學生“制定實驗計劃能力”的培養策略

邰玉韋

(江蘇省常州市北郊初級中學 213002)

在生物學教學中，發展核心素養要求學生具有一定的科學探究能力、實踐動手能力等。其中，制定實驗計劃是通過實驗來提升上述能力的基本保證。課程標準對此要求學生能“列出所需要的材料與用具”“選出控制變量”“設計對照實驗”。教師在教學中需要針對課程要求進行有效教學以及相關能力的培養和評價。本文聯系案例，就如何提高學生制定實驗計劃能力，列舉幾個培養策略。

1 同伴互動—質疑修正—自我提升

學生的學習方式有多種，其中向同伴和榜樣學習是比較有效的一種方式，可以選擇身邊的人和事來組織實驗教學，激發學生的嘗試心理。利用案例教學重點是吸引學生主動參與，然后在被質疑和被追問的過程中，在饒有興趣的氛圍下，理解制定實驗計劃的過程、方法及其內涵，修正和完善原有的相關概念。進而使學生在新的實驗情境下，獨立完成實驗方案的設計，實現自我提升。

案例1 (蘇教版七年級上冊)生物學教材“探索生命的方法”中，通過圖片和視頻展示，為學生創設“小弗萊明”興趣小組的實驗情景，組織學生一起踏上探究“生蛆”之路。當學生知道“小弗萊明”興趣成員小組就是八年級的學長時，心情很是激動，感覺到實驗探究就在身邊。學生認真回看“小弗萊明”團隊“探究種子萌發的外界條件”的實驗過程，意外的“生蛆”現象吸引了他們的注意。接著，教師引導學生積極參與探究“生蛆”實驗計劃的制定，讓學生思考興趣小組同時再思考的一系列問題。出示“小弗萊明”準備的實驗材料和實驗裝置，運用設問和追問，引導學生深入思考和質疑，逐漸理解設計對照實驗、確定變量的方法及其在探究實驗的重要作用。使學生潛移默化地學到學習科學必備的探索精神、探究素養和方法。最后，教師再提供新的實驗情境“綠豆種子萌發需要一定的水分嗎？”，讓學生獨立制定實驗計劃，培養“對照實驗和單一變量”等意識，實現自我提升。

2 自主設計—完善修改—共同提升

在學生對設計實驗方案流程有了一定的了解，初步具有一定的對照實驗和單一變量意識，有一定的制定實驗計劃的能力之后，課堂上給予學生足夠的思考時間，讓學生先以個體或小組獨立自主設計實驗計劃，親自體驗實驗計劃建構的全過程，然后再通過展示和評價，循序漸進地修正和完善原有的實驗方案，理解設計實驗的內涵和基本原則，實現全體學生共同提升的目的。

案例2 在“模擬探究洗潔精污染對水禽的影響”設計實驗方案環節中，可利用理解工作單的形式讓學生充分體驗實驗計劃設計、展示和修改方案的過程。先讓學生選擇自己喜歡的方式(文字描述或圖文并茂)，先用黑色水筆初步設計實驗方案，然后在展示評價的基礎上，遵循探究實驗的設計原則，如建構對照實驗、控制單一變量、重復實驗和選擇羽毛合適數量等，用藍色水筆逐步修改實驗方案，最后用紅色水筆完善其他小組的實驗方案。通過三輪設計措施，循序漸進地建構和提升實驗設計方案的能力。同時，教師要提供一定的幫助和指導，著力指導學生實驗設計的基本方法，實現反饋和共同提升的目的。

3 作品展示—答辯質疑—內化提升

采用小組或個人探究實驗競賽、個人自主選擇探究競賽等形式。主要流程：先讓學生自主設計實驗并實施實驗計劃，然后讓學生以演講的形式展示出來。演講分“內容展示”和“答疑”兩大主題，內容展示可以通過PPT、圖片、視頻或實物、口述等多種方式，把實驗計劃和探究作品呈現出來；答疑部分是針對其他小組的學生現場提出的2～3個質疑問題，面向全體學生進行解答或提出改進措施。

這種反思探究過程，是在學生有了一定的實踐基礎前提下，又匯聚了全班學生的智慧和力量，能夠促使學生個人或小組制定實驗計劃的能力有所內化和提升。

案例3和案例4 “探究種子萌發的條件”和“探究生活中的吸水與失水現象”，針對這些內容開展學生小組或個人競賽的探究活動，教學實踐效果較好，學生可以多方面受益。許多在常規課堂教學中需要多次強調的探究教學細節和重點內容，如設置對照實驗、控制單一變量、重復實驗和材料選擇等，學生都能關注到，并能創造性地解決問題。這種學習方式既可轉變教學方式，又能提高學生的學習積極性，并實現生生之間、師生之間的有效互動和個性化教學。活動結束后，不同層次的學生在實驗探究能力、動手實踐能力、質疑能力和表達能力等，都有不同程度的提升。

4 定量設計—創新拓展—能力提升

定量實驗在培養學生科學素養，提高學生思維邏輯性、嚴謹性、全面性和深刻性等具有其重要意義。學生因缺乏量的概念和意識，常常在制定實驗計劃時帶有一定的盲目性和隨意性，教師可以有意識將定性實驗的教學設計轉變為定量實驗的教學設計，選擇典型的實驗案例以突出定量實驗的設計思維為主線，圍繞設計對照實驗、控制單一變量展開創新拓展和實驗教學設計，提升學生的思維能力。

案例5 “探究植物的呼吸作用”，利用本實驗教材的資源進行創新設計，指導學生改為定量的探究實驗教學設計。實際教學中，教師可以先出示幾種不同的實驗方案，讓學生比較分析，對每種實驗方案的可行性、精確性進行判斷，形成較理想的定量實驗方案：①取適量的白蘿卜、土豆、菠菜、花菜、橘子、豆芽等根、莖、葉、花、果實和種子6大器官作為實驗材料，4人一組，每2組共用一種實驗材料，并設置對照實驗(一份用新鮮的實驗材料；一份用煮熟過的同種實驗材料)；②將黑色塑料袋改為用同樣330 mL規格的白色飲料瓶加蓋密封(放入綠色葉子的塑料瓶要用黑色布包裹)；③放在相同溫度等環境下24 h；④用兩個50 mL規格的注射器分別從裝有同種實驗材料(新鮮的和煮熟的)的兩個飲料瓶中，抽出40 mL氣體，分別注入2個裝有10 mL澄清石灰水的瓶中進行檢驗，設計見表1。

表1 “探究植物的呼吸作用”實驗設計

表1 “探究植物的呼吸作用”實驗設計

對照實驗實驗材料處理相同環境處理澄清石灰水的量待檢測氣體的量A新鮮的100 g的同種植物器官溫度、時間等10 mL40 mLB煮熟的100 g的同種植物器官溫度、時間等10 mL40 mL