學生“制定實驗計劃能力”的培養(yǎng)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(fā)展核心素養(yǎng)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(shè)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(guān)能力的培養(yǎng)和評價。本文聯(lián)系案例，就如何提高學生制定實驗計劃能力，列舉幾個培養(yǎng)策略。

1 同伴互動—質(zhì)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(fā)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(zhì)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(nèi)涵，修正和完善原有的相關(guān)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(shè)計，實現(xiàn)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(chuàng)設(shè)“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(fā)的外界條件”的實驗過程，意外的“生蛆”現(xiàn)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(shè)問和追問，引導學生深入思考和質(zhì)疑，逐漸理解設(shè)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(yǎng)和方法。最后，教師再提供新的實驗情境“綠豆種子萌發(fā)需要一定的水分嗎？”，讓學生獨立制定實驗計劃，培養(yǎng)“對照實驗和單一變量”等意識，實現(xiàn)自我提升。

2 自主設(shè)計—完善修改—共同提升

在學生對設(shè)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(shè)計實驗計劃，親自體驗實驗計劃建構(gòu)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(shè)計實驗的內(nèi)涵和基本原則，實現(xiàn)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(shè)計實驗方案環(huán)節(jié)中，可利用理解工作單的形式讓學生充分體驗實驗計劃設(shè)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(shè)計實驗方案，然后在展示評價的基礎(chǔ)上，遵循探究實驗的設(shè)計原則，如建構(gòu)對照實驗、控制單一變量、重復(fù)實驗和選擇羽毛合適數(shù)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(shè)計措施，循序漸進地建構(gòu)和提升實驗設(shè)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(shè)計的基本方法，實現(xiàn)反饋和共同提升的目的。

3 作品展示—答辯質(zhì)疑—內(nèi)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(shè)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(nèi)容展示”和“答疑”兩大主題，內(nèi)容展示可以通過PPT、圖片、視頻或?qū)嵨?、口述等多種方式，把實驗計劃和探究作品呈現(xiàn)出來；答疑部分是針對其他小組的學生現(xiàn)場提出的2～3個質(zhì)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(chǔ)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(nèi)化和提升。

案例3和案例4 “探究種子萌發(fā)的條件”和“探究生活中的吸水與失水現(xiàn)象”，針對這些內(nèi)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(guī)課堂教學中需要多次強調(diào)的探究教學細節(jié)和重點內(nèi)容，如設(shè)置對照實驗、控制單一變量、重復(fù)實驗和材料選擇等，學生都能關(guān)注到，并能創(chuàng)造性地解決問題。這種學習方式既可轉(zhuǎn)變教學方式，又能提高學生的學習積極性，并實現(xiàn)生生之間、師生之間的有效互動和個性化教學?；顒咏Y(jié)束后，不同層次的學生在實驗探究能力、動手實踐能力、質(zhì)疑能力和表達能力等，都有不同程度的提升。

4 定量設(shè)計—創(chuàng)新拓展—能力提升

定量實驗在培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)，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(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)槎繉嶒灥慕虒W設(shè)計，選擇典型的實驗案例以突出定量實驗的設(shè)計思維為主線，圍繞設(shè)計對照實驗、控制單一變量展開創(chuàng)新拓展和實驗教學設(shè)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(chuàng)新設(shè)計，指導學生改為定量的探究實驗教學設(shè)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(shè)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(guī)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(huán)境下24 h；④用兩個50 mL規(guī)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(shè)計見表1。

表1 “探究植物的呼吸作用”實驗設(shè)計

表1 “探究植物的呼吸作用”實驗設(shè)計

對照實驗實驗材料處理相同環(huán)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