“試驗——探究”教學模式的設計與思考

摘要 探究式學習要用探索未知的方法去構建知識。“實驗——探究”教學的基本過程包括：提出問題，收集資料和事實，提出猜想或假設，對假設進行實驗驗證，發現規律得出結論，構建知識。生物學實施探究式教學的開展，以教師教學觀念的改變為前提。由于受學科教學的影響，“實驗——探究”教學還存在一定的局限性。

關鍵詞 “實驗——探究”教學 生物學教學 教學模式

中圖分類號 G633.91

文獻標識碼 B

《普通高中生物課程標準》指出：生物學科作為由眾多生物學事實和理論組成的知識體系，是在人們不斷探究的過程中逐步發展起來的。學生學習和認識生物學新知識，最基本的途徑是通過實驗事實去發現和歸納。而引導學生主動參與探究的過程是逐步培養學生搜集和處理科學信息的能力、獲取新知識的能力、批判性思維的能力、分析和解決問題的能力，以及交流與合作的能力有效途徑。因此，我們大力提倡“實驗——探究”的教學模式。

1 實驗——探究教學模式的基本教學程序

教師在生物課堂教學中運用“實驗一探究”模式，可以參照以下操作程序去實施：問題一實驗一討論，即問一做一議。

“問”即提出問題。教師根據觀察、實驗、案例分析等提出科學性的問題。問題是探究的起點，也是探究的歸宿，探究的成效如何取決于問題的設計。

“做”即根據問題和假設實施實驗過程。在實驗過程中教師必須要求學生對現象進行仔細觀察，對相關

探究式教學模式起源于薩其曼(RichardSuchman)對于“獨立學習者發展”的信念。他認為科學家用來分析解決問題，探究未知世界的理性智慧可以傳授給學生。該模式是教師在教學過程中，試圖模擬科學家分析解決問題的方法，在學生積極參與科學探索的實踐過程中，讓學生體會科學家如何面對疑難，學會搜集和加工需要的新資料，從而獲得在真實生活情境中發現問題、解決問題的方法。從而培養自己的創新能力和實踐能力。探究式教學的基本過程如下圖1所示。

數據進行詳細的記錄。在問題與實驗2個環節之間往往還增加2個附屬環節：一是“實驗設計”，即用怎樣的實驗去解決問題的思考；二是“作出假設”，即按照探究問題的要求，根據已有的知識和經驗。作出假設或猜想。

“議”是學生通過實驗后得出結論和做出科學解釋的過程，也是學生間交流觀點、意見的關鍵步驟。結論可以是個人的見解，教師不應要求學生的結論完整、科學，但要獨到。

依學習內容的不同，實驗——探究教學模式還可按2個思路形成2種模式的亞型：(1)問題(探究的方向)——實驗(發現)——結論；(2)問題(理論假設)——實驗(驗證假設)——結論。結論在實驗之后是這種模式與傳統實驗教學模式在外在形態(教學程序)上的突出區別，更本質的區別在內涵。在“實驗——探究”模式中，“實驗”是手段，“探究”才是模式的核心，顯然，這種對實驗教學功能全面開發的教學模式，是一種以學生發展為目標的，探索性、發現性學習的實驗教學模式。根據不同的學習內容，這兩種“亞模式”可以靈活地運用。

2 實驗——探究式教學的實踐過程

2．1 “問題(探究的方向)一實驗(發現)——結論”模式的應用分析

食醋中的醋酸分子是活細胞不能選擇吸收的物質，蔗糖是不能透過膜的大分子物質。可是用食醋和蔗糖可將鮮蒜腌制成又甜又酸的糖醋大蒜，為什么?既然食醋和蔗糖都不是被細胞選擇吸收的物質，為什么鮮蒜可以被腌制成又酸又甜的糖醋大蒜?需要我們做出一種判斷，在沒有得到事實的檢驗以前，這種判斷只能是一種假設。為了使提出假設的可靠程度大一些，思考的時候，教師應當力求學生有科學的根據，也就是要尋找某些已知的知識，并把問題情境中的事實搞清楚，以作為解決問題的出發點，然后進行科學的推理，即運用邏輯的方法得出預想的結論。學生討論后，提出如下假設：

假設1：食醋和蔗糖只在細胞間隙，沒有進入細胞內部，細胞仍保持完好。

假設2：食醋和蔗糖可能被選擇吸收，進入細胞內部。

假設3：食醋和蔗糖是通過胞飲形式進入細胞的，即細胞仍保持生活狀態。

假設4：細胞已經被破壞，細胞膜失去選擇透過性，食醋和蔗糖進入細胞內部。

教師分析學生假說，引導歸結為2種探究方向：

(1)以蒜的細胞為生活著細胞為前提的，只要證明糖醋大蒜的細胞是活細胞就能證明上述假說1、2、3是成立的;

(2)細胞膜已被破壞，蒜的細胞已經死亡，只要通過探究能證明細胞已經死亡即可證明假說4。

怎樣用探究方法證明這兩種情況呢?學生討論后提出以下實驗方案：

實驗1：將糖蒜切成薄片，放在顯微鏡下觀察糖蒜的細胞是否完整。

實驗2：將糖蒜切成薄片，做質壁分離實驗，觀察糖蒜是否具有質壁分離現象。

實驗3：將糖蒜栽在花盆里看其能否生長。

結論：(1)看不到完整的細胞，無細胞壁、細胞膜、細胞核等結構，無質壁分離現象；

(2)腌制的糖蒜細胞已經被破壞，細胞膜失去了選擇透過性。

問題(探究方向)——實驗(發現)——結論是選定1個問題，通過實驗發現，驗證理論假設，其主要特點是能夠調動學生積極思考，培養學生實驗設計能力、動手和合作能力，對學生批判性思維的養成具有重要作用。

2．2 “問題(理論假設)——實驗(驗證假設)——結論”模式的應用分析。

在黑藻細胞質流動實驗中，發現有的學生在實驗中能觀察到細胞質在流動，也有部分學生看不到細胞質流動。在排除了實驗操作、實驗儀器造成誤差外，教師提出怎樣加快細胞質的流動的問題6學生提出如下理論假設，并做出相應理論推測。

假設1：適當提高環境溫度能促進細胞質的流動。因為適當提高溫度能促進細胞的代謝活動，代謝活躍的細胞自然細胞質流動得快。

假設2：陽光照射能促進細胞質的流動。因為光照充足有利于植物的光合作用，而細胞質的流動常以葉綠體運動作為標志的。

假設3：滴加蔗糖溶液可以促進細胞質的流動。因為糖類是生物生命活動的主要能源物質，增加了糖能為細胞生命活動提供更多的能量，能量充足，細胞質流動的快。

假設4：滴加ATP可以促進細胞質的流動。因為ATP是生命活動的直接能源物質，能量充足，代謝旺盛，細胞質流動的快。

從學生的假設看，都是有理論依據的，但要驗證假設卻不是簡單的事情。學生須經過深思熟慮，符合實驗設計的原則，特別是設計實驗對照問題，還有操作造成的誤差，必須使實驗無懈可擊。不然實驗結果將不能令人信服。例如假設1和2。溫度應當調到多少?調溫時會不會對原已流動的細胞造成傷害?是酒精燈加熱還是用熱水等。假設3和4滴加蔗糖溶液和ATP試劑會不會使細胞發生質壁分離?滴加的濃度是多少等，學生可以通過思考、交流甚至派生出新的實驗來獲得。

本實驗中假設1、2、4成立，而假設3不成立。不成立的原因在哪里呢?這就需要教師做出批判性的思考，考慮做出判斷的前提有沒有錯，考慮推理的過程和方法有沒有錯。實際上，在學生的思考中，糖類是生物生命活動的主要能源物質，但植物是否能夠利用外界的蔗糖作為能源物質是值得懷疑的。

“問題(理論假設)——實驗(驗證假設)——結論”模式是在學生觀察過程中發現問題，并與自己頭腦中已有的觀點相佐，作出理論假設，通過實驗驗證，得出科學結論的過程。

3 關于實驗——探究式教學的若干思考

3．1 “實驗——探究”教學應注意解決的問題

3．1．1 自覺無知

自覺無知是接受過程開始的前提。當一個人感到無知、困惑時，也就意味著學習的開始。相反，生活在已知世界里，使人感到愜意和滿足，以致不思進取。正所謂“我見即我知，我知即我見”。因此開展探究時，教師要特別注意喚起學生的無知意識，養成自覺無知的習慣，這就對習慣的傳統教學及其背后的教育觀念提出巨大的挑戰。因為通常情況下教師組織課堂教學的方式十分不利于學生形成求知精神，這體現在所制定的從無知到有知的教學目標上，然后根據從無知到已知的轉變的程度評價其學習成功與否。探究教學要求學生向反向移動：教學應從學生的已知開始，教學結束時學生仍沉浸在多角度看問題的興奮之中，并把所得結論運用到新情況的過程中發現新問題，產生新的探究興趣。

3．1．2 鼓勵學生發表不同意見

探究教學的倡導者和實驗者薩其曼指出，課堂上學生感到自由和小壓力是開展探究教學的2個重要條件。教師必須認識到并非所有學生的知識基礎都相同，都能以相同的速度學習，因而教師要允許和鼓勵學生大膽提出和驗證自己的想法，用自己的方式解決觀察結果，無論多么幼稚可笑。此時，教師不要輕易作出否定或肯定性的結論，對學生進行壓服，而要讓學生通過多種途徑收集證據來驗證，從而促使學生在理解或領悟的基礎上主動轉變觀念。如此，學生才有可能養成尊重事實，敢于批判和實事求是的科學態度。

3．1．3 引導行動

實踐是檢驗真理的惟一標準。有了好的課題和想法，立即行動起來，搜索有關信息，扎扎實實地進行課題探究活動。否則，非常有價值的想法若不經過實踐的錘煉，也只能淪為即逝的肥皂泡。因此，教師要帶領學生構建起“靈動”的生物課堂，不輕易放過某個看似荒誕、離奇的想法，引導學生總在探索并積極行動。

3．1．4 模擬精度要適當

探究教學是對科學研究的一種模擬，二者相似但非等同。學生并非科學家，一般來說，精度越高，也就越有可能偏離科學教育的目標；精度越低，就越有背離科學探究精神實質的危險。因此，教師要注意根據教學實際和學生認知、心理發展的水平來調節模擬精度。

3．2 “實驗——探究”教學在生物教學中的局限性

任何一種教學方式、方法都有其局限性、研究性學習也不例外。探究式教學更注重知識的形成過程，難以使學生獲得比較系統的學科基礎知識，況且并非所有的學科知識都適合探究式教學這種方式，那種體現事物名稱、概念、事實等方面的陳述性知識就不需要學生花時間去探究，僅靠聽講、閱讀等方式就能掌握；在傳統的教學任務還沒有相應的改革的情況下，課時不足是開展探究性教學的一個突出矛盾，而在教學內容和教學條件變化不大的情況下，而實現教師教學方式的重大轉變，還需有一較長的過程；探究式教學還要求比較充足的教學設備和課外教育資源，這種方式更適合于小班授課和開展小組討論。目前的班級教學規模難以使每個學生都參與到同一個教學內容的全部探究過程。因此，這些資源還有待進一步開發，一個學期開設2～3節該課型為宜。因此，探究式教學雖有許多優點，但由于受學科教學目標、教學時間、教學內容的局限，其優點難以在學科教學中得以充分發揮。

我們相信，隨著課程改革的不斷深入，教學資源的不斷改革，“實驗——探究”式教學必將結出豐碩的果實。