學科育人實效性的探索——中學生物實驗教學的思考和實踐

■曹衛(wèi)芳

一、問題的提出

生物學科是一門以實驗為基礎的自然科學學科，它和學生的健康生活及未來的社會生活、實踐密不可分。把握學科教育功能，重視學生學習過程中的生命體驗，力求使學習者能力發(fā)展、情感態(tài)度價值觀進一步形成，為學生適應未來社會生活奠基，這樣的教學才是高效益的教學。生物課是中學的必修課，培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)是生物課程標準的基本要求，實驗教學是落實課標要求的重要載體。通過實驗探究的學習過程，不但可以加深學生對知識的理解，激發(fā)學生的學習興趣，而且能培養(yǎng)學生的科學思維，提高探究能力，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，提高教學的實效性。

有調(diào)查表明，中學生物學科還存在實驗開出率不足、實驗教學狀況不夠理想的情況。學生缺乏動手實踐活動，生活實踐常識貧乏，收集和處理信息的能力、自主創(chuàng)新能力、人際合作能力較差。這樣，沒有很好地將課程賦予我們的“提高學生對科學和探索未知的興趣，提高生物科學素養(yǎng)；注重與現(xiàn)實生活聯(lián)系，養(yǎng)成科學精神和態(tài)度，樹立創(chuàng)新意識，學會探究的方法，提高探究的能力”等要求落到實處。

二、實驗教學的實施策略

（一）轉變思想，加強對實驗教學的認識

教學是學校實施素質(zhì)教育的主渠道，但是，在目前的中學教學中，還存在功利思想。還存在著只關注會考、學業(yè)水平考試和高考內(nèi)容，重知識輕實踐的傾向。

在現(xiàn)有的班級授課制條件下，45分鐘課堂教學，大班教學，一個教師面對幾十名學生，條件有限，實踐活動的開展缺乏。另外，由于生物學科的很多實驗耗時長、學校實驗室資源有限、很多探究性試驗結果多樣，在中學現(xiàn)有的教學條件下全面實施實驗教學存在著一定的困難。

所以，要轉變思想，加強對實驗教學的認識，探索將課程目標要求與教學實際相結合的教學策略和模式，求得學生知識、能力以及情感態(tài)度價值觀的和諧發(fā)展，把提高學生的科學素養(yǎng)等課程目標要求落實到常規(guī)教學中。

（二）梳理教材實驗題材和類型，分類確定實驗教學實施的教學策略模式

實驗教學是探究活動,是以動手實驗、實驗探究等為載體的探究活動，是生物教學的基本形式。實驗探究活動是學生發(fā)現(xiàn)問題、動腦動手解決問題，師生、生生和生本（文本或電子資料）互動學習、交流的過程。

1.實驗分類例舉。

高中教學主要以分子和細胞、遺傳和變異、穩(wěn)態(tài)和環(huán)境三個模塊組成必修內(nèi)容，許多內(nèi)容按照生物科學史的發(fā)展順序進行編排，呈現(xiàn)了諸多科學家科學研究、實驗探究過程的資料。另外，許多實驗的呈現(xiàn)方式也是以探究實驗出現(xiàn)的。如，“酶的發(fā)現(xiàn)”“探索生長素類似物促進插條生根的最適濃度”“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”等，通過梳理，根據(jù)類別特點、課標要求和教學具體時間空間條件，將實驗內(nèi)容分類，確定教學策略。如，探究類實驗“探索生長素類似物促進插條生根的最適濃度”，具有學生自己制訂探究方案、學生自主探究的特點，學生探究的空間大，旨在全面提高學生的科學探究能力。

2.教學策略和模式。

為了解決實驗教學中的困難和問題，要確定針對性策略。“虛實結合”策略，即模擬、虛擬實驗與親身實驗相結合；“興趣選擇”策略，即學生根據(jù)興趣自愿選擇課題，組成各種不同小組，參加實驗；“內(nèi)外結合”策略，即課上課下、課內(nèi)課外、校內(nèi)與校外互動結合，教學延伸。通過思考和實踐，我們采取這些教學策略模式，以期一定程度上解決實驗教學時空條件不足及大班教學中學生參與體驗的廣度和深度等問題，提高實驗教學的實效性。

3.教學案例分析。

案例一：“內(nèi)外結合”探究實驗教學策略實踐

《種群數(shù)量的變化》中，安排了“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”這一實驗，結合了微生物培養(yǎng)、抽樣檢測、顯微觀察、數(shù)學模型四個科學方法，在培養(yǎng)學生科學思維、掌握探究實驗的基本方法技能、提高科學素養(yǎng)等方面具有重要意義。這個實驗周期長、對實驗設備要求嚴格，由于學校實驗室條件有限、課時安排等原因，無法在現(xiàn)有中學課堂教學條件下分組實施。所以，我們選擇由興趣濃厚的學生自愿組成小組，在課下完成，課上交流。

教材中沒有提及本實驗變量的設置問題，屬于開放性研究課題，為學生留出了較大的自主探究空間。學生們根據(jù)已有經(jīng)驗，提出養(yǎng)分、溫度、p H值、氧的濃度、代謝產(chǎn)物等因素都會影響酵母菌種群數(shù)量變化。學生按照興趣分組，自由組合，可以分別對養(yǎng)分、溫度對酵母菌種群數(shù)量變化的影響進行全面探究。興趣小組的學生利用課余時間，歷時兩個月，歷經(jīng)一次又一次的實驗探索和改進，獲得了實際數(shù)據(jù)。教師再組織學生課堂交流，共同研討，建構數(shù)學模型，認識種群數(shù)量變化的整體趨勢、規(guī)律特點和應用意義。

本案例反思：一是整個探究過程中，從課前實驗到課上數(shù)據(jù)分析，學生分階段全員參與，以學生課前的探究實驗為基礎，精心設計的任務串為引導，學生主動建構種群數(shù)量變化的數(shù)學模型，充分體現(xiàn)了學生的主體性，既鍛煉了自主學習的能力，又注重了創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)。二是通過課堂內(nèi)外結合以及實驗的改進，使實驗在中學階段更具有可操作性。三是以數(shù)形結合的方式構建數(shù)學模型的過程，體現(xiàn)了學科整合的思想。通過一系列啟發(fā)性的問題對學生進行探究性思維能力的訓練，加深學生對理論知識的理解和內(nèi)化。

案例二：虛擬實驗體驗式教學實踐

必修二教材的《遺傳與進化》，打破了原來的順序，而是沿著“人類對基因的本質(zhì)、功能及其現(xiàn)代應用的研究歷程”，先安排了孟德爾關于遺傳因子的發(fā)現(xiàn)，隨后才是減數(shù)分裂內(nèi)容。“減數(shù)分裂中同源染色體分離減半”也是一個實驗研究探索發(fā)現(xiàn)的過程。

在課前，興趣小組的學生構建了染色體、染色單體以及細胞紙片模型，課堂上教師指導學生探究減數(shù)分裂的發(fā)現(xiàn)研究，模擬、建構減數(shù)分裂中同源染色體分離減半的過程，輔以科學家實驗驗證的顯微照片，讓學生在一節(jié)課內(nèi)思考、探究、體驗、經(jīng)歷科學家“發(fā)現(xiàn)問題—提出假設—實驗驗證—作出結論—表達交流”的實驗探究歷程，深刻認識減數(shù)分裂的實質(zhì)和意義。學生進一步體驗了科學研究的過程，同時，解決了微觀實驗操作困難和減數(shù)分裂染色體行為變化這一教學難點。

三、實驗教學的啟示

一是探究實驗的特征為：基于學生的好奇心，以問題為指向，學生投入大量智力的活動。要想實現(xiàn)教學的有效，學生必須高頻率、高質(zhì)量參與教學過程的各環(huán)節(jié)。所以，對那些耗時長、需要付出較大精力和較困難的實驗，可基于學生興趣指向選擇不同的課題為實驗探究課題。

二是在學生親自參與下的實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題，學生于合作探討中解決問題，這樣的實驗探究活動不是教師提出問題，不是“強加于”學生的話題，在探究進程中學生的知識、能力和情感態(tài)度價值觀的生成更加富有實效性。

三是學生在校的學習主要是建立在間接經(jīng)驗的基礎上，不能完全靠開放式探究，在教學組織策略中，應注意結合課標、課時計劃、教學內(nèi)容特點，靈活采用不同的實驗教學策略。實驗探究教學活動的最終目標不是實驗結果本身，而是促使學生形成科學思維，提高探究能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力，為學生的終身發(fā)展奠基。

四是探究實驗教學是集三維目標價值于一身的教學載體，教學中應賦予它更豐富的內(nèi)涵。如，由單一的實驗技能訓練，擴展到多元的智能訓練、思維品格的培養(yǎng)（如變通性）等；變情感態(tài)度價值觀的呼喚，為體驗中形成情感態(tài)度價值觀。

五是教師要加強對實驗教學中科學原理等知識儲備，重視自身實踐，提高科學探究能力，通過學習改進教學中的某些限制學生思考、實踐的做法，不能包辦、替代學生的實踐探究活動。

專家評介：

曹衛(wèi)芳老師從事中學生物教學二十余年，是研究型的教學實踐者。她先后做過多次市、區(qū)研究課，完成多項省部級的科研課題，在天津市中小學“未來教育家奠基工程”培訓中，得到進一步發(fā)展和提高。

她致力于中學生物實驗教學的研究和實踐。本文從育人的高度，對中學生物實驗教學進行了理性思考和實踐探索。這篇文章針對性強，對各種原因造成的當前某些學校生物實驗開課不足，甚至蛻變?yōu)椤凹埳险劚钡默F(xiàn)狀，為實現(xiàn)新課標“重在培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)”的目標，并與當今國際科學課程強調(diào)學生“做科學”的教育理念接軌，從實驗教學實施策略、案例分析和啟示等方面探討因校、因人、因實驗制宜，想方設法，創(chuàng)造條件，讓學生動手實驗，讓學生去“做”科學，在“做”科學過程中，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度、嚴謹細致的科學作風、堅忍不拔的科學毅力和勇于探索創(chuàng)新的科學精神。

這篇文章對中學生物實驗教學的有效實施，具有一定的啟發(fā)和借鑒作用。（天津市教育教學研究室生物研究室原主任，特級教師，全國生物教學專業(yè)委員會理事，享受國務院特殊津貼專家董志剛）