高中生物研究性學習與學生實驗設計能力培養的關系研究

馬寧

摘 要 以渭南高級中學高二2個理科班的學生為研究對象，對“高中生物研究性學習”和“學生實驗設計能力培養”的關系問題進行了實驗研究，初步探討了“研究性學習”在培養高中學生實驗設計能力方面的一般規律。研究表明，在生物學科實驗教學中，通過開展研究性學習是培養學生創新意識和創新能力的有效途徑。

關鍵詞 高中生物 研究性學習 實驗設計能力

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

在素質教育全面推進的背景下，大力倡導中學生創新精神與實踐能力培養的“研究性學習”正日益受到人們的關注，成為當今教育理論研究和教育改革的一大亮點。“研究性學習”課程首次成為我國基礎教育課程體系的有機構成。作為新生事物，其理論研究與實踐還遠遠不夠。通過查閱大量的相關文獻資料發現，對于“研究性學習”的研究，宏觀理論闡述較多，而涉及某一具體內容的實驗研究相對較少，致使不少教師在“研究性學習”的具體操作中還存在著許多困惑。

筆者在查閱相關文獻資料的基礎上，結合校本研究性學習課程實踐活動，對“高中生物研究性學習”和“學生實驗設計能力培養”的關系進行實驗研究，初步探討了“研究性學習”和生物學科整合培養高中學生創新能力的一般規律，為廣大普通高中實施新課程，推進以創新精神和實踐能力為重點的素質教育提供科學的理論指導。

1 研究對象

陜西渭南高級中學是陜西省示范標準化重點高中，生源主要是全市各縣區的初中畢業生，在校學生的整體基本素質水平為優良。研究以渭南高級中學2011級(18)、(20)2個平行理科班共120名學生作為本課題的研究對象。由于學生入學是隨機分班，各教學班沒有學生學習基礎的差異，因此，以教學班為單位，基本能保證研究對象的起點在總體上的一致性。

2 研究方法

通過借鑒國內外已有的關于“研究性學習”課程的研究成果，采用實驗研究的方法，在所選定的2個理科班中，確定高二(20)班為對照班，在常規教學模式下進行生物學科的學習；高二(18)班為實驗班，在聯系教材內容知識體系的基礎上，一學期安排學生選擇一個課題進行自主探究式學習。教學實驗中，對照班和實驗班的生物學由同一名生物教師任教。

3 教學實驗的實施過程及結果

3.1 實施過程

3.1.1 實驗前測試學生的實驗能力

本實驗研究之初，對所選定的兩個教學班的學生進行了高一階段生物實驗設計能力的測試，測試以書面習題的形式進行，滿分50分，時間30 min，測題如下：

已知2H2O2=2H2O+O2↑，可以通過觀察反應過程中O2的生成速度（即氣泡從溶液中釋放的速度）來判斷H2O2分解反應的速度。請用所給的實驗材料和用具設計實驗，使其能同時驗證過氧化氫酶具有催化作用和高效性。要求寫出實驗步驟，預測實驗結果，得出結論，并回答問題。

實驗材料與用具：適宜濃度的H2O2溶液，蒸餾水，質量分數為3.5%的FeCl3溶液，質量分數為0.01%的過氧化氫酶溶液，恒溫水浴鍋（37℃），試管。

（1） 實驗步驟：① ；②；

③。

（2） 實驗結果預測及結論：

整個實驗中，不同處理的試管中O2的釋放速度從快到慢依次是。由此得出的結論是。

（3） 如果僅將實驗中的恒溫水浴改為80℃，重做上述實驗，O2釋放的速度最快的是，原因是 。

測試成績一方面用于實驗結果的分析，另一方面也證實了2個待研究班學生的生物實驗水平基本相同。

3.2 兩種模式下的教學過程

對照班在常規教學模式下進行生物實驗理論知識的學習，包括實驗的基本原理、實驗設計的基本原則、實驗數據的處理等；實驗班在研究性學習融入學科課程的教學模式下進行生物研究性學習，學生每6人組成一個合作學習小組，從教師提供的備選課題中選擇其中的一個課題進行自主探究學習，也可選擇自己感興趣的課題進行探究。

實驗班遵循研究性學習課題研究的一般程序，開展生物研究性學習。

（1） 確定研究課題。

確定課題時，教師要遵循創新性原則、開放性原則、可行性原則、實踐性原則等原則。選題時，教師不僅要考慮學生的認知水平、已掌握的知識基礎、實驗條件等，而且還要考慮課題的現實價值和理論意義。教師推薦和設計的課題要有利于學生對所學知識的意義建構，有利于培養學生的創新精神與實踐能力。也可以廣泛從學生中征集課題，并保證學生自主選擇，教師不干涉學生選擇課題。

遵循高中生物研究性學習課題的選題原則，推薦的備選課題如下：

探究植物組織細胞液的濃度；設計實驗，觀察生長素或生長素類似物對植物生長發育的影響；驗證細胞膜的選擇透過性功能；水體富營養化對藻類數量的影響等。

（2） 搜集資料并制定研究計劃。

根據研究課題的要求，教師可以對學生進行課題研究計劃制定的指導，內容包括：用什么方式、從哪些途徑搜集哪些方面的資料，掌握哪些相關的知識等。教師旨在幫助學生學會查閱書籍、學會使用搜索引擎和數據庫，學會小組內分工協作，掌握與他人交流的技能，能進行實驗設計，能客觀記錄實驗現象和結果，能對數據進行簡單分析等。

（3） 分析資料并實施研究計劃。

本階段是資料的理論化和整合化過程。學生對所搜集的資料、信息和數據等進行處理，提取有用的信息，開展小組內分工協作，集中力量學習、理解，并通過分析、綜合、演繹、歸納、抽象、概括等邏輯思維過程，獲得規律性認識。

（4） 撰寫研究報告和交流。

在課題研究的總結階段，學生將研究結果以報告的形式展示出來。研究報告的內容包括：問題的提出、研究過程、研究結論、參考資料等幾部分。研究報告的基本要求是：思路清晰、語言精練、論據充分、結論鮮明、富有創意、格式規范。最后，研究報告在一定范圍內交流。

3.3 教學測驗及結果的數據統計分析

（1） 教學測驗。

測試以書面習題的形式進行，滿分50分，時間30 min，教學測驗內容如下：

請根據實驗原理和提供的材料、用具，設計實驗探究“NAA促進不同植物扦插枝條生根的最佳濃度”。

實驗原理：NAA能促進植物扦插枝條生根，有利于插條的存活。在最適濃度下，插條容易生根，存活率也最大。

實驗材料：濃度為100 ppm、200 ppm和300 ppm的NAA溶液，茉莉花、桅子花、金錢松枝條，其他必要材料。

（2） 教學測驗結果的數據統計分析。

測驗總分值為50分。對實驗班和對照班測驗學生成績（表1）統計分析可知，實驗班學生的成績平均分為44.5分，控制班學生的成績平均分為39.0分，兩班學生的平均得分差異為5.5，顯著性差異為P<0.01，差異顯著。

從上述數據分析可以看出，不同的生物學科學習模式對學生生物學習的影響不同。在研究性學習融入生物學科課程的教學模式下進行生物研究性學習的實驗班，生物實驗設計能力教學測驗成績高于在常規教學模式下學習的對照班，且實驗班與對照班的成績差異達到顯著水平。

4 討論

本研究初步表明：在一段時間內，高中生物研究性學習與學生實驗設計能力提高之間具有相關性。實驗班和對照班生物實驗設計能力的教學測驗結果會出現顯著性差異的原因可能在于：

（1） 在不同的教學模式下，學生學習的主動性方面差異較大。

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對照班的常規教學模式主要是一種接受式學習，只是按照現成的實驗步驟去做就可以了。這種獲得知識的途徑存在著明顯的弊端，在忽視學生的自主探索能力的同時，也冷落了學生親身參與和思考的內在積極性，造成學生創新激情的壓抑和實踐能力的低下。

實驗班學生在啟發和幫助下，通過獨立、嚴謹、周密的思考，逐步形成勇于質疑、樂于探究、敢于動手的積極的學習態度和良好的學習習慣，不但提高了自信，而且激發了對未知知識的探索欲。

由此可見，良好的自主探究學習對提高高中生物實驗設計能力有明顯的效果。

（2） 學生在兩種教學模式下的學習方式的不同。

學習活動是一種理論學習和實踐操作的統一過程。間接經驗學習是一種學習方式，但主動探究學習更是一種重要的學習方式。生物研究性學習改變了以往學生單純地接受教師傳授知識為主的被動的學習方式，幫助他們掌握和運用現代學習方式，學會主動學習；同時也為學生構建了開放的學習環境，提供了多渠道獲取知識、并將學到的知識綜合應用于實踐的機會；更注重學生對生活的感受和體驗，改變了以課堂為中心、以書本為中心、以教師為中心、以傳授灌輸為基本特征的傳統教學模式，強調學生的親身經歷，能讓學生積極體驗和感受，做到在實踐中去發現和探究問題，發展實踐能力和創新能力，是體現學習的真正價值、實現有意義學習的一種重要的學習方式。

（3） 生物研究性學習對構建合理的知識結構有重要作用。

知識結構的合理構建對生物實驗操作和分析能力有重要的影響。陳君的研究表明，當學生有了主動提出問題的意識，他們的思維就會圍繞待解決的問題而啟動，不但原有的知識會被激活，而且會積極調動和重新建構已有知識來解決問題，這有利于建構合理的知識結構。同時，通過研究性學習可以激發學習興趣，主動查找收集相關資料，獲取更多新的知識，尋求解決問題方法。在這個過程中，他們要運用一定的技術與手段，并將收集到的信息系統化、有序化，加以組織和整合，以便形成更為概括、綜合的合理的知識結構，通過這些步驟獲得的知識結構是多維的、動態的，也是提高學生學習能力的最良好途徑。

參考文獻：

［1］ 徐紅玲.高中生物研究性學習［M］.北京:北京龍門書局, 2003:77.

［2］ 彩燕.研究性學習意的義、特點與實施理念［J］.教育導刊,2002,（1）:18-20.

［3］ 羅玉明.高中生物開展研究性學習的探索與思考［J］.教育探索,2002,（6）:27-29.

［4］ 陳君.試論研究性學習與創新能力的培養［J］.湖南工業職業技術學院學報,2002,2（1）:43-47.

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對照班的常規教學模式主要是一種接受式學習，只是按照現成的實驗步驟去做就可以了。這種獲得知識的途徑存在著明顯的弊端，在忽視學生的自主探索能力的同時，也冷落了學生親身參與和思考的內在積極性，造成學生創新激情的壓抑和實踐能力的低下。

實驗班學生在啟發和幫助下，通過獨立、嚴謹、周密的思考，逐步形成勇于質疑、樂于探究、敢于動手的積極的學習態度和良好的學習習慣，不但提高了自信，而且激發了對未知知識的探索欲。

由此可見，良好的自主探究學習對提高高中生物實驗設計能力有明顯的效果。

（2） 學生在兩種教學模式下的學習方式的不同。

學習活動是一種理論學習和實踐操作的統一過程。間接經驗學習是一種學習方式，但主動探究學習更是一種重要的學習方式。生物研究性學習改變了以往學生單純地接受教師傳授知識為主的被動的學習方式，幫助他們掌握和運用現代學習方式，學會主動學習；同時也為學生構建了開放的學習環境，提供了多渠道獲取知識、并將學到的知識綜合應用于實踐的機會；更注重學生對生活的感受和體驗，改變了以課堂為中心、以書本為中心、以教師為中心、以傳授灌輸為基本特征的傳統教學模式，強調學生的親身經歷，能讓學生積極體驗和感受，做到在實踐中去發現和探究問題，發展實踐能力和創新能力，是體現學習的真正價值、實現有意義學習的一種重要的學習方式。

（3） 生物研究性學習對構建合理的知識結構有重要作用。

知識結構的合理構建對生物實驗操作和分析能力有重要的影響。陳君的研究表明，當學生有了主動提出問題的意識，他們的思維就會圍繞待解決的問題而啟動，不但原有的知識會被激活，而且會積極調動和重新建構已有知識來解決問題，這有利于建構合理的知識結構。同時，通過研究性學習可以激發學習興趣，主動查找收集相關資料，獲取更多新的知識，尋求解決問題方法。在這個過程中，他們要運用一定的技術與手段，并將收集到的信息系統化、有序化，加以組織和整合，以便形成更為概括、綜合的合理的知識結構，通過這些步驟獲得的知識結構是多維的、動態的，也是提高學生學習能力的最良好途徑。

參考文獻：

［1］ 徐紅玲.高中生物研究性學習［M］.北京:北京龍門書局, 2003:77.

［2］ 彩燕.研究性學習意的義、特點與實施理念［J］.教育導刊,2002,（1）:18-20.

［3］ 羅玉明.高中生物開展研究性學習的探索與思考［J］.教育探索,2002,（6）:27-29.

［4］ 陳君.試論研究性學習與創新能力的培養［J］.湖南工業職業技術學院學報,2002,2（1）:43-47.

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對照班的常規教學模式主要是一種接受式學習，只是按照現成的實驗步驟去做就可以了。這種獲得知識的途徑存在著明顯的弊端，在忽視學生的自主探索能力的同時，也冷落了學生親身參與和思考的內在積極性，造成學生創新激情的壓抑和實踐能力的低下。

實驗班學生在啟發和幫助下，通過獨立、嚴謹、周密的思考，逐步形成勇于質疑、樂于探究、敢于動手的積極的學習態度和良好的學習習慣，不但提高了自信，而且激發了對未知知識的探索欲。

由此可見，良好的自主探究學習對提高高中生物實驗設計能力有明顯的效果。

（2） 學生在兩種教學模式下的學習方式的不同。

學習活動是一種理論學習和實踐操作的統一過程。間接經驗學習是一種學習方式，但主動探究學習更是一種重要的學習方式。生物研究性學習改變了以往學生單純地接受教師傳授知識為主的被動的學習方式，幫助他們掌握和運用現代學習方式，學會主動學習；同時也為學生構建了開放的學習環境，提供了多渠道獲取知識、并將學到的知識綜合應用于實踐的機會；更注重學生對生活的感受和體驗，改變了以課堂為中心、以書本為中心、以教師為中心、以傳授灌輸為基本特征的傳統教學模式，強調學生的親身經歷，能讓學生積極體驗和感受，做到在實踐中去發現和探究問題，發展實踐能力和創新能力，是體現學習的真正價值、實現有意義學習的一種重要的學習方式。

（3） 生物研究性學習對構建合理的知識結構有重要作用。

知識結構的合理構建對生物實驗操作和分析能力有重要的影響。陳君的研究表明，當學生有了主動提出問題的意識，他們的思維就會圍繞待解決的問題而啟動，不但原有的知識會被激活，而且會積極調動和重新建構已有知識來解決問題，這有利于建構合理的知識結構。同時，通過研究性學習可以激發學習興趣，主動查找收集相關資料，獲取更多新的知識，尋求解決問題方法。在這個過程中，他們要運用一定的技術與手段，并將收集到的信息系統化、有序化，加以組織和整合，以便形成更為概括、綜合的合理的知識結構，通過這些步驟獲得的知識結構是多維的、動態的，也是提高學生學習能力的最良好途徑。

參考文獻：

［1］ 徐紅玲.高中生物研究性學習［M］.北京:北京龍門書局, 2003:77.

［2］ 彩燕.研究性學習意的義、特點與實施理念［J］.教育導刊,2002,（1）:18-20.

［3］ 羅玉明.高中生物開展研究性學習的探索與思考［J］.教育探索,2002,（6）:27-29.

［4］ 陳君.試論研究性學習與創新能力的培養［J］.湖南工業職業技術學院學報,2002,2（1）:43-47.

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