探究“花生果實(shí)大小變異”實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)

唐 銳 （貴陽市第一實(shí)驗(yàn)中學(xué) 貴州貴陽 550081）

0 引言

1）研究的緣起。在“探究花生果實(shí)大小變異”實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中，經(jīng)常遇到這些現(xiàn)象，例如：下課鈴聲響后實(shí)驗(yàn)尚未完成，學(xué)生提出問題、作出假設(shè)之后就不知所措，在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生不清楚如何選擇測量方法與工具，繪圖和數(shù)據(jù)處理耗時(shí)較長。在整堂課中雖然學(xué)生很忙，但還是會(huì)因?yàn)闀r(shí)間原因，未完成實(shí)驗(yàn)，不能深入分析、思考、推理、總結(jié)得出引起生物變異的2 種原因，致使無法完成教學(xué)內(nèi)容、達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)效果也不理想。為此，筆者對本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。

2）相關(guān)文獻(xiàn)研究。對于探究花生果實(shí)大小的問題，目前的研究文獻(xiàn)和參考資料主要分為2 類：一類是專門針對教學(xué)問題的期刊文章，另一類是教學(xué)問題的研究論文，筆者總結(jié)這2 類文獻(xiàn)中關(guān)于探究花生果實(shí)大小變異教學(xué)存在的問題，主要包括探究方案、工具選取、工具測量誤差、繪圖及數(shù)據(jù)處理等問題。

3）研究的目的和意義。生物學(xué)是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)。生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出，通過開展探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，學(xué)生應(yīng)掌握實(shí)驗(yàn)操作的基本技能，學(xué)會(huì)科學(xué)探究的一般方法，以及提高科學(xué)探究的能力。在某初中生物學(xué)教材中，就有許多實(shí)驗(yàn)與探究活動(dòng)，希望通過開展這些活動(dòng)，讓學(xué)生掌握一般的方法、技能，以及培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，但是由于教材的局限性、地域的差異性等原因，導(dǎo)致有些實(shí)驗(yàn)在實(shí)際教學(xué)過程中難以完成，所以教師要對實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)材料、工具等做適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)和創(chuàng)新，以適應(yīng)本地域具體情況的教學(xué)。本文以“探究花生果實(shí)的大小變異”的實(shí)驗(yàn)為例，介紹實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的原因及改進(jìn)的方法。

1 教學(xué)過程中存在的問題分析

1）實(shí)驗(yàn)方法、步驟不明確，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)難度提升。在之前的學(xué)習(xí)中，學(xué)生雖接觸過探究實(shí)驗(yàn)，但要在短時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)的全部步驟，對很多學(xué)生而言較困難，再加上本實(shí)驗(yàn)中涉及到表格設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算、繪圖等諸多問題，對學(xué)生的綜合能力要求較高，無形中提高了實(shí)驗(yàn)的整體難度。

2）測量方法和測量工具規(guī)定不明確。教材“提示”中只提到用適當(dāng)?shù)姆椒ê凸ぞ哌M(jìn)行測量，但應(yīng)如何測？用什么工具測？這些問題的思考會(huì)花費(fèi)大量的課堂時(shí)間，測量方法、工具的不統(tǒng)一及測量工具的準(zhǔn)確性，都會(huì)直接影響到之后的繪圖和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，最終影響結(jié)論的得出。

3）數(shù)據(jù)記錄、平均值的計(jì)算時(shí)間消耗長。學(xué)生在測量的同時(shí)，還要完成數(shù)據(jù)的記錄；在完成測量之后，需計(jì)算每一個(gè)花生品種長軸長度的平均值，這些均要消耗大量時(shí)間。

4）坐標(biāo)紙描點(diǎn)繪圖，操作難度大，繪圖效果差。要完成將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成圖像信息的任務(wù)，對于數(shù)學(xué)功底薄弱的學(xué)生而言，難度較大；在完成測量和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)之后，再完成精確的繪圖任務(wù)，實(shí)屬不易。

2 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)措施

針對實(shí)驗(yàn)中存在的諸多問題，經(jīng)過多次嘗試，筆者對原實(shí)驗(yàn)作出以下改進(jìn)，以便更快、更有效地完成實(shí)驗(yàn)，得到更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

2.1 制作學(xué)案 學(xué)案是引導(dǎo)學(xué)生完成探究實(shí)驗(yàn)的方向標(biāo)，教師將本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)步驟寫清楚，學(xué)生就不至于完成假設(shè)以后依舊茫然無措。其實(shí)每個(gè)步驟需完成的事都很簡單，但多數(shù)學(xué)生不會(huì)從教材眾多的提示中提取有效的信息，得出明確的實(shí)驗(yàn)步驟。學(xué)案能引導(dǎo)學(xué)生參與完成探究實(shí)驗(yàn)、處理數(shù)據(jù)與繪圖，能節(jié)省大量時(shí)間讓學(xué)生分析、思考、推理、交流，最終得出結(jié)論。

2.2 利用自制橡皮卡尺進(jìn)行測量 教材中沒有提到測量的方法，教師可給學(xué)生示范，以統(tǒng)一測量方法，獲得科學(xué)的數(shù)據(jù)和結(jié)論。對于測量工具的選取，筆者也有所思考，由于花生果實(shí)凹凸不平、形狀各異、有立體性，測量工具的不同也會(huì)出現(xiàn)不同的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為得到更準(zhǔn)確、更快的測量工具，設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)：選取3 種不同的工具（學(xué)生隨手可得的工具），分別讓4 位學(xué)生先后利用同一種工具，測量同樣的銅仁花生和貴陽本地花生各30 顆，記錄所測數(shù)據(jù)、求平均值并記錄測量所用時(shí)間。為使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，將同一工具測得的平均值和時(shí)間再進(jìn)行平均，最后計(jì)算同一工具所測2 種花生的平均值之差，以及測量2 種花生所消耗的時(shí)間之和。具體數(shù)據(jù)如表1。

表1 不同工具測量花生長度和消耗時(shí)間

從表1 數(shù)據(jù)可知，用3 種不同方法所得到的平均值之差分別為：12.03、11.88、13.07。從誤差的角度可看出用直尺，以及結(jié)合圓規(guī)和直尺測量的結(jié)果平均值之差比較大，而用橡皮卡尺測量的結(jié)果平均值之差要小。因此橡皮卡尺能提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，從而可知，實(shí)驗(yàn)的測量用橡皮卡尺是比較合適的。從以上表格數(shù)據(jù)還可得知，用3 種不同方法測量所用的時(shí)間分別為：4.29、3.93、6.17。從測量所用時(shí)間的長短分析，利用橡皮卡尺測量所需時(shí)間最短。綜合以上分析可得出：利用橡皮卡尺測量是最快、最準(zhǔn)確的工具。

2.3 運(yùn)用Excel 記錄數(shù)據(jù)及計(jì)算平均值 學(xué)生在完成測量和記錄后，還要計(jì)算數(shù)據(jù)的平均值，一般的方法是利用計(jì)算器計(jì)算，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。為了讓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更具說服力，筆者利用計(jì)算器和Excel軟件做以下對比實(shí)驗(yàn)：請10 位學(xué)生分別用計(jì)算器和Excel 求同一組數(shù)據(jù)的平均值，并記錄每種方法所消耗的時(shí)間，最后求出時(shí)間的平均值，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2。

表2 不同工具計(jì)算平均值消耗時(shí)間

從表格中的數(shù)據(jù)可得：用計(jì)算器計(jì)算和Excel計(jì)算的時(shí)間平均值分別為：36.05、4.64。2 個(gè)學(xué)生在配合計(jì)算過程中有時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)數(shù)字，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)果出錯(cuò)，而利用Excel 求平均值的功能可快速、準(zhǔn)確完成計(jì)算，能節(jié)省大量的時(shí)間，以便讓學(xué)生有更多的思考。

2.4 運(yùn)用Excel 直接選取數(shù)據(jù)繪制柱狀圖和折線圖 手繪圖是難度最大、耗時(shí)最長的一個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)較多，也很容易出錯(cuò)，學(xué)生手繪的圖像效果不明顯，不易觀察、分析、判斷。為了讓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更具有說服力，利用手繪圖和Excel 進(jìn)行以下對比實(shí)驗(yàn)： 請10 位學(xué)生分別用手繪圖和Excel繪制同一組數(shù)據(jù)的折線圖，并記錄每種方法所消耗的時(shí)間，最后求平均值，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3。

表3 不同工具繪圖消耗時(shí)間

從表3 中的數(shù)據(jù)可得：用手繪圖和Excel 繪圖的時(shí)間平均值分別為：196.7、12。利用Excel 的功能，可直接選取數(shù)據(jù)，繪制相應(yīng)圖形，圖像清晰、效果明顯，能節(jié)省大量的時(shí)間，提高實(shí)驗(yàn)效率。

隨著互聯(lián)網(wǎng)+教育模式的不斷深化，以計(jì)算機(jī)為核心的信息技術(shù)手段必將滲入生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在重視定性實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)定量實(shí)驗(yàn)。在定量實(shí)驗(yàn)中，必然有大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、測量與記錄，而這些數(shù)據(jù)是一些孤立的、零星的現(xiàn)象記錄，如果在實(shí)驗(yàn)中借助Excel 對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，繪制餅狀圖、折線圖或柱狀圖等，可將數(shù)據(jù)直觀表現(xiàn)，從而揭露生物內(nèi)部的聯(lián)系及規(guī)律性。例如探究“花生果實(shí)大小的變異”實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用Excel 將采集、測量的數(shù)據(jù)求平均值，并根據(jù)平均值繪制花生果實(shí)大小的曲線圖。利用信息技術(shù)手段，既可使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀展現(xiàn)，也可利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、結(jié)果交流等活動(dòng)，以便學(xué)生得到更直觀、更深刻的認(rèn)識，為學(xué)生開拓了新的視野，給傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來了生機(jī)和活力。信息技術(shù)在本實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，既是對學(xué)生能力的一種培養(yǎng)，又是對實(shí)驗(yàn)有效性的提升。學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)手繪圖形的能力固然需要培養(yǎng)，但是結(jié)合本實(shí)驗(yàn)的情況，利用信息技術(shù)手段進(jìn)行處理更為省時(shí)，是更好地選擇。

倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)是生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的重要理念之一，設(shè)計(jì)好科學(xué)的探究活動(dòng)，是落實(shí)這一理念的關(guān)鍵所在。在具體探究活動(dòng)中，教師的引導(dǎo)、工具的選取及方法的使用，都會(huì)影響探究實(shí)驗(yàn)的效果。本次實(shí)驗(yàn)由于信息量大，多數(shù)學(xué)生沒能體會(huì)到完整的探究過程，最大的問題就是時(shí)間不足。通過改進(jìn)可節(jié)省大量時(shí)間，讓學(xué)生有時(shí)間思考、討論、交流，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生真正的主體地位,達(dá)到探究的最終目的。

總而言之，要完成好探究活動(dòng)，就要組織好探究活動(dòng)的教學(xué)過程，即有明確的探究目標(biāo)，做好分工合作、觀察、記錄、分析，鼓勵(lì)學(xué)生討論交流，勇于發(fā)現(xiàn)問題，表達(dá)自己的看法或提出新一輪的探究問題。在探究活動(dòng)中，教師可少講少問，讓學(xué)生多思考、多討論、多提問，多引導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)問題、提出問題。同時(shí)，也要掌握好各個(gè)探究活動(dòng)所要求達(dá)到的目標(biāo)和側(cè)重點(diǎn)，不要為了活動(dòng)而活動(dòng)。