淺析中學生物教學中的制定計劃與設(shè)計實驗

楊華 陶穎婷

隨著《普通高中生物課程標準（實驗）》把“倡導探究性學習”作為課程的基本理念提出來，并將科學探究列入內(nèi)容標準，探究性教學越來越被教育教學工作者所倡導。“制定計劃與設(shè)計實驗”作為科學探究過程中重要環(huán)節(jié)之一，它要求探究者從操作的角度把猜想與假設(shè)具體化、程序化，為科學探究的具體實施做出規(guī)劃[1]。本文將從制定計劃與設(shè)計實驗在教學中的作用、在教學中的具體實施步驟、實施中應(yīng)注意的問題等三方面進行探討。

1 制定計劃與設(shè)計實驗在教學中

的作用

制定計劃與設(shè)計實驗是一種決策，沒有計劃的行動是盲目的行動，計劃的好壞直接影響到科學探究的成敗。研究計劃的制訂過程也是一個探究的過程，是提高學生探究能力的一個重要方面。將科學探究的這一重要要素應(yīng)用于實踐教學中，具有重要的意義。

1.1 培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)

學生依據(jù)各種資料和以往相關(guān)經(jīng)驗，模仿科學家在正式開始研究前進行實驗的設(shè)計，親歷科學探究的主要過程，體驗科學研究的過程和方法。學生在積極參與和主動探究的過程中，可自主獲得科學知識，掌握科學方法，并形成一定的科學態(tài)度和科學精神[2]。

1.2 確保實驗或調(diào)查活動有序、有效地展開

古語云：凡事預則立，不預則廢。正式進行實驗或調(diào)查活動前，合理恰當?shù)挠媱澘纱罅繙p少實際操作中遇到的不利因素。如在“探索生長素類似物促進插條生根的最適濃度”實驗設(shè)計中，在正式實驗前先設(shè)計一個預實驗，可以檢驗實驗設(shè)計的科學性和可行性，以免盲目展開實驗帶來不必要的時間和財物浪費。

1.3 提高學生探究性試題的解題能力

新課改后，高考試題越來越注重考查學生自主探究的能力。實驗題中常給出已知的條件和實驗試劑與儀器，讓學生自主設(shè)計實驗步驟，這類試題實則是對制定計劃和設(shè)計實驗能力的考查。實踐教學中讓學生真正經(jīng)歷科學探究中制定計劃與設(shè)計實驗的過程，使其形成科學的實驗設(shè)計思路，必能提高學生對這類題目的解題能力。

1.4 將多元智力理論充分運用于中學課堂教學

現(xiàn)代社會處于需要各種人才的時代，多元智力理論倡導教育必須促進每個人各種智力的全面發(fā)展，讓個性得到充分的發(fā)展和張揚。制定計劃與設(shè)計實驗教學以小組形式為載體，在實踐教學中，使每個學生都發(fā)揮了自己的特長，促進學生能力的全面發(fā)展、個性的充分發(fā)揮。

2 制定計劃與設(shè)計實驗在教學中

的實施步驟

2.1 查閱相關(guān)資料

依據(jù)提出的問題和合理的假設(shè)，學生需要進行實驗具體步驟和方案的制定。在這之前，學生需要查閱一定的相關(guān)資料。

1）關(guān)于該探究內(nèi)容已有的研究成果。在科學探究的過程中，學生要借鑒科學家的做法，站在前人的肩膀上繼續(xù)探究。這樣不僅節(jié)省了大量不必要的工作量，還能使制定計劃與設(shè)計實驗的前期工作更具科學性。如沃森和克里克在發(fā)現(xiàn)DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)之初，就借鑒了威爾金斯和其同事富蘭克林提供的DNA衍射圖譜。

2）相關(guān)科技書刊。科技書刊中有許多對科技知識的介紹，條件好的學校圖書館對相關(guān)書刊提供借閱。對中學生科學素養(yǎng)提升較高、幫助較大的書刊有《環(huán)球科學》《牛頓科學世界》等。

3）教材中提供的資料。教材中涉及的探究性實驗在制定計劃與設(shè)計實驗模塊常有一定的資料作為參考，如人教版必修三中“土壤中小動物類群豐富度的研究”中就給出研究計劃表的雛形供學生參考與進一步完善，對學生順利進行實驗設(shè)計提供了模板。

2.2 明確探究目的和已知條件，制定實驗方案

要制定實驗方案，必須明確實驗目的。實驗目的來自于科學理論上的猜測與假設(shè)，制定實驗方案，實際上就是從操作的角度把探究的猜想或假設(shè)具體化、程序化。如“影響酶活性的條件”實驗中，學生就必須明確探究目的是說明酶促反應(yīng)都具有最適溫度和最適pH，高溫、過酸、過堿都會導致酶失活。

根據(jù)探究假設(shè)來確定實驗目的，根據(jù)實驗的目的來思考實驗的原理，按照實驗的原理來設(shè)計實驗的程序和步驟，這是構(gòu)思實驗方案的基本線索。在制定實驗方案的實施技巧上，還可根據(jù)實驗目的來分析實驗需要解決的各個問題，然后提出解決每個問題的各種方法，經(jīng)比較、選擇、優(yōu)化后，形成最終的實驗方案。

2.3 嘗試選擇適宜的實驗方法及所需要的材料和裝置

按以上兩步確定好實驗方法后，要細化實驗材料和裝置的選擇，該選擇涉及的面很廣，如實驗原理、實驗的誤差要求、實驗器材的功能、實驗器材的安全、實驗操作的方便性以及實驗器材的代用品等，這些方面都會對實驗材料和裝置的選擇產(chǎn)生影響。學生在具有多次選擇實驗經(jīng)歷以后，可以總結(jié)一些在選擇實驗器材方面的基本思路。

1）選擇簡便的實驗材料。實驗選材在實驗中的重要性不言而喻，如遺傳學之父孟德爾在探究生物遺傳規(guī)律時，選擇豌豆作為研究的實驗材料，正是因為豌豆相對性狀明顯、生長周期短，是實驗材料的佳選；且為自花授粉，省去了套袋的麻煩。

2）選擇合適的實驗裝置。探究性實驗旨在培養(yǎng)在探究過程中學生的思維能力和創(chuàng)造能力，故同一實驗可有不同的裝置，但哪一裝置更適合，學生就需要考慮到學校現(xiàn)有的設(shè)備水平、自己現(xiàn)有的操作能力等。如“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”這一實驗，人教版考慮到權(quán)衡各地實驗條件，采用的是運用血球計數(shù)板對酵母菌種群數(shù)量進行計數(shù)的方法；而浙教版則依據(jù)當?shù)亟?jīng)濟發(fā)達狀況，采用比濁計測定菌液的渾濁度，利用分光光度計測定菌液的光密度，先測定菌液渾濁度與菌液密度之間的關(guān)系，再通過渾濁度間接反應(yīng)菌液密度[3]。

2.4 考慮影響問題的主要因素，確定實驗變量及其控制方法

高中生物實驗設(shè)計的基本原則主要有單因子變量原則、平行重復原則、設(shè)置對照原則、隨機性原則。這些基本原則教師應(yīng)在科學探究活動之前進行系統(tǒng)性講解，供學生在具體實驗設(shè)計中參照選擇。例如在“探究加酶洗衣粉的洗滌效果”實驗中，首先應(yīng)確定自變量和因變量。自變量就是不同類型的洗衣粉，即蛋白酶洗衣粉、復合酶洗衣粉和普通洗衣粉，因變量就是洗衣粉對油漬、汗?jié)n、血漬的去污能力。然后，找出無關(guān)變量并制定控制措施。該實驗中，實驗所用的洗衣粉量、污漬的污染程度、洗滌材料的大小、水量的多少等，都是無關(guān)變量。在這一實驗中，教師必須引導學生保持各組中無關(guān)變量一致性，消除這些受控制的因子對實驗可能引起的影響。

3 培養(yǎng)學生制定計劃和實驗設(shè)計

能力應(yīng)注意的問題

3.1 教師應(yīng)由知識的傳授者轉(zhuǎn)換為知識的引導者

在實驗設(shè)計過程中，有些問題學生自己討論后，可以自行解決；有些問題學生較難解決。對于后者，教師應(yīng)利用學生已有的知識基礎(chǔ)，用適當?shù)姆绞近c撥學生解決問題，指導疏通學生思路的中斷點。學生在思考問題時造成思路阻塞或中斷的因素較多，主要是學生頭腦中所形成的概念、規(guī)律與實際問題的聯(lián)系相互隔絕。教師要引導學生克服思維定勢，尋找解決問題的方法。教師還應(yīng)該善于發(fā)現(xiàn)學習的難點，在點撥學生時，不宜講得過多，只要把關(guān)鍵的問題點到即可。

3.2 給學生安排足夠的設(shè)計時間

教師需要科學合理地安排時間，保證學生有足夠的時間去設(shè)計實驗，在學生頭腦中形成一個清晰的實驗方案后才能動手實驗。一節(jié)課的時間非常有限，教師應(yīng)先強調(diào)實驗設(shè)計中應(yīng)注意的事項，再鼓勵學生在課余時間進行制定計劃與設(shè)計實驗，最后課上讓各小組分別匯報實驗設(shè)計方案，教師給予評定和指導，學生進行改進后開展實驗。

3.3 注意實驗安全性問題

在設(shè)計實驗的預實驗環(huán)節(jié)中，教師必須格外重視實驗室安全性問題，防止發(fā)生安全事故。在條件允許情況下，教師可提前組織培訓各小組組長，教給他們正確的安全事故應(yīng)對措施，保證學生在自主預實驗環(huán)節(jié)，能對突發(fā)性事故及時處理。

3.4 注意培養(yǎng)團隊合作精神

新課程倡導合作性學習，促進學生之間的相互交流、共同發(fā)展，促進師生教學相長。在以小組為單位的制定計劃與設(shè)計實驗過程中，教師應(yīng)盡量讓學生科學組建合作性小組，明確小組內(nèi)各成員的分工，讓學生養(yǎng)成互相信任、團結(jié)互助的意識和技能。

4 總結(jié)

制定計劃與設(shè)計實驗意識與能力的培養(yǎng)，可隨科學探究七大要素全面性的訓練展開，也可設(shè)計具體問題，單獨進行[1]。由于計劃和方案易于書面表達，可測性強、評價簡便，在國家課程標準頒布實施之際成為各類考試檢測的熱點，成為學生科學探究能力測試的重點。提高學生制定計劃與設(shè)計實驗，研究生物及其相關(guān)問題的意識和能力，有助于學生增強綜合決策的意識和能力，使學生從生活走向生物、從生物走向社會的新理念的體現(xiàn)。

參考文獻

[1]趙承忠.培養(yǎng)學生“制定計劃與設(shè)計實驗”的意識與能力[J].學科教學,2003(2):40-43.

[2]黎云祥,趙廣宇.新課標中學生物學教學實用教程[M].北京:

科學出版社,2011(10):95-96.

[3]趙奐.“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化”實驗研究[J].生物學通報,2011,

46(5):53-55.

（作者單位：廣西師范大學生命科學學院）