个过程中学会科学的方法和技能、科学的思维方式，形成科学观点、树立科学精神。因此，把探究实验课和生物学知识学习课割裂开来，把教材刻意安排的探究性实验，重新改为验证性是有孛于新课标精神的。如何把两者整合在一起，是教师在教学实践中需要摸索的课题。3．1在生物知识教学中渗透探究实验教学3．1．1在生物学知识教学中结合科学史进行探究实验教学习惯于传统教学的教师和习惯于接受式学习的学生，对于对于新课程所倡导4的这种“探究”在思维方式上受到一定的冲击，感到力不从心或陌生。而教材中穿插的科学史正好提供了科学探究的一般过程的很好的范例，细分析这些史例，实际上能把科学探究的一般过程、科学方法和技能、科学的思维方式展示出来。例如，DNA是遗传物质的发现史就是一个好实例。科学史的学习能体现出科学探究的一般过程，同时也能很好体现出科学思维方式。把DNA和蛋白质等其他物质分离开来单独观察它们的作用，DNA水解物一项的增加，更加体现了思维的严密性，同时对自变量的选择和无关变量的控制等都能够有所体现。其实其他的生物学史例大致也是体现出这样的模式，如光合作用的发现史、生长素的发现史、酶的发现史等。科学探究就是在这样的发现问题、解决问题中，周而复始的进行，然后才使科学真理得到不断的完善和发展。当然，科学探究没有固定的模式，但对于高中学生来说只要知道科学探究的一般过程，则这些生物学史内容把科学的一般思维已经展露无遗。如果教师纯理论化讲授科学探究的一般过程和一般思维，然后请学生应用于实际探究中，学生就觉得抽象和困难，如果结合生物学史内容，如上述的例子，就可把抽象问题具体化，使学生感到科学探究也并不是可望不可及，也并不那么遥远，其实就发生在我们的身边，我们中学生也可以模拟科学家的探究。这堂课即是在学习DNA是主要的遗传物质基础知识内容，也在模拟和再现科学家的探究，实现了实验探究课和生物学知识教学的整合和有机融合。如上例所述教材中部分章节以本身以实验为线索展开的，还有如生长素的发现、基因的分离定律、基因的自由组合定律等，这些知识点均可结合探究实验进行教学。再以生长素的发现过程为例，生物学知识课整合探究实验教学的课型示例如下。根据达尔文的实验事实，你认为这可能是什么原因引起的?他的实验能给你什么启示?如果你是生物工作者，能对此作进一步的研究吗?怎么研究?温特实验的对照是什么?他的实验能证明生长素的极性运输，即从形态学上端至形态学下端吗?如果能请说明理由，如果不能，请做补充。请根据植物生长素的运输和作用原理，请完成下列2个实验：①单侧光不影响生长素的合成，只影响它的分布f横向运输)。②不用任何实验仪器设备、药品，设计一个盆栽植物造型，使之呈S型。3．1．3在生物学知识教学中补充探究性素材以上述及的生物学史实是教材中现有的，教师要充分的挖掘好、利用好、设5计好教学方案、使生物学知识学习的课堂成为学生主动探求知识的殿堂，仿佛带学生进人了历史的某个阶段，和历史上的生物学家一起在探索生物的奥秘。充分发挥了学生学习的积极主动性，激发学生学习生物学的兴趣和热情。除此以外，教材中没有编排相应生物学史的内容，还可补充一些探究素材，使比较“死”的抽象的生物学知识变的“活”起来、具体起来。如高中生物(必修)上册“细胞呼吸”一节的内容，按传统的上课方法，只能是讲授法，知识性很强，知识点“多、繁、抽象、难记”，受传统教学方法束缚的教师的印象中认为这样的内容还能设计出什么新花样吗，但是，经过精心的收集探究素材，设计教学方案，也会成为生物学知识学习整合探究实验的课，大大调动学生的学习积极性。由此可见，教材中没有明显安排探究的内容，只要教师有探究的理念在指导心中有“生物学知识不能纯粹讲授”，“生物学知识的学习不能象文科课程一样，主要靠背记。”这样的思想。平时多收集、积累探究素材，精心设计教学方案，就能在生物学知识的教学中整合入实验探究，达到两者融合的目的。3．2在探究实验教学中融入生物学知识教学重体验、重过程、倡导探究性学习、改变过于强调接受式学习，是新课程改革的基本特征。新课标的三维目标理念即“知识和能力、过程和方法、情感态度和价值观”，是高中生物课堂教学改革的依据和准则。心理学的相关研究成果也证明：多种感官刺激比单一感官刺激学习效率好，如课堂上听觉与视觉同时刺激比单一的听觉或视觉刺激学习效果好，但还不如动手行动给人的印象深刻，不如亲身体验掌握得那样牢固，不如实际参与更能将有关知识转化为实践行为和能力。因此，对高中生物学基本原理、基本概念、基本规律等理论的学习，如条件允许的话，尽可能的结合学生的实际实验操作或实习。如高中生物“新陈代谢与酶”这一节，按传统的教学方法如下：教师按教材先讲述酶的发现史，再分析酶的概念，酶的特性即专一性、高效性、酶需要适宜的条件等。再择日通知学生到实验室做实验，在实验课上，教师详细讲解实验步骤，学生按部就班进行操作，最后结果与教师或教材描述的一致认为实验成功，否则失败。这样的课型即是本文述及的实验课与理论课的脱节状态，这样与新课标精神及现行教材的编写意图背道而驰。以现行教材编写者的意图来看，也是通过实验探索出酶的特性而不是教师直接告知学生答案。例如在进行酶的发现史及概念的教学，教师先让学生6带着三个问题看书：斯巴兰札尼实验的设计思路及最巧妙之处在哪里；把各年代所发生的重大事用最简单的话连起来；酶的发现过程给你有何启示。然后由学生根据酶的发现史逐步概括并完善酶的概念，水到渠成。教师强调酶是催化剂应符合无机催化剂的特点：能够改变其他化学反应的速率，但自身的质量和化学性质在化学反应前后没有改变。但他是有机物又有自身的个性特点。很自然地转到酶的特性的教学。这样的设计，就实现了生物探究实验与生物理论的整合，在教学实践中发现这样的课型设计有利于激发学生的求知欲与学习兴趣。使学生始终置身于亲自动手实验和自己设计、积极思考的学习情景中。感觉到自己智慧的力量，体验到成功的喜乐，有很多学生急于想知道实验结果，因为是自己设计的，“自己烧的饭香”就是这道理。汇报实验结果时，都很积极，都渴望发表自己的见解，因此大大激发了学生探究新事物的求知欲和学习兴趣，同时有利于发挥教