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基于探究的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略
[摘要] 科學(xué) 探究是學(xué)習(xí)生物學(xué)基本、有效的途徑之一,它有助于學(xué)生形成對(duì)生命世界的正確認(rèn)識(shí)、對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解和對(duì)生物學(xué) 規(guī)律 的領(lǐng)悟,應(yīng)作為高中生物學(xué)教學(xué)的基本內(nèi)容和方法。設(shè)計(jì)一個(gè)基于探究的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)對(duì)于一般的實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)說(shuō),只要能在兩方面加以改變,就可以將驗(yàn)證式的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變成開(kāi)放性探究實(shí)驗(yàn)。一是改變實(shí)驗(yàn)活動(dòng)在整個(gè)教學(xué)中的優(yōu)先次序,不要將實(shí)驗(yàn)活動(dòng)安排在教學(xué)的最后,讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前還不知道實(shí)驗(yàn)的結(jié)果;第二是將以往只注重驗(yàn)證課本理論的一些典型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,改變成比較重視探究過(guò)程的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生加以探究。
以實(shí)驗(yàn)為載體的探究是生物教學(xué)最顯著的特征,也是生物教師最常用、最擅長(zhǎng)的手段。但是,在實(shí)踐中“實(shí)驗(yàn)”與“探究”的結(jié)合并不象預(yù)想的那樣順暢�；谔骄康膶�(shí)驗(yàn)教學(xué)策略,是在吸收已往實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中有益經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,探索一條有效、完整、開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式,以回歸實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)證意識(shí)、思維品質(zhì)、質(zhì)疑精神等方面的作用和地位,為全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)服務(wù)。
一、問(wèn)題的提出
從教學(xué)論的角度看,實(shí)驗(yàn)教學(xué)是指在使用實(shí)驗(yàn)儀器情景下的一種教學(xué)形態(tài)。高中生物實(shí)驗(yàn)與其他理科實(shí)驗(yàn)一樣,具有直觀、形象的特征,能高度濃縮地展示人們認(rèn)識(shí)和發(fā)現(xiàn)某一知識(shí)、原理的過(guò)程,能幫助學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)認(rèn)識(shí)和理解相關(guān)的科學(xué)知識(shí)。但這種對(duì)實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的認(rèn)識(shí),在本質(zhì)上將它放在了知識(shí)教學(xué)的從屬地位,實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)只是追求一個(gè)預(yù)設(shè)的結(jié)論。雖然在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中,教師會(huì)注意對(duì)學(xué)生進(jìn)行有關(guān)實(shí)驗(yàn)技能、方法和探究思維等方面的訓(xùn)練,但這些往往被放在次要的位置。
科學(xué)探究的提出給實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)以全新的視角�！渡镎n程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))解讀》指出:“科學(xué)探究是生物學(xué)中不可缺少的、動(dòng)態(tài)的部分”[1]。高中生物課程應(yīng)該反映生物科學(xué)的“完整畫面 ”,應(yīng)該將科學(xué)探究作為高中生物學(xué)教學(xué)的基本內(nèi)容和方法�？茖W(xué)探究活動(dòng)也是學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)基本、有效的途徑之一,它有助于學(xué)生形成對(duì)生命世界的正確認(rèn)識(shí)、對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解和對(duì)生物學(xué)規(guī)律的領(lǐng)悟。生物實(shí)驗(yàn)作為教師轉(zhuǎn)變教學(xué)方式、實(shí)施科學(xué)探究的最有效的手段之一,具有強(qiáng)化學(xué)生實(shí)證意識(shí)、提升學(xué)生思維品質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑精神的重要作用,倡導(dǎo)基于探究的實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略,將學(xué)生置身于一種動(dòng)態(tài)、開(kāi)放、個(gè)性、多元的學(xué)習(xí)環(huán)境中,打破原有學(xué)科的封閉性和課程選擇的單一性,讓學(xué)生自主探索,主動(dòng)求知,學(xué)會(huì)收集、分析和利用各種信息及信息資源,實(shí)質(zhì)上就是在提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。
二、如何在一般實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)探究的思想
美國(guó)學(xué)者施瓦布曾經(jīng)把科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)分成三個(gè)層次, [2]根據(jù)實(shí)際還可以加上一個(gè)層次,即將問(wèn)題、方法步驟及答案均提供給學(xué)生,學(xué)生只要按此步驟去做實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證已知的結(jié)果,可稱之為零層次(見(jiàn)表1)。
探究也是分層次的,一些學(xué)者根據(jù)探究活動(dòng)的難易程度以及學(xué)生參與探究程度的不同,將探究性實(shí)驗(yàn)劃分了不同的層次(見(jiàn)表2)。[3]
至此,可以清楚地表明,驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本上屬于0水平探究,也就是沒(méi)有體現(xiàn)科學(xué)探究的基本精神,隨著有關(guān)實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題確定、解決問(wèn)題的程序和做結(jié)論等幾個(gè)方面學(xué)生參與程度的增加,探究的深度也不斷增加,直至開(kāi)放式的研究。由此可見(jiàn),隨著新課程將科學(xué)探究作為核心理念,實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用得到了顯著的提高。
眾所周知,學(xué)科教學(xué)在知識(shí)的量上有明確的任務(wù),探究性學(xué)習(xí)要花費(fèi)更多的時(shí)間。一些老師之所以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中傾向于低水平的探究,一方面是觀念的問(wèn)題,視課堂的“亂”為洪水猛獸,怕失去對(duì)課堂的控制;另一方面是技能的問(wèn)題,試問(wèn),從小到大,我們有多少教師有過(guò)探究性學(xué)習(xí)的經(jīng)歷?
事實(shí)上,在實(shí)際教學(xué)中,教材已充分考慮到了這些因素,高層次、開(kāi)放性探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)是十分有限的。學(xué)生在更多的時(shí)候需要從多種多樣的不同層次的探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中學(xué)習(xí)各種科學(xué)探究方法和科學(xué)探究技能。因此,如何在一般實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)探究的思想是教師的必然選擇,也是推進(jìn)探究教學(xué)的必由之路。
那么,怎樣設(shè)計(jì)一個(gè)基于探究的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)呢?
對(duì)于一般的實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)說(shuō),只要能在兩方面加以改變,就可以將驗(yàn)證式的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變成開(kāi)放性探究實(shí)驗(yàn)。一是改變實(shí)驗(yàn)活動(dòng)在整個(gè)教學(xué)中的優(yōu)先次序,不要將實(shí)驗(yàn)活動(dòng)安排在教學(xué)的最后,讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前還不知道實(shí)驗(yàn)的結(jié)果;第二是將以往只注重驗(yàn)證課本理論的一些典型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,改變成比較重視探究過(guò)程的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生加以探究。從實(shí)際上考慮,讓學(xué)生探究的必須是個(gè)難度不高而且沒(méi)有危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn),教師才能安心放手讓學(xué)生探究,而且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要能與上課內(nèi)容直接相關(guān),并且適合學(xué)生的程度,又不需額外增加太多教學(xué)時(shí)間,如此老師才易于安排和融入原來(lái)的教學(xué)進(jìn)度中。所以從現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中挑選一些單元,改變?cè)袑?shí)驗(yàn)教學(xué)方式再加一些巧思即可達(dá)到目的。 三、基于探究的生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)案例
“酶的催化效率—過(guò)氧化氫分解”是高中生物學(xué)的一個(gè)重要教學(xué)內(nèi)容,實(shí)驗(yàn)的目的主要是,認(rèn)識(shí)酶作為生物催化劑,與無(wú)機(jī)催化劑相比,有何特點(diǎn)?按照過(guò)去的方式,為了體現(xiàn)探究,教師通常把演示實(shí)驗(yàn)改變成學(xué)生實(shí)驗(yàn),學(xué)生通過(guò)在兩支編號(hào)為1號(hào)和2號(hào)的試管中分別注入3mL2%過(guò)氧化氫溶液,然后在1號(hào)試管中加入雞肝勻漿或馬鈴薯勻漿少許,在2號(hào)試管中加入二氧化錳少許,作為催化劑,輕輕振蕩試管,觀察兩支試管中氣泡產(chǎn)生的多少和快慢來(lái)比較反應(yīng)的速率,推理出生物催化劑過(guò)氧化氫酶和無(wú)機(jī)催化劑二氧化錳催化效率的高低,從而得出酶的催化作用具有高效性的特點(diǎn)。
這樣的實(shí)驗(yàn)活動(dòng),場(chǎng)面熱鬧,學(xué)生不定地按照教師的指令動(dòng)手做實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)的成功率也很高�？墒�,如果仔細(xì)分析,學(xué)生的行為實(shí)際上是對(duì)教師指令的被動(dòng)回應(yīng):把雞肝勻漿和二氧化錳分別加入到盛有3mL2%過(guò)氧化氫溶液的試管中,使之產(chǎn)生一種預(yù)定的變化。這樣做,看似在觀察與探究,實(shí)質(zhì)上仍然停留在“告訴事實(shí)、驗(yàn)證結(jié)論”的水平,僅僅從過(guò)氧化氫酶和二氧化錳2個(gè)催化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的比較,并不能推理出生物催化劑比無(wú)機(jī)催化劑具有高效性的特點(diǎn),顯然,學(xué)生思維加工的投入量不夠充足。
針對(duì)上述情況的改進(jìn)課,如果我們對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和拓展,實(shí)驗(yàn)探究的水平就會(huì)明顯提高。
(一)提出問(wèn)題
經(jīng)過(guò)日常生活的積累和化學(xué)課程的學(xué)習(xí),學(xué)生已經(jīng)了解到很多地方都需要催化劑,比如說(shuō):汽車尾氣排放催化裝置、 工業(yè) 制硫酸、合成氨、酶催化生物大分子等。并且在課堂上也已經(jīng)學(xué)習(xí)了使用催化劑的幾個(gè)化學(xué)反應(yīng),如氯酸鉀催化受熱分解、雙氧水催化分解等。在理解元素周期律以后,還可引導(dǎo)學(xué)生分析討論“催化劑與化學(xué)反應(yīng)的關(guān)系”。一般情況下,學(xué)生大多能提出如下問(wèn)題:催化劑與化學(xué)反應(yīng)是否有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系?催化劑是如何改變化學(xué)反應(yīng)速率的?催化劑在化學(xué)反應(yīng)中的特點(diǎn)是什么?這種超學(xué)科的知識(shí)整合,對(duì)于激發(fā)學(xué)生的探究熱情是十分有效的。
(二)猜想與假設(shè)
首先要 總結(jié) 問(wèn)題,經(jīng)過(guò)查閱資料、網(wǎng)上搜索、小組討論,在教師的引導(dǎo)下,學(xué)生提出自己的設(shè)想:催化劑與化學(xué)反應(yīng)不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,一種催化劑可以催化不同的化學(xué)反應(yīng),不同催化劑對(duì)同一反應(yīng)的催化效果可能不一樣。
(三)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備
1.知識(shí)準(zhǔn)備。要求學(xué)生在課外查閱過(guò)氧化氫、二氧化錳、三氧化二鋁、雞肝、馬鈴薯等的相關(guān)物理和化學(xué)性質(zhì),以及和催化劑相關(guān)的知識(shí)。
2.器材準(zhǔn)備。試管,衛(wèi)生香,火柴,過(guò)氧化氫,二氧化錳,三氧化二鋁,雞肝勻漿(新鮮的和不新鮮的各一份),馬鈴薯勻漿(生的和熟的各一份)等。
(四)實(shí)驗(yàn)探究
實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程如表3所示。
(五)實(shí)驗(yàn)結(jié)論
1.二氧化錳,三氧化二鋁,雞肝勻漿,馬鈴薯勻漿,能加快過(guò)氧化氫的分解速率,故能作過(guò)氧化氫分解的催化劑。
2.新鮮的雞肝勻漿和生的馬鈴薯勻漿,催化效率大大高于二氧化錳、三氧化二鋁的催化效率。
3.不新鮮的雞肝勻漿、熟的馬鈴薯勻漿之所以催化效率降低,有可能是采購(gòu)回來(lái)的肝臟不新鮮,或是制成的肝臟研磨液使用和存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而變質(zhì);熟的馬鈴薯勻漿可能是高溫導(dǎo)致過(guò)氧化氫酶失活,說(shuō)明影響酶催化作用的因素很多。
基于探究的生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略是在提高學(xué)生 科學(xué) 素養(yǎng)課程目標(biāo)指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)行動(dòng),它的亮點(diǎn)是挖掘課本實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵、拓展課堂實(shí)驗(yàn)的功能、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的品質(zhì),充分體現(xiàn)“自主、探究、合作” 新課程理念,對(duì)于推進(jìn)“以探究為核心的、多樣化的生物教學(xué)方式”具有一定的指導(dǎo)作用。
[ 參 考 文 獻(xiàn) ]
[1] 教育 部.普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)解讀[S].北京:人民教育出版社,2003:28.
[2] 劉恩山.普通高中生物學(xué)課程與探究性學(xué)習(xí)[J].生物學(xué)通報(bào),2004(1):27-29.
[3] 方紅峰.實(shí)驗(yàn)教學(xué)在新課程中地位和作用的再認(rèn)識(shí)[J]. 中國(guó) 教育技術(shù)裝備,2006(10):6.
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