我國高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的三種基本范式

王 飛 張 旭

(1 西北師范大學(xué)教育學(xué)院 蘭州 730070； 2 陜西省西安博愛國際學(xué)校 西安 710000)

自2003年《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》頒布以來，我國高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)得到了充分的重視和發(fā)展，高中生物學(xué)教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中也積累了較多的經(jīng)驗(yàn)，從教師教學(xué)實(shí)踐的視角對實(shí)驗(yàn)及其教學(xué)進(jìn)行了較多的研究。筆者認(rèn)為這些研究表現(xiàn)出三種基本范式：①側(cè)重于生物學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)和完善的“如何做實(shí)驗(yàn)”的研究范式；②側(cè)重于生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計與實(shí)施的“如何教實(shí)驗(yàn)”的研究范式；③側(cè)重于通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生能力的“如何學(xué)實(shí)驗(yàn)”的研究范式。三種基本范式的研究主體多為一線生物學(xué)教師，研究主要來源于教師教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以解決實(shí)驗(yàn)及其教學(xué)中的具體問題為目的，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性。

1 “如何做實(shí)驗(yàn)”的研究

此類研究主要以高中生物學(xué)教材中的相關(guān)實(shí)驗(yàn)為切入點(diǎn)，以生物學(xué)實(shí)驗(yàn)本身所涉及的“科學(xué)性問題”為研究對象和內(nèi)容，目的在于對高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)方法等做進(jìn)一步地改進(jìn)和完善，以使得實(shí)驗(yàn)操作更加簡單，實(shí)驗(yàn)取材更加容易，實(shí)驗(yàn)儀器的選用更加符合教學(xué)實(shí)際，實(shí)驗(yàn)方法和步驟更加合理。

1.1 對于實(shí)驗(yàn)材料的改進(jìn)和完善 高中生物學(xué)教材中雖然提供了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)材料，但由于生物學(xué)實(shí)驗(yàn)材料的特殊性，容易受季節(jié)、環(huán)境、學(xué)校條件等的影響，往往會造成實(shí)驗(yàn)材料獲取不易、實(shí)驗(yàn)材料選取不當(dāng)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯等問題出現(xiàn)。例如，“DNA的粗提取與鑒定”實(shí)驗(yàn)，教材中建議的實(shí)驗(yàn)材料為“雞血”，但是由于新鮮的雞血細(xì)胞不易獲取，存放時間過長會影響最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，故有教師對雞血、豬血、鯉魚的精巢、菠菜、花椰菜、香蕉、洋蔥鱗片葉等實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行綜合性的比較，最終選出最優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)材料。

1.2 對于實(shí)驗(yàn)器具的改進(jìn)和完善 生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行需要專門的實(shí)驗(yàn)器具，但是一些學(xué)校由于硬件條件的限制，造成實(shí)驗(yàn)器具配置不齊，從而影響實(shí)驗(yàn)的開設(shè)。因此，教師對實(shí)驗(yàn)器具進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)和完善。例如，有教師利用數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)照相功能等對顯微觀察實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)[1]；還有教師將生活中常見的注射器作為“實(shí)驗(yàn)藥液的沖洗裝置”等[2]。

1.3 對實(shí)驗(yàn)方法、步驟的改進(jìn)和完善 實(shí)驗(yàn)方法和步驟的適切性、簡便性、可操作性是直接影響高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)開設(shè)的重要因素。就高中生物學(xué)教材中的實(shí)驗(yàn)來說，雖然教材給出了實(shí)驗(yàn)方法、步驟建議，但是從生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的“探究”屬性來看，一個實(shí)驗(yàn)未必只有一種實(shí)驗(yàn)方案，而“哪種實(shí)驗(yàn)方案最優(yōu)”“哪種實(shí)驗(yàn)方案最適合教師自身的教學(xué)”勢必是實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究領(lǐng)域的關(guān)注點(diǎn)。例如，有教師分別用改良過的苯酚品紅染液、Schiff試劑、醋酸洋紅染液、Giemsa染料、0.5%呂氏堿性美藍(lán)染液、0.5%番紅染液、結(jié)晶紫染液或龍膽紫染液等7種染色劑對植物細(xì)胞進(jìn)行染色，以增強(qiáng)植物細(xì)胞有絲分裂的觀察效果[3]；也有研究完全拋開教材中給定的“溫度對蛋白酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)方案，運(yùn)用聚丙烯酰胺凝膠電泳技術(shù)對反應(yīng)后的樣本進(jìn)行層析，判斷酶活性的強(qiáng)弱[4]。

2 “如何教實(shí)驗(yàn)”的研究

“如何教實(shí)驗(yàn)”是高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的基本范式之二。此類研究主要以實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性為出發(fā)點(diǎn)，以生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計、組織、實(shí)施等“教學(xué)性問題”為研究對象和內(nèi)容，目的在于對高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)理念、教學(xué)設(shè)計、教學(xué)方法、教學(xué)實(shí)施、教學(xué)過程等進(jìn)行詳細(xì)地探索和研究。

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計的研究 教學(xué)設(shè)計是課程改革中大力提倡的一種教師“備課”方式，是在實(shí)施教學(xué)之前，依據(jù)學(xué)習(xí)論、教學(xué)論等相關(guān)原理，用系統(tǒng)論觀點(diǎn)和方法對教學(xué)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃和安排，從而為學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)最優(yōu)化環(huán)境的準(zhǔn)備過程。由于此類研究比較切合教師的教學(xué)實(shí)際，也是教師進(jìn)行教學(xué)研究比較容易的切入點(diǎn)，故教學(xué)設(shè)計的研究成為教師探討“如何教實(shí)驗(yàn)”較好的突破口。關(guān)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計的研究，多以教學(xué)設(shè)計的相關(guān)理論和方法為基礎(chǔ)，按照教學(xué)設(shè)計所包含的基本規(guī)范(如：教材分析→學(xué)情分析→教學(xué)目標(biāo)設(shè)計→教學(xué)重難點(diǎn)設(shè)計→教學(xué)方法設(shè)計→教學(xué)過程設(shè)計→教學(xué)反思)來進(jìn)行，其中包含了教師對學(xué)生情況的把握，對教材內(nèi)容的分析，對教學(xué)理念(如“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”)的理解和落實(shí)等；研究多以“案例”的形式來呈現(xiàn)，如：“‘滲透作用’的實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)設(shè)計與實(shí)施”“‘色素的提取和分離’一節(jié)的探究性教學(xué)”等[5，6]。

2.2 教學(xué)理論、模式的應(yīng)用研究 高中生物學(xué)作為一門學(xué)科課程，其教學(xué)的開展和實(shí)施離不開教學(xué)理論的指導(dǎo)。當(dāng)然在實(shí)踐研究領(lǐng)域中，基于一門學(xué)科課程詳細(xì)探討某種教學(xué)理論、教學(xué)模式的應(yīng)用研究也較多。此外，隨著國際、國內(nèi)課程改革的變化和深入，諸多的教育教學(xué)理論被廣大研究者和教師熟悉，隨之也產(chǎn)生了各種教學(xué)模式，如“5E”“PBL”“合作—探究式”等。生物學(xué)教師也將諸如此類的模式在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中進(jìn)行了應(yīng)用探索[7]。

3 “如何學(xué)實(shí)驗(yàn)”的研究

實(shí)驗(yàn)教學(xué)有助于培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、批判性思維的能力、交流和合作的能力、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力等。以此為研究背景和依據(jù)，“如何在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中突出對學(xué)生能力的培養(yǎng)”成為高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的基本范式之三。此類研究主要以生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的“學(xué)習(xí)結(jié)果”為研究對象和內(nèi)容，將教師的“教”最終轉(zhuǎn)化和落實(shí)到學(xué)生的“學(xué)”上來。同時，結(jié)合學(xué)習(xí)心理學(xué)相關(guān)理論，從學(xué)生的認(rèn)知、能力、情感等特點(diǎn)尋求解決途徑，以便達(dá)到學(xué)習(xí)結(jié)果的最優(yōu)化，因此可將其概括為“如何學(xué)實(shí)驗(yàn)”的研究。

該研究范式多是在綜合前兩種研究范式的基礎(chǔ)上，引入認(rèn)知心理學(xué)、學(xué)習(xí)心理學(xué)的相關(guān)研究成果，在研究中突出對學(xué)生各方面能力發(fā)展的滲透和培養(yǎng)。首先，讓學(xué)生參與到教師“做實(shí)驗(yàn)”的過程中來，結(jié)合生物科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的過程來突出學(xué)生的能力發(fā)展，常見的兩種方法：①針對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行再探究，來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。讓學(xué)生大膽質(zhì)疑，然后通過一系列的探究過程來進(jìn)一步完善“做實(shí)驗(yàn)”的過程，培養(yǎng)學(xué)生“質(zhì)疑能力”“科學(xué)探究能力”[8]。②變驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為探究性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在其中感受科學(xué)探究的過程，從而提高科學(xué)探究能力。例如，高中生物教材中的“植物細(xì)胞的吸水和失水”“植物生活需要無機(jī)鹽”“光合作用產(chǎn)生氧氣”“光合作用吸收二氧化碳”“種子和葉片在呼吸作用中是否釋放二氧化碳”等實(shí)驗(yàn)，都可以設(shè)計成探究性的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生自主完成。其次，在教師“教實(shí)驗(yàn)”的過程中，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況和能力發(fā)展的需要，創(chuàng)設(shè)特定的教學(xué)情境，有針對性地對學(xué)生某個方面的能力進(jìn)行培養(yǎng)。例如，有教師在教“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)時，以“為什么白化苗植株不生長反而會死亡？”“為什么同一葉片夏季時翠綠醉人，而秋季時金黃斑斕？”“為什么有的植物葉片嫩綠色，有的植物葉片紫紅色？”三個問題進(jìn)行導(dǎo)入，引導(dǎo)學(xué)生提出問題進(jìn)行自主探究，從而培養(yǎng)學(xué)生“提出問題的能力”[9]。再次，將認(rèn)知心理學(xué)、學(xué)習(xí)心理學(xué)的相關(guān)研究成果引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，從能力發(fā)展和形成的一般過程來探索學(xué)生能力提升的方法。例如，基于認(rèn)知負(fù)荷理論對洋蔥根尖細(xì)胞的有絲分裂實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行例析[10]；又如，有教師本著提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能的目的，將中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)操作技能的學(xué)習(xí)掌握劃分為“認(rèn)識”“分解練習(xí)”“整體練習(xí)”“應(yīng)用和熟練”四個階段，認(rèn)為“學(xué)生已有的理論與技能”“教師的指導(dǎo)與示范”是影響生物學(xué)實(shí)驗(yàn)操作技能學(xué)習(xí)的重要因素[11]。

4 結(jié)語

“范式”支配著看待某個領(lǐng)域研究問題的視角、研究的行為以及解釋資料的方法[12]；目的在于搭建某個研究領(lǐng)域的基本框架，以便為后來的研究者帶來啟示。對我國高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的基本范式進(jìn)行歸類，一方面可以為教師進(jìn)行教學(xué)研究指明方向，提供研究的基本途徑；另一方面對我國當(dāng)前高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革、課程標(biāo)準(zhǔn)的修訂、教材的編寫等具有一定的借鑒意義。

(基金項(xiàng)目：甘肅省“十三五”教育科學(xué)規(guī)劃課題“藏區(qū)高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性的策略研究，No.GS〔2016〕GHB 0230；西北師范大學(xué)青年教師科研能力提升計劃項(xiàng)目“普通高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性的行動研究，No.SKQ N15003；甘肅省社科規(guī)劃項(xiàng)目“創(chuàng)新人才背景下高師院校教師培養(yǎng)方法研究，No.YB042；甘肅省高等學(xué)?？蒲许?xiàng)目“初中生情感態(tài)度價值觀教育的實(shí)踐研究，No.2015B-028)