提升生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)品質(zhì)的融合策略

李能國(guó)

(江蘇省常州市教科院附屬中學(xué) 213001)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物學(xué)教學(xué)的基本形式之一，《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》中共有68個(gè)實(shí)驗(yàn)和活動(dòng)建議，包括形態(tài)觀察、物質(zhì)鑒定、探究實(shí)驗(yàn)、調(diào)查、制作等方面，內(nèi)容和形式多樣。

生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的品質(zhì)指向核心素養(yǎng)。當(dāng)前生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在幾種誤區(qū)，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)的品質(zhì)：一是課堂熱熱鬧鬧，形式多于內(nèi)容，缺少探究的內(nèi)涵；二是操作有條不紊，過(guò)多依賴于教材，缺少思維的深度；三是盡量少做實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為做實(shí)驗(yàn)不如做實(shí)驗(yàn)題，缺少正確的價(jià)值取向。提升生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的品質(zhì)，需要在教學(xué)環(huán)境、教學(xué)方法、教學(xué)目標(biāo)等領(lǐng)域進(jìn)行改變。改變可以是創(chuàng)新，卻不是對(duì)過(guò)去的簡(jiǎn)單否定，而是深度的融合。

1 教室與生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的融合

傳統(tǒng)的學(xué)校建筑可分為教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、圖書(shū)館、辦公樓等，這樣的布局是以管理為中心，而不是以學(xué)習(xí)者為中心的。一般情況下，絕大多數(shù)生物學(xué)課在教室上，少量實(shí)驗(yàn)課到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。教室與實(shí)驗(yàn)室是兩個(gè)完全不同的教學(xué)環(huán)境，在教室和實(shí)驗(yàn)室里的教學(xué)目標(biāo)、課堂管理、學(xué)習(xí)方法完全不同，因此，一方面學(xué)生喜歡實(shí)驗(yàn)課，在實(shí)驗(yàn)課上比較興奮，同時(shí)也放松了對(duì)自己的要求，另一方面教師害怕實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)課準(zhǔn)備工作量大，課堂難以管理。破解上述問(wèn)題需要?jiǎng)?chuàng)新教學(xué)環(huán)境，將傳統(tǒng)的教室與生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室融合，形成生物學(xué)科教室，從而具有豐富的功能。

生物學(xué)科教室內(nèi)配備有黑板、多媒體設(shè)備，桌椅擺放的形式可以靈活多變，滿足常規(guī)的教學(xué)活動(dòng)的需求。當(dāng)所有的生物學(xué)教學(xué)活動(dòng)都在學(xué)科教室進(jìn)行時(shí)，改變過(guò)去為了實(shí)驗(yàn)才去實(shí)驗(yàn)室的弊端，分組實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)可以與知識(shí)學(xué)習(xí)同步，既符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，又恢復(fù)了生物學(xué)課堂的理科特性。生物學(xué)科教室的墻壁上可以張貼與生物學(xué)相關(guān)的照片、圖片、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等，窗臺(tái)上培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)或觀賞用的動(dòng)植物，讓學(xué)生走進(jìn)生物學(xué)科教室，就進(jìn)入有生物學(xué)特色的學(xué)習(xí)情境，從而提高學(xué)習(xí)效率。學(xué)科教室配備與生命科學(xué)相關(guān)的書(shū)籍、雜志，讓師生在需要的第一時(shí)間能夠伸手可及，同時(shí)配有多臺(tái)電腦，供個(gè)人或小組收集生物學(xué)信息、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、形成電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告等[1]。

2 技能訓(xùn)練與科學(xué)探究的融合

生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)能力目標(biāo)的描述分為三個(gè)方面：①能夠正確使用一般的實(shí)驗(yàn)器具，掌握采集和處理實(shí)驗(yàn)材料、進(jìn)行生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作、生物繪圖等技能；②能夠利用多種媒體收集生物學(xué)信息，學(xué)會(huì)鑒別、選擇、運(yùn)用和分享信息；③發(fā)展科學(xué)探究能力。目前生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要停留在操作技能層面，如制作臨時(shí)裝片、DNA粗提取、血球計(jì)數(shù)板的使用等。許多教師組織實(shí)施的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，過(guò)于依賴于教材，當(dāng)實(shí)驗(yàn)原理、器材和操作步驟都已知時(shí)，探究實(shí)驗(yàn)只是簡(jiǎn)單的模仿，而喪失了其應(yīng)有的教育功能。

提升生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的品質(zhì)，需要將技能訓(xùn)練與科學(xué)探究融合。操作技能中隱含著科學(xué)的思想和方法，規(guī)范的操作是探究實(shí)驗(yàn)成功的保障，一方面教師要正確示范，另一方面學(xué)生要有充足的時(shí)間進(jìn)行練習(xí)?？茖W(xué)探究的本質(zhì)是提出問(wèn)題和解決問(wèn)題，通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)、新穎的情境，引導(dǎo)學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，靈活自主地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方案，正確運(yùn)用生物學(xué)的思想、方法和探究工具，在科學(xué)探究過(guò)程中形成學(xué)科關(guān)鍵能力。例如，“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實(shí)驗(yàn)中，利用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板進(jìn)行酵母菌的計(jì)數(shù)是一個(gè)特殊的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，需要理論分析，更需要?jiǎng)邮植僮?，但由于?shí)驗(yàn)要測(cè)量7d的數(shù)據(jù)才能繪制種群數(shù)量的增長(zhǎng)曲線，實(shí)驗(yàn)的周期比較長(zhǎng)，許多學(xué)校只進(jìn)行技能訓(xùn)練，沒(méi)有讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的全過(guò)程，換一個(gè)角度思考，怎樣才能在一節(jié)課中完成科學(xué)探究的全過(guò)程？教師可以提前一周配制好酵母菌培養(yǎng)液，在適宜的環(huán)境中培養(yǎng)，每天定時(shí)取出一定量的培養(yǎng)液放入冰箱中冷藏，讓酵母菌處理休眠狀態(tài)，這樣在一節(jié)實(shí)驗(yàn)課上，就可以測(cè)量到7天的數(shù)據(jù)，并建立數(shù)學(xué)模型了。

3 定性實(shí)驗(yàn)與定量實(shí)驗(yàn)的融合

定性實(shí)驗(yàn)是確定研究對(duì)象是否具有某種性質(zhì)或某種關(guān)系，定量實(shí)驗(yàn)是尋找數(shù)量之間的關(guān)系，用觀察、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查、測(cè)量、統(tǒng)計(jì)等來(lái)研究和分析現(xiàn)象。在《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》和《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011版)》的教學(xué)建議中，對(duì)定量實(shí)驗(yàn)要求的描述是：“在重視定性實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，也應(yīng)重視定量實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在量的變化中了解事物的本質(zhì)。教師應(yīng)給學(xué)生提供機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)生物學(xué)研究中的測(cè)量方法，實(shí)事求是地記錄、整理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，定量表述實(shí)驗(yàn)結(jié)果等”。開(kāi)展定量實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生理性思維、科學(xué)精神的重要途徑之一，提升生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)品質(zhì)，需要將定性實(shí)驗(yàn)與定量實(shí)驗(yàn)相融合。

學(xué)生能力的養(yǎng)成是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。例如，在初中階段，“探究光合作用的條件、原料和產(chǎn)物”實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用簡(jiǎn)單而科學(xué)的方法，驗(yàn)證植物光合作用需要光和二氧化碳，產(chǎn)生淀粉和氧氣，這是定性分析；而在高中階段的“探究影響光合作用速率的環(huán)境因素”實(shí)驗(yàn)，是一個(gè)定量實(shí)驗(yàn)，從定性實(shí)驗(yàn)到定量實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)原理和方法上大同小異，但需要確定一個(gè)可測(cè)量、有信度的指標(biāo)，同時(shí)關(guān)注實(shí)驗(yàn)材料的選擇、自變量和無(wú)關(guān)變量的控制等。一方面教師要認(rèn)真完成課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的定量實(shí)驗(yàn)；另一方面，可以將課程標(biāo)準(zhǔn)中的定性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變成定量實(shí)驗(yàn)，如“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”的定性實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)單的操作對(duì)高中學(xué)生毫無(wú)挑戰(zhàn)性，從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直接得出“酶具有高效性”的結(jié)論，證據(jù)尚不夠充分，可以發(fā)揮學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，將其轉(zhuǎn)變成定量實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在活動(dòng)中充分感悟定量實(shí)驗(yàn)的魅力。

4 獨(dú)立思考與小組合作的融合

很多學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)認(rèn)識(shí)比較模糊，走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室時(shí)什么準(zhǔn)備也沒(méi)有，注意力集中到實(shí)驗(yàn)材料上，急于觀察、擺弄材料，甚至動(dòng)手操作，而忽略了教師的講解和要求，常常是不知道為什么這樣做、要觀察什么、做完后還要干什么。有些教師過(guò)分強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主性，沒(méi)有為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)提供必要的支持，完全放手讓學(xué)生獨(dú)自完成，表面是對(duì)學(xué)生權(quán)利的尊重，實(shí)質(zhì)是對(duì)教學(xué)過(guò)程的放任自流。有些教師將小組合作學(xué)習(xí)泛濫化，一節(jié)課中無(wú)數(shù)次要求同桌兩人或者前后桌4人之間進(jìn)行合作，常常出現(xiàn)無(wú)話可說(shuō)的尷尬場(chǎng)面，或者少數(shù)人包辦了探究的全過(guò)程，合作學(xué)習(xí)形同虛設(shè)。為避免上述問(wèn)題的出現(xiàn)，需要將獨(dú)立思考與小組合作進(jìn)行融合。

新課程倡導(dǎo)自主學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)，自主是個(gè)人的能動(dòng)性和獨(dú)立性的體現(xiàn)，合作是對(duì)個(gè)人有限性的彌補(bǔ)及基于人在社會(huì)中生存的需要，教師應(yīng)努力創(chuàng)設(shè)情境、積極引導(dǎo)、及時(shí)指導(dǎo)，使探究活動(dòng)有思維的深度，有對(duì)話交流，從而實(shí)現(xiàn)互動(dòng)生成、真實(shí)有效。例如，“探究影響酶活性的條件”實(shí)驗(yàn)中，教師可以提出系列問(wèn)題讓學(xué)生獨(dú)立思考：①探究溫度對(duì)淀粉酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中，觀測(cè)的指標(biāo)是什么？斐林試劑和碘液是否都可以用來(lái)檢測(cè)反應(yīng)程度？②探究pH對(duì)過(guò)氧化氫酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中，調(diào)節(jié)過(guò)氧化氫溶液的pH與調(diào)節(jié)肝臟研磨液的pH值的意義相同嗎？只調(diào)節(jié)過(guò)氧化氫溶液或肝臟研磨液的pH，實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同嗎？③如何確定淀粉酶的最適溫度或過(guò)氧化氫酶的最適pH？

這三個(gè)問(wèn)題對(duì)學(xué)生都具有一定的難度，通過(guò)閱讀教材不能直接找到答案，需要進(jìn)行獨(dú)立思考，從而深刻地理解實(shí)驗(yàn)的原理和方法，感悟科學(xué)精神。在分析這三個(gè)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，激發(fā)了學(xué)生探究的興趣，根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，靈活運(yùn)用多種分組形式，小組的成員數(shù)量、位置、任務(wù)也不斷調(diào)整，通暢學(xué)生之間信息交流的途徑，解決同一小組長(zhǎng)期合作造成的角色定位、沒(méi)有新鮮感等問(wèn)題。

5 動(dòng)手操作與紙筆測(cè)試的融合

教師在實(shí)驗(yàn)課上，需要指導(dǎo)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程、處理動(dòng)態(tài)生成的資源，常常是心有余而力不足，忽略了對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的評(píng)價(jià)?，F(xiàn)階段紙筆測(cè)試是最常用的對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ脑u(píng)價(jià)模式，理性思維和科學(xué)探究能力是紙筆測(cè)試的重點(diǎn)，紙筆測(cè)試一般出現(xiàn)在各級(jí)考試中，具有滯后性，又無(wú)法評(píng)價(jià)操作技能，從而有人認(rèn)為實(shí)驗(yàn)操作對(duì)提高紙筆測(cè)試成績(jī)沒(méi)有幫助，“做實(shí)驗(yàn)不如做實(shí)驗(yàn)題”的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，將實(shí)驗(yàn)操作與紙筆實(shí)驗(yàn)對(duì)立。

提升生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的品質(zhì)，需要將動(dòng)手操作與紙筆測(cè)試進(jìn)行融合，指向?qū)W生發(fā)展核心素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不排斥應(yīng)試，只有在真實(shí)的情境下，才能真實(shí)地表現(xiàn)學(xué)生內(nèi)隱的能力，只有通過(guò)評(píng)價(jià)，才能進(jìn)一步完善教與學(xué)的品質(zhì)。以實(shí)驗(yàn)為情境的紙筆測(cè)試，可以是隨堂或者課后的幾道試題。例如，探究“酶的特性”系列實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，布置的作業(yè)如下：在探究酶的專一性實(shí)驗(yàn)中，提供的材料有質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的淀粉酶溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的肝臟研磨液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的可溶性淀粉溶液、體積分?jǐn)?shù)3%的過(guò)氧化氫溶液、碘液、斐林試劑等。請(qǐng)回答下列問(wèn)題： ①如果選擇可溶性淀粉作為反應(yīng)物，實(shí)驗(yàn)的自變量是什么？因變量是什么？②當(dāng)反應(yīng)物為可溶性淀粉時(shí)，檢測(cè)因變量應(yīng)選擇斐林試劑而不是碘液，原因是什么？③有人提出反應(yīng)物可以同時(shí)選擇可溶性淀粉和過(guò)氧化氫，你認(rèn)為這種方法可行嗎？說(shuō)明你的理由。

題干來(lái)自真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情境，通過(guò)及時(shí)的紙筆測(cè)試，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)操作獲得感性認(rèn)識(shí)是有用的，紙筆測(cè)試中開(kāi)放的問(wèn)題，能夠促進(jìn)學(xué)生的反思、感悟、內(nèi)化和遷移，從而發(fā)展核心素養(yǎng)。