利用大單元教學(xué)培養(yǎng)高中生生物學(xué)實驗設(shè)計能力的教學(xué)策略

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》在學(xué)科核心素養(yǎng)水平中將\"基于給定的條件設(shè)計并實施探究實驗方案或工程學(xué)實踐方案，運用多種方案如實記錄和分析實驗結(jié)果，并運用科學(xué)術(shù)語報告實驗結(jié)果”，劃分為科學(xué)探究水平三等級。該標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生通過實驗設(shè)計和實驗操作，掌握科學(xué)實驗的基本原理和方法，培養(yǎng)他們的觀察、分析、推理和解決問題的能力。在近幾年的高考試題中，“根據(jù)要求設(shè)計簡單的實驗方案”“能使用恰當(dāng)?shù)姆椒炞C簡單的生物學(xué)事實，并對結(jié)果進行解釋和分析”等考查學(xué)生實驗設(shè)計能力的實驗設(shè)計題是一種熱點題型，而這類題型一直是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點。基于此，教師應(yīng)重視學(xué)生實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)，以此提高學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

一、關(guān)于生物學(xué)實驗設(shè)計能力培養(yǎng)和大單元教學(xué)的概述

（一）實驗設(shè)計能力

高中生物學(xué)實驗設(shè)計能力是指學(xué)生在生物學(xué)實驗中，能夠獨立思考并設(shè)計合理的實驗方案，包括確定實驗自的、選擇適當(dāng)?shù)膶嶒灧椒ê凸ぞ摺⒅贫▽嶒灢襟E、收集和分析實驗數(shù)據(jù)、得出科學(xué)結(jié)論等能力。培養(yǎng)高中生實驗設(shè)計能力不僅可以提高學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，還能啟發(fā)學(xué)生進行創(chuàng)新思考，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力和解決問題的能力，為將來從事科學(xué)研究或相關(guān)職業(yè)打下基礎(chǔ)。

筆者選用問卷星分別對高一、高二、高三學(xué)生的生物學(xué)實驗設(shè)計能力現(xiàn)狀及影響因素進行調(diào)查。結(jié)果顯示：高一、高二學(xué)生實驗設(shè)計能力普遍較弱，并且對實驗設(shè)計題有畏懼心理。高三學(xué)生雖然有一些實驗設(shè)計的基礎(chǔ)，但實驗設(shè)計能力普遍較低，主要表現(xiàn)在四個方面： ① 對整個實驗方案不夠理解，不能明確實驗?zāi)康暮屠斫鈱嶒炘恚?② 實驗基礎(chǔ)水平較低，實驗步驟設(shè)計上往往缺乏科學(xué)性； ③ 自主創(chuàng)新能力差，思維不靈活，對實驗設(shè)計的原理方法不能具體問題具體應(yīng)用； ④ 生物學(xué)術(shù)語的應(yīng)用、表述能力較差。筆者分析當(dāng)前教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)實驗設(shè)計能力方面存在以下不足： ① 學(xué)生實驗操作不足，缺乏實踐機會。由于時間和資源限制，學(xué)生在高中階段接觸到的實驗有限，在課堂上往往只是被動地觀察和模仿實驗操作，缺乏實際動手操作和實踐的機會，無法充分鍛煉實驗設(shè)計能力。 ② 缺乏全面指導(dǎo)。教材中有關(guān)實驗設(shè)計能力培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容較分散，教師在高一和高二的教學(xué)中往往更注重基礎(chǔ)知識的傳授，對于實驗設(shè)計的指導(dǎo)不夠系統(tǒng)、充分，學(xué)生沒有得到全面的培養(yǎng)。基于此，筆者提出在高三復(fù)習(xí)課上采用大單元教學(xué)策略從實驗教學(xué)和理論教學(xué)兩個維度培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)實驗設(shè)計能力，以期為一線教師教學(xué)提供啟示和參考。

（二）大單元教學(xué)

單元可以認為是依據(jù)教學(xué)目標(biāo)進行教學(xué)活動的基本單位。劃分單元并不是簡單地以知識點為依據(jù)，而要圍繞某一主題或概念進行相關(guān)學(xué)習(xí)活動。大單元中“大\"可以理解為核心、上位或高位的概念，要求教師從單純地熟悉教材內(nèi)容走向熟悉課程標(biāo)準(zhǔn)，立足生物學(xué)核心素養(yǎng)設(shè)計大的教學(xué)目標(biāo)，同時以“大概念\"“大任務(wù)”“大項目\"或“大問題”為單位，注重學(xué)生學(xué)習(xí)過程的完整性，設(shè)置長期的、系統(tǒng)的教學(xué)活動。因此，大單元教學(xué)的一般流程是基于選定的主題或概念，通過將相關(guān)的教學(xué)目標(biāo)、核心問題、情境、任務(wù)和知識整合在一起，設(shè)置關(guān)聯(lián)度高的學(xué)習(xí)活動，使學(xué)生掌握必備知識、基本技能，具備正確的價值觀。本文中的大單元教學(xué)是指基于學(xué)生的發(fā)展特點，依據(jù)知識本身的結(jié)構(gòu)與特性，將教材有關(guān)實驗設(shè)計的內(nèi)容重新編排，與相應(yīng)的教學(xué)活動進行整合，成為完整的新單元，培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計能力，最后選擇恰當(dāng)?shù)脑u價方式給予評價。這種教學(xué)安排對學(xué)生學(xué)情的要求和課程要求具有特殊性，比較適用于高三的專題復(fù)習(xí)教學(xué)。

利用大單元教學(xué)培養(yǎng)高中生的生物學(xué)實驗設(shè)計能力具有如下優(yōu)勢： ① 綜合性學(xué)習(xí)。大單元教學(xué)策略可以將與實驗設(shè)計相關(guān)的知識點整合在一起，幫助學(xué)生全面理解實驗設(shè)計的原理和方法。 ② 深度思考。通過大單元教學(xué)策略，學(xué)生需要對多個知識點進行綜合運用和分析，促使他們進行深度思考，培養(yǎng)創(chuàng)新性思維。 ③ 實踐能力培養(yǎng)。大單元教學(xué)策略注重實踐操作和實驗設(shè)計，通過實際操作和實驗設(shè)計的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和實驗設(shè)計能力。

二、利用大單元教學(xué)培養(yǎng)生物學(xué)實驗設(shè)計能力的教學(xué)策略

本研究在結(jié)合學(xué)生問卷調(diào)查結(jié)果、教師訪談反饋、優(yōu)秀實驗教學(xué)課例及近些年高考實驗設(shè)計題分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)課程設(shè)計特點、學(xué)情要求及課時要求，建議在高三的專題復(fù)習(xí)時安排實驗設(shè)計能力培養(yǎng)的大單元教學(xué)。教學(xué)內(nèi)容包括實驗教學(xué)和理論教學(xué)兩部分，筆者從“教、學(xué)、評”三個維度闡述教學(xué)策略。

（一）實驗教學(xué)：整合高中生物學(xué)教材中探究類的實驗，組織學(xué)生實踐操作

教材中探究類的實驗包括：探究酶催化的專一性、高效性及影響酶活性的因素；探究不同環(huán)境因素對光合作用的影響；探究植物生長調(diào)節(jié)劑對扦插枝條生根的作用；探究乙烯利對水果的催熟作用等。將以上實驗整合，組織學(xué)生實踐操作，在實踐中培養(yǎng)實驗設(shè)計能力和素養(yǎng)。

（二）理論教學(xué)：創(chuàng)設(shè)情境，理論指導(dǎo)，真題訓(xùn)練，找到生物學(xué)實驗設(shè)計題的基本解題策略

以往教師進行實驗設(shè)計題理論教學(xué)時，比較枯燥，學(xué)生興致不高，課堂效果不好。為解決這個問題教師可以創(chuàng)設(shè)情境，以問題驅(qū)動，培養(yǎng)學(xué)生問題意識，引導(dǎo)學(xué)生嘗試通過設(shè)計實驗來提高學(xué)生的興趣和參與度。例如，創(chuàng)設(shè)加拿大一枝黃花生物入侵的情境，提出問題：“為何入侵植物比本土植物競爭力更強？\"引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗探究入侵植物和本土植物凈光合速率日變化進程；或創(chuàng)設(shè)高考實驗設(shè)計真題情境，引導(dǎo)學(xué)生初步嘗試設(shè)計實驗。

很多學(xué)生初步嘗試設(shè)計實驗時會遇到困難，如不會分析實驗的變量，書寫不準(zhǔn)確和不規(guī)范等。教師依據(jù)例題進行系統(tǒng)的“明確實驗?zāi)康摹⒄莆湛煽康睦碚撘罁?jù)、選擇正確的儀器試劑、設(shè)計科學(xué)的實驗步驟、描述準(zhǔn)確的實驗現(xiàn)象、得出合理的實驗結(jié)論\"解題策略指導(dǎo)，強調(diào)實驗步驟和實驗思路的區(qū)別、實驗結(jié)果和實驗結(jié)論的區(qū)別、驗證型實驗和探究型實驗的區(qū)別。

書寫實驗思路的解題策略一把握兩條邏輯主線： ① 書寫如何控制自變量； ② 書寫如何檢測因變量。該種題型的難點在于如何控制自變量、預(yù)測實驗結(jié)果、得出科學(xué)的實驗結(jié)論。后續(xù)將通過例題進行訓(xùn)練和鞏固。

書寫實驗步驟的解題策略一掌握規(guī)范表達的“三步曲”。 ① 取材分組編號：取若干生長狀況、大小等相同的材料（用具）均分為若干組，并用A、B、C進行標(biāo)號。 ② 控制自變量和無關(guān)變量：控制自變量一—對實驗組和對照組分別進行相應(yīng)處理；控制無關(guān)變量一一其他條件相同且適宜。 ③ 觀察記錄：培養(yǎng)（生理實驗類）或反應(yīng)（生化反應(yīng)類）相同時間后，觀察相應(yīng)指標(biāo)的變化（形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理特征變化；特異顏色變化、沉淀反應(yīng)等）或測定相應(yīng)指標(biāo)的變化（生長發(fā)育速度、生化反應(yīng)速度等）并記錄數(shù)據(jù)。

實驗結(jié)果和實驗結(jié)論的書寫策略：很多學(xué)生對實驗結(jié)果和實驗結(jié)論這兩個概念容易混淆。實驗結(jié)果是對實驗現(xiàn)象的描述，具體寫各組因變量如何變化；實驗結(jié)論要根據(jù)實驗?zāi)康膩韺懀罁?jù)實驗結(jié)果寫出實驗?zāi)康牡南嚓P(guān)內(nèi)容。

驗證型實驗和探究型實驗主要區(qū)別在于實驗結(jié)果和實驗結(jié)論的書寫。驗證型實驗的結(jié)論是肯定實驗?zāi)康牡南嚓P(guān)內(nèi)容，而探究型實驗需要寫出實驗結(jié)果如何則實驗結(jié)論如何。

學(xué)生經(jīng)過訓(xùn)練已經(jīng)具備基礎(chǔ)實驗設(shè)計能力，但要攻克如何控制變量、預(yù)測實驗結(jié)果、得出科學(xué)的實驗結(jié)論這些實驗設(shè)計的難點，對此可以巧用高考實驗設(shè)計真題來訓(xùn)練和強化，如2021年全國乙卷第

29題、2023年全國甲卷第29題。

（三）學(xué)生在實驗操作實踐和理論學(xué)習(xí)訓(xùn)練中培養(yǎng)科學(xué)思維和科學(xué)探究能力

學(xué)生在實驗操作實踐中，設(shè)計實驗時充分考慮實驗的目的、樣本的選擇等因素，正確控制實驗中的變量，包括自變量、因變量和無關(guān)變量，合理選擇對照組和實驗組進行對照實驗，從而設(shè)計合理的實驗步驟和方法。在實驗過程中，學(xué)會選用正確的儀器進行實驗，準(zhǔn)確地采集實驗數(shù)據(jù)，選擇適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計方法，以圖表的形式對數(shù)據(jù)進行展示，并進行合理分析。在對實驗結(jié)果進行呈現(xiàn)時，學(xué)會合理解釋實驗結(jié)果，得出科學(xué)合理的結(jié)論。最后通過撰寫實驗報告訓(xùn)練書寫和表達能力。

在理論學(xué)習(xí)訓(xùn)練中，通過設(shè)計實驗和評價別人的實驗設(shè)計方案并且提出修改意見來鞏固實驗設(shè)計的解題策略，培養(yǎng)實驗設(shè)計思維。利用高考實驗設(shè)計真題來訓(xùn)練攻克如何控制變量、預(yù)測實驗結(jié)果、得出科學(xué)的實驗結(jié)論這些實驗設(shè)計的難點，

（四）通過評價量表實現(xiàn)科學(xué)且有針對性的自評互評

在實驗操作實踐中，學(xué)生依據(jù)實驗操作評價量表可以更仔細地分析和反思自己的實驗操作，及時發(fā)現(xiàn)實驗過程中存在的錯誤或不足，思考如何改進和提高，激發(fā)學(xué)生的主動性和自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和問題解決能力。學(xué)生通過相互交流分享實驗經(jīng)驗，從其他同學(xué)的實驗操作中學(xué)習(xí)到新的方法和技巧，促進彼此之間的合作和學(xué)習(xí)，培養(yǎng)團隊合作精神，激發(fā)學(xué)習(xí)的積極性。教師通過評價學(xué)生的實驗操作，及時給予指導(dǎo)和反饋，幫助學(xué)生改進和提高。同時，學(xué)生也可以向教師請教問題，獲得更多的學(xué)習(xí)資源和支持。

實驗操作評價量表舉例（見表1）：

在理論學(xué)習(xí)訓(xùn)練中，學(xué)生利用實驗設(shè)計評價量表互評實驗設(shè)計方案，以此發(fā)現(xiàn)問題，提出修改意

見，總結(jié)提升。

實驗設(shè)計評價量表舉例（見表2）：

在大單元作業(yè)評價中教師采用評價量表明確評價標(biāo)準(zhǔn)和要求，讓學(xué)生能夠清楚了解作業(yè)的期望水平，便于自我評估，為他們的總結(jié)反思提供科學(xué)的依據(jù)；減少主觀偏差，提高評價的客觀性和公正性，為教師提供詳細科學(xué)的反饋信息，幫助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，為后續(xù)教學(xué)提供指導(dǎo)，方便教師和學(xué)生追蹤成長軌跡。

縮短課時的同時取得差不多的教學(xué)效果。本次研究以高三學(xué)生為主，研究時間持續(xù)一個學(xué)年，時間偏短。在未來的教育教學(xué)過程中，將以本次的研究結(jié)果為基礎(chǔ)，將本次成功經(jīng)驗逐步滲透到高一、高二的實驗教學(xué)過程中，從而不斷提高學(xué)生的實驗設(shè)計能力。

結(jié)語

以上策略在教學(xué)實踐中成效顯著，從前測與后測的數(shù)據(jù)對比來看，實驗設(shè)計題的得分率有很大提升，學(xué)生面對實驗設(shè)計題時變得自信，實驗設(shè)計能力明顯提高，說明大單元教學(xué)能夠較好地落實大單元教學(xué)自標(biāo)，提升學(xué)生的關(guān)鍵能力，幫助學(xué)生解決真實情境中的實驗設(shè)計問題，落實科學(xué)探究和科學(xué)思維等方面的核心素養(yǎng)培養(yǎng)。但是筆者在實施過程中也發(fā)現(xiàn)一些不足之處。高三復(fù)習(xí)課時緊張，對教師單元教學(xué)設(shè)計能力要求較高，后期將繼續(xù)思考如何在

參考文獻：

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責(zé)任編輯：唐丹丹