優(yōu)化高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)研究

【中圖分類號(hào)】G633.91 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】2095-3089（2025）11-0151-03

高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)中占據(jù)關(guān)鍵位置，屬于理論知識(shí)和實(shí)踐技能相互融合的重要渠道。伴隨教育觀念的更新，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力變成生物教學(xué)的核心任務(wù)。在當(dāng)下的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)里，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)存在教學(xué)模式單調(diào)、學(xué)生參與程度不高、缺少系統(tǒng)性思維訓(xùn)練等問題，急需通過創(chuàng)新教學(xué)策略予以改善。

一、高中生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)

（一）相關(guān)教育理論

建構(gòu)主義理論：建構(gòu)主義著重突出學(xué)生的主動(dòng)構(gòu)建效能，認(rèn)定學(xué)生憑借自身既有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)由與環(huán)境的交互來構(gòu)建新的知識(shí)

多元智能理論：多元智能理論指出個(gè)體存在多種智能類別，如邏輯-數(shù)理智能、空間智能、身體-動(dòng)覺智能等等。在生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，不同的智能類別發(fā)揮著各自的作用。邏輯-數(shù)理智能較強(qiáng)的學(xué)生在數(shù)據(jù)處理與分析方面展現(xiàn)出卓越水平。

（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求

科學(xué)性：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以科學(xué)的生物學(xué)原理作為基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)采集以及分析方式應(yīng)當(dāng)契合科學(xué)規(guī)范。在“探究不同光照條件對(duì)植物光合作用效率的影響\"實(shí)驗(yàn)里，實(shí)驗(yàn)原理是依據(jù)光合作用的光反應(yīng)與暗反應(yīng)機(jī)制，實(shí)驗(yàn)操作以及數(shù)據(jù)處理手段需要保證結(jié)果的精確性與可信性

可行性：實(shí)驗(yàn)規(guī)劃應(yīng)當(dāng)考量學(xué)校的實(shí)驗(yàn)條件、時(shí)間以及成本等要素。選取常見并且容易培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)材料，運(yùn)用學(xué)校實(shí)驗(yàn)室所配備的常規(guī)儀器，合理規(guī)劃實(shí)驗(yàn)時(shí)間，保證實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌M(jìn)行。

二、“探究不同光照條件對(duì)植物光合作用效率的影響\"實(shí)驗(yàn)分析

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c原理

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。本?shí)驗(yàn)致力于深度探究光照強(qiáng)度、光照時(shí)長以及光質(zhì)等各類光照條件對(duì)植物光合作用效率的影響機(jī)理，厘清各光照要素和光合作用效率之間的定量關(guān)聯(lián)，為優(yōu)化植物生長環(huán)境提供科學(xué)根據(jù)。與此同時(shí)，培育學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作以及數(shù)據(jù)分析的能力，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

2.實(shí)驗(yàn)原理。光合作用指的是植物借助光能把二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物并釋放出氧氣的過程，涵蓋光反應(yīng)和暗反應(yīng)這兩個(gè)階段。光反應(yīng)依靠光照，光合色素吸收光能，推動(dòng)水的光解以及ATP、NADPH的合成;暗反應(yīng)運(yùn)用光反應(yīng)的產(chǎn)物。不一樣的光照條件對(duì)光反應(yīng)的速率造成影響，進(jìn)而作用于暗反應(yīng)，最終對(duì)光合作用效率帶來影響。

（二）實(shí)驗(yàn)材料與準(zhǔn)備

1.實(shí)驗(yàn)材料。選取生長態(tài)勢優(yōu)良、大小接近、處于相同生長時(shí)期的菠菜幼苗當(dāng)作實(shí)驗(yàn)材料。菠菜的生長周期較短，對(duì)光照的變化較為敏感，并且葉片寬闊，利于實(shí)驗(yàn)操作以及數(shù)據(jù)采集。準(zhǔn)備好碳酸氫鈉溶液，用于平穩(wěn)的二氧化碳；配制不同濃度的酒精溶液，用于色素的提取以及光合作用產(chǎn)物的檢測。

2.準(zhǔn)備工作。將菠菜幼苗置于適宜的環(huán)境條件下預(yù)先培養(yǎng)一周，適應(yīng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。針對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器，如光照培養(yǎng)箱、便攜式光合測定儀等，進(jìn)行檢查和校準(zhǔn)，保證儀器的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。依照實(shí)驗(yàn)的需求，精準(zhǔn)配制不同濃度的碳酸氫鈉溶液和酒精溶液，并備好相應(yīng)的消耗品。

（三）實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)分組。將菠菜幼苗隨機(jī)劃分成9組，每組涵蓋10株。隨機(jī)選取3組被用于探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用效率的影響，分別設(shè)定為強(qiáng)光（約為自然光照的 150% ）、中光（自然光照）弱光（相當(dāng)于自然光照的 50% ）。另外3組用于探究光照時(shí)間對(duì)光合作用效率的影響，將光照時(shí)間分別設(shè)定為8小時(shí)、12小時(shí)、16小時(shí)。余下的3組則用于探索光質(zhì)的影響，分別采用紅光、藍(lán)光、白光照射。

2.實(shí)驗(yàn)處理。將分組后的菠菜幼苗分別放入不同的光照培養(yǎng)箱中，調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度、時(shí)間和光質(zhì)至設(shè)定條件。同時(shí)，保持各培養(yǎng)箱內(nèi)的溫度 （25^°C ）濕度 （60%） 、二氧化碳濃度（通過碳酸氫鈉溶液維持穩(wěn)定）等環(huán)境因素一致。每天定時(shí)對(duì)菠菜幼苗進(jìn)行觀察和記錄，確保其生長狀況正常。

3.數(shù)據(jù)采集。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行第3天、第5天、第7天時(shí)，使用便攜式光合測定儀測定每組菠菜幼苗的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度等光合參數(shù)；采集葉片樣本，利用分光光度計(jì)測定葉綠素含量；采用半葉法測定葉片的光合產(chǎn)物積累量。

（四）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析方法

1.數(shù)據(jù)處理。運(yùn)用Excel軟件對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和初步統(tǒng)計(jì)，計(jì)算每組數(shù)據(jù)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和標(biāo)準(zhǔn)誤差。將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，消除不同指標(biāo)之間的量綱差異，便于后續(xù)分析。

2.數(shù)據(jù)分析方法。采取單因素方差分析（One-wayANOVA）的辦法，檢驗(yàn)在不同光照狀況下各光合參數(shù)、葉綠素含量和光合產(chǎn)物積累量之間的差異是否顯著。倘若存在顯著差異，更進(jìn)一步運(yùn)用Duncan多重比較法，明確各處理組之間的具體差異狀況。利用Origin軟件繪制柱狀圖、折線圖等，形象地展示不同光照條件對(duì)植物光合作用效率的影響，深度剖析各光照因素和光合作用效率之間的關(guān)聯(lián)。

三、基于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)策略

（一）調(diào)查設(shè)計(jì)

設(shè)置高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告，選取不同層次的高中學(xué)校，每個(gè)學(xué)校隨機(jī)抽取高一年級(jí)兩個(gè)班級(jí)的學(xué)生和相應(yīng)的生物教師作為調(diào)查對(duì)象。發(fā)放學(xué)生問卷并回收。問卷調(diào)查法：設(shè)計(jì)學(xué)生問卷和教師問卷，分別了解學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力水平、對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的態(tài)度和需求，以及教師的教學(xué)方法、對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的重視程度和教學(xué)效果評(píng)價(jià)等問題。

調(diào)查顯示：學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析能力不足，不能正確運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法和圖表來展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果；教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)不夠細(xì)致和全面，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作過程中遇到的問題。

（二）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程

1.問題引導(dǎo)教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)里，教師設(shè)計(jì)一連串富有啟發(fā)性的問題，引領(lǐng)學(xué)生思索實(shí)驗(yàn)的目的、原理、方式以及步驟。在“探究不同光照條件對(duì)植物光合作用效率的影響\"這一實(shí)驗(yàn)中，教師設(shè)置“不同光照條件有哪些？\"“為何要探究光照條件對(duì)光合作用的影響？\"“怎樣對(duì)光照條件予以控制？\"等問題，優(yōu)化目的，調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維，使學(xué)生于自覺解決問題的過程中逐步學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

2.小組合作學(xué)習(xí)。小組合作式學(xué)習(xí)能夠推動(dòng)學(xué)生彼此間的交流及合作，培育學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神與溝通本領(lǐng)。在小組合作里，學(xué)生能夠互相探討、分享看法，共同處理在實(shí)驗(yàn)中碰到的難題，提升實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的質(zhì)量與效率。教師在小組合作學(xué)習(xí)中需發(fā)揮引領(lǐng)和監(jiān)督的作用，適時(shí)提供指導(dǎo)與反饋。

（三）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思維訓(xùn)練

1.分析經(jīng)典實(shí)驗(yàn)案例。選取一些經(jīng)典的生物實(shí)驗(yàn)案例，引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路、方法和步驟，總結(jié)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則和技巧。通過對(duì)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)案例的分析，讓學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家的思維方式和研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思維能力。

2.開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)專題訓(xùn)練。在教學(xué)里安排專門的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)專題訓(xùn)練課程，令學(xué)生針對(duì)各類不同的實(shí)驗(yàn)課題展開實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。教師能夠給出一些實(shí)驗(yàn)課題，讓學(xué)生在既定的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)規(guī)劃。在學(xué)生設(shè)計(jì)期間，教師需予以指導(dǎo)與協(xié)助，及時(shí)矯正學(xué)生的錯(cuò)誤。訓(xùn)練之后，組織學(xué)生展開交流和探討，針對(duì)出色的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行展示和評(píng)判，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)水平。

四、培養(yǎng)策略的實(shí)踐與效果驗(yàn)證

（一）實(shí)踐過程

選取高中高一年級(jí)的兩個(gè)班級(jí)當(dāng)作實(shí)驗(yàn)對(duì)象，一個(gè)班級(jí)作為實(shí)驗(yàn)班，運(yùn)用優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略開展教學(xué)。另一個(gè)班級(jí)作為對(duì)照班，采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式實(shí)施教學(xué)。在教學(xué)進(jìn)程中，針對(duì)實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生展開問題引導(dǎo)教學(xué)和小組合作學(xué)習(xí)，并且強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思維訓(xùn)練。對(duì)照班則依照傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)周期設(shè)定為一個(gè)學(xué)期。

（二）效果驗(yàn)證

1.數(shù)據(jù)收集。實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)定：在實(shí)驗(yàn)教學(xué)完結(jié)后，讓學(xué)生編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，針對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告予以評(píng)定，評(píng)定準(zhǔn)則劃定為優(yōu)秀、良好、中等、及格與不及格這五個(gè)級(jí)別。

測試成績解析：擬定一份實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力測試卷，其內(nèi)容囊括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)原理、方式、步驟、數(shù)據(jù)處理與分析等方面，針對(duì)實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班的學(xué)生開展測試，對(duì)兩個(gè)班級(jí)學(xué)生的測試成績進(jìn)行統(tǒng)計(jì)剖析。

2.結(jié)果分析。實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)價(jià)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告在實(shí)驗(yàn)?zāi)康拿鞔_性、實(shí)驗(yàn)原理闡述準(zhǔn)確性、實(shí)驗(yàn)步驟合理性、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析科學(xué)性、實(shí)驗(yàn)結(jié)論可靠性等方面均優(yōu)于對(duì)照班，優(yōu)秀和良好等級(jí)的比例明顯高于對(duì)照班。

測試成績分析結(jié)果：實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的測試平均成績顯著高于對(duì)照班，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（ （Plt;0.05） 。說明采用優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略能夠有效提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

五、結(jié)語

本研究針對(duì)高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)里實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的現(xiàn)況展開了調(diào)研，以“探究不同光照條件對(duì)植物光合作用效率的影響”這一實(shí)驗(yàn)作為范例，給出并推行了優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的辦法，涵蓋了優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的流程以及強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思維的訓(xùn)練。實(shí)踐成果顯示，這些辦法可以切實(shí)增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，增進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興致和主動(dòng)性，給高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的變革提供了頗具價(jià)值的參照。

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作者簡介：

范其昌（1977年一），漢族，人，本科學(xué)歷，研究方向：高中生物與實(shí)驗(yàn)教學(xué)。