試論初中生物教學(xué)中學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)

    摘要:實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在中學(xué)生物課程改革和考試內(nèi)容改革等方面越來(lái)越呈現(xiàn)出重要性。生物教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可以分為局部型和全程型兩大類。全程型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)按六個(gè)步驟進(jìn)行并遵循四個(gè)原則。本文從教和學(xué)的幾點(diǎn)策略上培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。
    關(guān)鍵詞:生物教學(xué)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、能力培養(yǎng)
    實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是指正式實(shí)驗(yàn)之前 ,實(shí)驗(yàn)者根據(jù)一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵��?,運(yùn)用有關(guān)的科學(xué)知識(shí)和原理 ,對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的材料、手段、方法、步驟等全部方案的制定。這在新的課程改革和考試與評(píng)價(jià)改革中 ,越來(lái)越受到重視。本文擬結(jié)合初中生物教學(xué)談?wù)剬?duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。 
    1.             培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的意義 
    由于新教材的實(shí)驗(yàn)以探究為主,著重培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力。培養(yǎng)學(xué)生的生物設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?是中學(xué)生物新課標(biāo)明確提出的培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、思維能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和自學(xué)能力等四種能力之一。生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力既是實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾獌?nèi)容,也是實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ淖罡邔哟?其本身具有較強(qiáng)的綜合性、創(chuàng)造性和靈活性等特點(diǎn)。在生物實(shí)驗(yàn)中,其基本思想就是“對(duì)照”,大多數(shù)生物實(shí)驗(yàn)以對(duì)照性原則進(jìn)行設(shè)計(jì)的,在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,通過(guò)設(shè)置對(duì)照組,可排除無(wú)關(guān)變量的影響,減少實(shí)驗(yàn)誤差。筆者在教學(xué)視導(dǎo)中發(fā)現(xiàn),學(xué)生通過(guò)對(duì)新教材的學(xué)習(xí),在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力上有了質(zhì)的飛躍,在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)都能自覺(jué)設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn),但是對(duì)于什么是實(shí)驗(yàn)組,什么是對(duì)照組概念模糊,經(jīng)常張冠李戴。如初二上冊(cè)P85技能訓(xùn)練“評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方案”中找出每個(gè)方案的實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組,大部分學(xué)生就非常模糊,思維混亂。學(xué)生思維能力發(fā)展的方向及質(zhì)量,體現(xiàn)在教師的教學(xué)思路和方法上,因此要求教師在教學(xué)過(guò)程中必須自身首先明確概念,在各探究實(shí)驗(yàn)中有意識(shí)地進(jìn)行滲透和指導(dǎo),使學(xué)生在設(shè)計(jì)能力、思維上得以真正的深化提高。本文對(duì)初中教材中出現(xiàn)的探究實(shí)驗(yàn)涉及的對(duì)照實(shí)驗(yàn)略作探討。
    2.關(guān)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本類型 
    課程與教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大體上可以分為兩大類 ,即局部型和全程型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
    2. 1 局部型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)  只要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案中的某一部分或某一個(gè)環(huán)節(jié) ,可以用于較低年級(jí)的學(xué)生 ,比較節(jié)約時(shí)間 ,學(xué)生可隨堂完成。
    2. 1. 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑�理的設(shè)計(jì)。題目給出實(shí)驗(yàn)題目及一些實(shí)驗(yàn)情境 ,讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的目的和原理。例如 :有人在室外空曠處 ,在不用任何藥劑、裝置觸及幼苗的情況下 ,使幼嫩植株長(zhǎng)成如圖示 (圖略) 形態(tài)。請(qǐng)寫出該實(shí)驗(yàn)的目的 ,并說(shuō)明實(shí)驗(yàn)原理。
    2. 1. 2實(shí)驗(yàn)器材的設(shè)計(jì)。教師或教材提供了實(shí)驗(yàn)題目、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理 ,要求學(xué)生根據(jù)現(xiàn)有條件 (如學(xué)校設(shè)備和自然資源) 完成實(shí)驗(yàn)器材的選擇與使用的設(shè)計(jì)。如“種子萌發(fā)的條件”的探究實(shí)驗(yàn) ,可以讓學(xué)生設(shè)計(jì)不同方案的實(shí)驗(yàn)器材及實(shí)驗(yàn)裝置。
    2. 1. 3實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)。根據(jù)題目要求給定的器材以及實(shí)驗(yàn)提出的目的 ,設(shè)計(jì)或補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)步驟。例如, 請(qǐng)參照“光對(duì)鼠婦生活的影響”的實(shí)驗(yàn)過(guò)程,設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)照實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步探究“洗衣粉對(duì)鼠婦生活的影響”,并寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
    2. 2 全程型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)  教師教材只給出實(shí)驗(yàn)的題目及某些附帶的條件 ,實(shí)驗(yàn)的目的、假設(shè)、器材、步驟和預(yù)期的結(jié)果等都由學(xué)生完成。甚至實(shí)驗(yàn)課題的題目有時(shí)也可以由學(xué)生來(lái)選擇和設(shè)計(jì)。這類設(shè)計(jì)提供的線索比較少 ,因而難度相對(duì)比較大 ,多在高中階段的生物教學(xué)中出現(xiàn)。它仍可以分為兩大類 ,一類是教科書規(guī)定的 ,另一類是教材之外追加的。本文后一部分就是以這種全程型為例來(lái)說(shuō)明實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)問(wèn)題。
    3.分步細(xì)說(shuō)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)
    一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)方案一般包括 : ①實(shí)驗(yàn)題目的確定 ; ②提出假設(shè) ; ③設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)方法和步驟 ;④預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ; ⑤觀察和收集數(shù)據(jù) ; ⑥分析推理 ;⑦得出結(jié)論 ; ⑧討論與交流。
    3. 1 了解實(shí)驗(yàn)題目的確立  中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的題目雖然是教材給定的 ,但是讓學(xué)生了解科學(xué)家如何發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、確立研究課題的過(guò)程 ,對(duì)激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的興趣 ,提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力有很大的作用。實(shí)驗(yàn)題目的確定大致有兩個(gè)途徑 :一是從普通現(xiàn)象中尋找同一性 ,揭示事物的本質(zhì)和規(guī)律 ;二是在普遍現(xiàn)象中尋找差異性 ,從中發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題、提出新觀點(diǎn)、確立新的研究方向。
    3. 2 明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的和依據(jù)的原理  實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菍?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿 (方向和目標(biāo)) 。實(shí)驗(yàn)原理是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的靈魂 (依據(jù)) ,因此在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)前應(yīng)要求學(xué)生預(yù)習(xí) ,通過(guò)討論 ,使學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的、主要研究的內(nèi)容和所依據(jù)的原理。
    3. 3 引導(dǎo)學(xué)生作出假設(shè)  假設(shè)是實(shí)驗(yàn)者對(duì)自然界或生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的可以觀察到的現(xiàn)象提出一種推測(cè)或猜想。中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的假設(shè)一般是依據(jù)教材提供的事實(shí)和一定的實(shí)驗(yàn)原理而提出的 ,因此在指導(dǎo)學(xué)生作出假設(shè)前 ,應(yīng)對(duì)教材中提供的材料進(jìn)行歸納分析 ,從中找出共同性、本質(zhì)性的東西 ,將感性的材料上升為理性的思考 ,從而做出合理的假設(shè)。
    如何引導(dǎo)做出實(shí)驗(yàn)假說(shuō)根據(jù)科學(xué)事實(shí)提出問(wèn)題和假說(shuō), 這是科學(xué)研究的起始步驟。從現(xiàn)行教材提供的材料看, 探究性實(shí)驗(yàn)和研究性課題都是有一定目的的引導(dǎo)性探究和發(fā)現(xiàn)。一般情況下, 學(xué)生做出的假說(shuō)無(wú)對(duì)錯(cuò)之分。這一原則旨在鼓勵(lì)大膽做出假說(shuō), 積極參與教學(xué)過(guò)程; 但作為教師必須明白,學(xué)生做出的假說(shuō)又有好壞之分, 這主要表現(xiàn)為: 一個(gè)好的假說(shuō)總是和做出假說(shuō)的前提有著高度的一致性、派生性和演繹性。作者曾以人類對(duì)于瘧疾病因的探究過(guò)程為例, 較好地說(shuō)明了如何在科學(xué)過(guò)程中有效地建立假說(shuō)。
    19世紀(jì), 瘧疾猖獗, 人們根據(jù)瘧疾分布區(qū)的環(huán)境得出結(jié)論: 低洼多水、氣溫較高的煙瘴之區(qū)易發(fā)瘧疾。為什么在這樣的地帶易發(fā)生瘧疾呢? 人們?cè)O(shè)想: 污水可能是使人患瘧疾的病原, 污水蒸發(fā)可能產(chǎn)生毒氣使人生病。這是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律而提出的瘧疾病因假說(shuō)。當(dāng)污水被清除后, 瘧疾果然大大減少。這證明假說(shuō)是正確的。那么污水是如何引起瘧疾的呢? 若污水是直接致病的, 喝了污水就應(yīng)該發(fā)病。 但研究否定了污水直接引起瘧疾的假說(shuō)。人們又發(fā)現(xiàn): ①清除了污水, 蚊子少了, 同時(shí)瘧疾也少了; ②住在低洼沼澤地、室外露天睡眠的人易患瘧疾;③不用蚊帳的人易患瘧疾; ④夜間在薰煙的火旁睡眠的人很少患瘧疾。聯(lián)系這些事實(shí), 人們不盡假說(shuō): 瘧疾是不是蚊子傳播的呢?
    法國(guó)醫(yī)生拉佛蘭在瘧疾患者的血液中發(fā)現(xiàn)了細(xì)長(zhǎng)如絲的微生物。他假說(shuō)微生物可能是瘧疾的病原。這一假說(shuō)和上述蚊子可能傳播瘧疾的假說(shuō)聯(lián)系起來(lái), 使英國(guó)軍醫(yī)羅斯推想: 如果上述兩個(gè)假說(shuō)是對(duì)的, 吸了患者血液的蚊子, 體內(nèi)就應(yīng)該帶有這種微生物。后來(lái)羅斯通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一假說(shuō)。羅斯還讓蚊子吸麻雀的血, 定時(shí)解剖蚊胃。他發(fā)現(xiàn)這種小生物不但存在于蚊胃中, 并且能夠繁殖。他又讓感染的蚊子去吸健康麻雀的血液, 原來(lái)健康的麻雀發(fā)病了。進(jìn)一步在志愿者身上試驗(yàn), 直接證明了瘧原蟲在人體的傳播與在鳥類體內(nèi)的傳播一樣,都是以蚊子為媒介的。至此, 瘧疾是由蚊子傳播的假說(shuō)得到最后的證實(shí), 假說(shuō)已轉(zhuǎn)化為科學(xué)定理或?qū)W說(shuō)了。
    同時(shí)也從以上材料中總結(jié)出: 假說(shuō)是問(wèn)題的延伸,同時(shí)也是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ); 做出假說(shuō)和提出問(wèn)題之間的邏輯聯(lián)系, 在這里, 科學(xué)問(wèn)題、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)資料、科學(xué)實(shí)踐、生產(chǎn)實(shí)踐、人文活動(dòng)等都可能是做出假說(shuō)的基礎(chǔ)(下圖中用“觀察”一詞來(lái)概括); 假說(shuō)在科學(xué)過(guò)程中的地位及其承前啟后的重要作用。
    3. 4 指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程  實(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康�、原理和提出的假設(shè)。設(shè)計(jì)出具體的實(shí)驗(yàn)方法和步驟。指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程應(yīng)遵循如下原則
    :A、單因子變量原則 :控制其他因素不變 ,而只改變其中某一元素 ,觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。單因子變量有兩層含義 ,一是確�！皢我蜃幼兞俊钡膶�(shí)驗(yàn)觀察 ,一個(gè)實(shí)驗(yàn)一般只設(shè)置一個(gè)變量 ,做到一個(gè)實(shí)驗(yàn)因子對(duì)應(yīng)觀察一個(gè)反應(yīng)分子。二是確保單因子變量的操作規(guī)范 ,盡可能避免無(wú)關(guān)因子及額外因子的干擾。
    B、設(shè)立對(duì)照原則 :對(duì)照是實(shí)驗(yàn)控制的手段之一 ,通過(guò)設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn) ,可以消除無(wú)關(guān)因子對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響 ,增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度和說(shuō)服力。根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以采用相互對(duì)照、空白對(duì)照、自身對(duì)照、條件對(duì)照等。例如本實(shí)驗(yàn)采用的是相互對(duì)照。
    C、隨機(jī)性原則 :為了使實(shí)驗(yàn)更具代表性 ,消除或減少實(shí)驗(yàn)中的系統(tǒng)誤差 ,從而避免實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偶然性 ,在選擇樣本時(shí)選擇面要廣 ,種類、數(shù)量要比較多 ,還要注意隨機(jī)取樣。
    D、重復(fù)性原則 :某一具體實(shí)驗(yàn)的結(jié)論不一定能概括出同類事物的本質(zhì) ,必須進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)證。即控制某種因素的變化 ,在同等條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn) ,觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響程度。重復(fù)的方法有兩種 ,一是擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)樣本 ,二是將實(shí)驗(yàn)結(jié)果擴(kuò)大到同類事物中去。
    第三 ,要排除其他因素的干擾。因?yàn)樯�物生長(zhǎng)在復(fù)雜的環(huán)境中 ,受到各種環(huán)境因素的影響 ,為消除無(wú)關(guān)因子對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾 ,增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度和說(shuō)服力 ,可以通過(guò)設(shè)置對(duì)照組消除其他無(wú)關(guān)因素的影響 ,
    第四 ,要增加實(shí)驗(yàn)的可信度 ,必須進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)
    第五 ,要避免實(shí)驗(yàn)的偶然性 ,根據(jù)隨機(jī)性原則 ,
    3. 5  作出實(shí)驗(yàn)預(yù)期  預(yù)期是指檢測(cè)假設(shè)之前提出的對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)期。它既是從假設(shè)中推測(cè)出的結(jié)果 ,又是檢驗(yàn)假設(shè)的一個(gè)對(duì)照。一般情況下 ,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期一致 ,則假設(shè)成立 ,若實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期矛盾 ,則假設(shè)不成立 ,必須尋找原因 ,修改實(shí)驗(yàn)方案 ,重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 
    3. 6  組織討論與交流  學(xué)生寫出實(shí)驗(yàn)方案后 ,應(yīng)組織討論和交流 ,說(shuō)明各自的設(shè)計(jì)思路、依據(jù)的實(shí)驗(yàn)原理、采用的實(shí)驗(yàn)方法、主要的實(shí)驗(yàn)步驟及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)期等

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演示教學(xué)是指教師在課堂教學(xué)中，運(yùn)用教具或教學(xué)儀器進(jìn)行表演和示范操作，利用樣品、標(biāo)本、模型等實(shí)物和各種掛圖、音像資料向?qū)W生提供感性材料，并指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察、分析、歸納以獲得知識(shí)的行為方式。本文介紹幾種生物課中的演示教學(xué)方法。

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《人的身體》一章（九年義務(wù)教育初中《生物》第二冊(cè)）有兩個(gè)教學(xué)難點(diǎn)：一是組織的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、分布和功能，二是人體是一個(gè)統(tǒng)一的整體。組織的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、分布和功能在同一章節(jié)里，理論性的知識(shí)比較集中，增大了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，....

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１９９２年六月國(guó)家教委頒發(fā)的《中小學(xué)校園環(huán)境管理的暫行規(guī)定》中指出：“學(xué)校是教職工和學(xué)生工作，學(xué)習(xí)和生活的主要場(chǎng)所，應(yīng)做到環(huán)境整潔優(yōu)美，風(fēng)氣積極向上，設(shè)施完好，秩序正常，成為社會(huì)主義精神文明建設(shè)的陣地�！毙�園....

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在《新教學(xué)論》中教育家贊可夫提出，要把教師教學(xué)的重點(diǎn)，從過(guò)去單純研究如何教，而轉(zhuǎn)向研究學(xué)習(xí)的主體——學(xué)生如何學(xué)。陶行知先生也說(shuō)過(guò)：“我認(rèn)為好的先生不是教書，而是教學(xué)生學(xué)�！敝型饨逃�名家的論述都具有共同的特點(diǎn)，就是十分重視學(xué)生如何學(xué)....