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時間:2023-08-21 16:55:43
序論:寫作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感,挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相,好投稿為您帶來了七篇科學(xué)探究的步驟范文,愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑,助力您的創(chuàng)作。

新課程實施后,不少初中生物教師,特別是農(nóng)村初中的生物教師感到對教材編排的諸多探究性實驗(或活動)不適應(yīng),在實際教學(xué)中借口條件不具備、準(zhǔn)備量太大等不按要求組織實驗或不組織實驗,導(dǎo)致課標(biāo)要求的學(xué)生能力培養(yǎng)落不到實處?,F(xiàn)就自己對探究性實驗教學(xué)談?wù)勼w會,以供商榷。(所涉及舉例為新世紀(jì)北師大版《生物學(xué)》)
一、動手激趣,重視第一個探究性實驗
教材安排的第一個探究性實驗是“探究溫度對霉菌生活的影響”,這個實驗無論是知識背景,還是材料用具對七年級學(xué)生來說都沒有難度,組織實驗也不受實驗器材和裝備的影響,教師一定要組織學(xué)生親自動手做。從實驗設(shè)計本意理解,也并不是要求學(xué)生嚴(yán)格按科學(xué)探究的七個步驟去一一完成,而是讓學(xué)生體驗科學(xué)探究的基本過程,重點理解變量和初中階段設(shè)計實驗組和對照組只允許出現(xiàn)一個變量。個人認(rèn)為,在實驗中無論學(xué)生選擇非生物因素(陽光、空氣、水分、土壤、溫度、濕度)中的哪一個因素進(jìn)行探究都是可以的,設(shè)計的實驗方案只要具有可操作性都應(yīng)該鼓勵學(xué)生大膽嘗試。讓不同的組探究不同的變量對霉菌生活的影響,不僅發(fā)展了學(xué)生的求異思維,更重要的是激發(fā)了學(xué)生的實驗興趣。這次活動需要近一個星期的觀察時間,教師要有耐心,一定要再安排時間就實驗現(xiàn)象和結(jié)論讓學(xué)生交流。一則學(xué)生有成功感;二則讓學(xué)生體驗完整的探究過程,為后面的學(xué)習(xí)打下伏筆。
二、授人以漁,規(guī)范探究性實驗的基本程序
無論學(xué)習(xí)什么,方法最重要,探究性實驗亦如此。教材專門安排了《生物學(xué)研究的基本方法》這節(jié)內(nèi)容,編排了“實驗法研究的示例:響尾蛇是如何追尋放走的獵物的?”并歸納出實驗法研究的七個步驟。在實際教學(xué)中,不少教師注重了七個步驟的記憶,忽略了七個步驟之間的因果關(guān)系和思維順序;注重了探究過程的完整性,忽略了各步驟的獨立性。也就是說,在教學(xué)中我們不應(yīng)該急于求成讓學(xué)生一下設(shè)計出完整的探究性實驗,而應(yīng)該重點結(jié)合已做過的探究性實驗和教材示例讓學(xué)生理解各步驟的意義和步驟之間的聯(lián)系,從而建立完整的探究思維順序。要實現(xiàn)這一點,教師還應(yīng)該有意識地設(shè)計針對某一步驟的強(qiáng)化訓(xùn)練,這樣不僅可以分散教學(xué)準(zhǔn)點,而且可以排除學(xué)生的畏難情緒。
在實際教學(xué)中,教師都感覺到實驗設(shè)計對于學(xué)生來說是最難的,所以不少教師在本節(jié),乃至緊接其后的探究性實驗――“探究影響鼠婦分布的環(huán)境因素”,一直將實驗設(shè)計作為重點,想一舉突破難點。但我認(rèn)為,實驗設(shè)計與學(xué)生擁有的知識背景關(guān)系很大,在這里對實驗設(shè)計的教學(xué)重點應(yīng)該在實驗組與對照組的設(shè)計原理,即單因子實驗。
三、科學(xué)訓(xùn)練,發(fā)展學(xué)生的探究能力
一、實驗?zāi)康牡拇_定
探究實驗的本質(zhì)是根據(jù)某一合理假設(shè),通過設(shè)計和實施實驗,對作用主體與作用對象之間的內(nèi)在聯(lián)系作出分析和判斷,從而得出科學(xué)結(jié)論的過程。因此,生物學(xué)探究實驗的實驗?zāi)康囊话忝枋龇绞綖椋禾骄磕骋蛩貙ι锬撤矫嫣卣鳎ㄈ缧螒B(tài)、結(jié)構(gòu)、生理功能)的影響。例如,探究光照強(qiáng)度對植物光合作用速率的影響;探究生長素濃度對植物插枝生根的影響;探究紫外線對草本植物植株形態(tài)和株高的影響等。
從實際應(yīng)用出發(fā),實驗?zāi)康目梢詮膬蓚€不同角度分析確定。(1)可以從實驗課題中分析實驗?zāi)康?。很多探究課題實驗?zāi)康拿鞔_,不需要作進(jìn)一步分析。但也有部分課題探究目標(biāo)比較模糊。如,探究小麥生長中心與旗葉光合作用的關(guān)系。該課題既有可能是探究生長中心對旗葉光合速率的影響,也有可能是探究旗葉光合作用對生長中心生長速率的影響。因此,需要進(jìn)一步細(xì)化,確定探究方向。(2)從實驗步驟中歸納實驗?zāi)康?。從?xùn)練學(xué)生思維的角度出發(fā),在某些情境下可能給定實驗步驟,要求歸納實驗?zāi)康摹4朔N情境下的一般方法是:根據(jù)實驗步驟找出實驗中的自變量和因變量,將實驗?zāi)康母爬椤疤骄磕骋蛩兀ㄗ宰兞浚δ承螒B(tài)結(jié)構(gòu)或生理功能(因變量)的影響”。
二、實驗原理的分析和歸納
實驗原理是對實驗的理論基礎(chǔ)、操作方法和目標(biāo)指向的高度濃縮概括。其內(nèi)容應(yīng)包含四個方面的基本要素:實驗的科學(xué)理論依據(jù);操作過程要點;實驗結(jié)果的檢測方法和指標(biāo);實驗的結(jié)論目標(biāo)指向。
在獨立設(shè)計實驗時,確定實驗原理的基本途徑是:(1)從生物科學(xué)的基本理論出發(fā),深入分析影響因素與作用對象之間的內(nèi)在聯(lián)系。(2)分析操控影響因素的具體方法,確定自變量。(3)分析實驗對象受到影響后可能發(fā)生的反應(yīng),找出與這些反應(yīng)相關(guān)的外在表現(xiàn),確定觀測指標(biāo)。(4)概括說明該實驗?zāi)苓_(dá)成的最終目標(biāo)。
如果是在已有的實驗方案基礎(chǔ)上歸納實驗原理,基本方法是:找出實驗方案中的自變量和因變量,從理論上分析二者之間可能存在的聯(lián)系;然后以方案中實驗組為依據(jù),描述對自變量的控制和對結(jié)果的檢測方法,忽略掉對照組設(shè)置以及對無關(guān)變量的控制等細(xì)節(jié),從而歸納出實驗原理。
一個科學(xué)的實驗原理可以對實驗材料的選擇、實驗步驟的設(shè)計、觀測指標(biāo)的確定以及實驗結(jié)果的預(yù)測分析都能起到有效的指導(dǎo)作用,是整個實驗方案的綱領(lǐng)。
三、實驗步驟設(shè)計的方法和原則
實驗步驟是實驗探究方案的主體內(nèi)容。它直接決定實驗過程能否實現(xiàn)以及實驗?zāi)繕?biāo)能否達(dá)成。
實驗步驟設(shè)計的一般思路是:首先要明確自變量和因變量,再結(jié)合探究目標(biāo)確定變量控制方法和對照實驗設(shè)置方法,最后確定對實驗結(jié)果的檢測方法和指標(biāo)。如果是定性探究,則應(yīng)該以被探究因素的有、無或者強(qiáng)、弱等典型條件設(shè)置對照;如果是定量探究,則應(yīng)該以被探究因素的強(qiáng)弱程度設(shè)置一系列梯度實驗進(jìn)行探究。例如,若要探究“溫度對植物光合作用的影響”就可作定性探究,此時只需要設(shè)置高溫、常溫、低溫三個典型溫度條件作對照實驗即可。如果要求“探究植物光合作用的最適溫度”,這就是一個定量探究課題。必須在一定溫度范圍內(nèi)設(shè)置一系列溫度由低到高的梯度實驗進(jìn)行對照。檢測方法要有可行性,檢測指標(biāo)必須是實驗對象受自變量影響后產(chǎn)生的必然預(yù)期結(jié)果。
實驗步驟設(shè)計必須遵循的原則主要有:科學(xué)性原則;對照原則;單一變量原則;平行重復(fù)原則。
科學(xué)性原則的基本含義是:有確實的科學(xué)理論依據(jù),邏輯推理嚴(yán)密,操作方法和順序合理,變量控制可靠有效,觀測手段簡便易行。
對照原則:探究過程中要通過設(shè)置對照實驗的方法來增強(qiáng)實驗的說服力??筛鶕?jù)不同課題要求,在實驗中設(shè)計空白對照、條件對照、相互對照和自身對照等不同的對照實驗形式。
單一變量原則:實驗組與對照組只能有一個變量差異。即除開自變量以外,實驗組和對照組其他所有無關(guān)變量應(yīng)保持相同且適宜。
平行重復(fù)原則有兩層含義:一是指進(jìn)行探究實驗時對生理狀況相同的多個實驗對象同時進(jìn)行相同的實驗操作,以減少偶然因素或?qū)嶒瀸ο髠€體差異帶來的誤差;另一層含義是指控制自變量在相同的變化幅度下,以同樣的條件進(jìn)行重復(fù)實驗,從而體現(xiàn)過程與結(jié)果之間聯(lián)系的必然性。
在上述原則下,實驗步驟的設(shè)計可以大致上分為三個要點:第一步,準(zhǔn)備和分組。對實驗材料要進(jìn)行準(zhǔn)備和預(yù)處理,使其初始狀態(tài)相同并達(dá)到實驗要求。然后,根據(jù)實驗需要劃分為不同組別,為后續(xù)的對照實驗做好準(zhǔn)備。第二步,對照處理和變量控制。將不同組別控制在自變量的不同變化幅度之下形成對照,其余條件控制到相同且適宜的狀態(tài),并給予充分的后續(xù)反應(yīng)時間。第三步,實驗現(xiàn)象的觀測統(tǒng)計。選定適當(dāng)?shù)挠^察測量指標(biāo)對不同組別分別進(jìn)行觀察和統(tǒng)計,以反映實驗結(jié)果。
四、實驗結(jié)果分析和結(jié)論歸納
本課以研究有機(jī)物一般步驟和方法的應(yīng)用為主線,經(jīng)歷了五個環(huán)節(jié)。而這些環(huán)節(jié)的推進(jìn)是按照研究有機(jī)物的一般步驟,即應(yīng)用定量分析及質(zhì)譜圖確定分子式———應(yīng)用紅外光譜圖、核磁共振氫譜確定可能結(jié)構(gòu)———實驗探究,確定結(jié)構(gòu)式———利用結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途的關(guān)系學(xué)習(xí)有機(jī)物。這樣以未知物為研究對象的設(shè)計,能讓學(xué)生自然地遵循化學(xué)科學(xué)研究的步驟方法,以科學(xué)家的姿態(tài),在不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程中,自主建構(gòu)知識的模塊學(xué)習(xí)目標(biāo),也為后繼學(xué)習(xí)有機(jī)合成創(chuàng)造了良好條件,實現(xiàn)了教材編者在選修5開篇《認(rèn)識有機(jī)化合物》闡明的旨意,使科學(xué)方法的學(xué)習(xí)有的放矢,不流于形式,不空洞說教。
二、自然地實現(xiàn)情感態(tài)度與價值觀的升華
情感態(tài)度與價值觀是理科教學(xué)中較難達(dá)成的課程目標(biāo)。本課的第三個亮點正是較好地達(dá)成這一目標(biāo)。這得益于本課伊始的情境創(chuàng)設(shè),即選取2010年上海世博會德國館工作人員穿的T恤可降解的視頻資料,產(chǎn)生耳目一新的視覺沖擊,讓學(xué)生從中提煉了高質(zhì)量的問題,“我們能不能合成類似這樣的環(huán)保材料呢?怎么合成?”顯然,能有這樣強(qiáng)烈的愿望,達(dá)成“認(rèn)識到有機(jī)化合物在人類生活和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要意義”這一目標(biāo),圍繞這一情感需求,全課的學(xué)習(xí)活動逐步展開,直至課堂的最后一個環(huán)節(jié)———借助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)聚乳酸的性質(zhì)用途,結(jié)合第二個視頻資料“我國聚乳酸材料應(yīng)用”,學(xué)生這種積極的情感體驗從容地升華為運(yùn)用所學(xué)改善、提高人類生活質(zhì)量。
三、驅(qū)動性的問題設(shè)計是推動探究教學(xué)的靈魂
本課從實驗式、分子式的確定到結(jié)構(gòu)式的確定,從化學(xué)性質(zhì)的驗證到用途的網(wǎng)上查詢,各環(huán)節(jié)都是按照探究教學(xué)必經(jīng)的步驟展開的,探究的形式包括了討論探究和實驗探究。課上學(xué)生主動參與、情緒飽滿、思維活躍、善于質(zhì)疑、勇于發(fā)表個人見解、能夠提出新的觀點和方法,即使從參與時間、參與人數(shù)兩個指標(biāo)來考量,參與度也是很高的。比如課堂伊始,教師結(jié)合視頻資料提出本課的主要問題“:上海世博會德國館工作人員的T恤有何神奇之處?它的材料是什么?如何研究未知有機(jī)物?一般方法與步驟如何?”這些環(huán)環(huán)相扣的問題直指未知有機(jī)物研究的一般步驟和方法的應(yīng)用,為學(xué)生的探究定下了方法引領(lǐng)的基調(diào)。
一探究性實驗的必要性
物理學(xué)科是自然科學(xué)的重要組成部分,是以觀察和實驗為基礎(chǔ)的,物理學(xué)中的規(guī)律都是人們從生活實踐中發(fā)現(xiàn)并總結(jié)出來的,最終是利用這些規(guī)律更好的為社會的進(jìn)步和發(fā)展作出貢獻(xiàn)。因此,物理學(xué)習(xí)不僅是學(xué)習(xí)物理知識,更要注重提高學(xué)生的基本科學(xué)素養(yǎng),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,通過探究性實驗可以讓學(xué)生體驗和感悟科學(xué)探究的過程和方法。激發(fā)他們持久的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望,并在探究過程中培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力,逐步實現(xiàn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變,使學(xué)生逐步養(yǎng)成敢于質(zhì)疑,善于交流,樂于合作,勇于實踐的科學(xué)態(tài)度。
從教學(xué)角度來講,探究性學(xué)習(xí)就是要把以往以結(jié)論為中心的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變到重視結(jié)論的形成過程,結(jié)論是學(xué)生在自主合作的探究過程中自己得到的,老師要從知識的圣壇上走下來,成為學(xué)生探究學(xué)習(xí)過程的參與者、指導(dǎo)者和促進(jìn)者。這點也是新課改對教師提出的要求。
二探究性實驗的重要性
新課標(biāo)下高中物理探究式實驗教學(xué),是指在教師的指導(dǎo)下通過實驗來探索物理規(guī)律,也可以是學(xué)生根據(jù)既有的知識和條件,自己創(chuàng)造性地設(shè)計實驗(包括實驗原理,實驗器材,實驗步驟),從而獲得新知識的科學(xué)方法。因此,教師在高中物理探究式實驗教學(xué)過程中要啟發(fā)學(xué)生自主應(yīng)用已經(jīng)學(xué)過的知識進(jìn)行探究實驗,使學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動性,有思考、質(zhì)疑、表述、探究、討論問題的機(jī)會,讓學(xué)生通過多種方式進(jìn)行解難釋疑的探究,在這過程中掌握知識、技能和方法。這無疑對學(xué)生以后的成長有著非常重要的影響。
(1) 新課標(biāo)下高中物理探究式實驗?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生探究興趣,學(xué)習(xí)物理的主動性。
新課標(biāo)下高中物理探究式實驗充分發(fā)揮了學(xué)生的非智力因素,調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。探究式實驗具有趣味性,它能充分運(yùn)用學(xué)生的各種感官,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣?,F(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為,興趣是產(chǎn)生動機(jī)的重要條件,是人類認(rèn)識客觀世界的一種心理表現(xiàn),是一個人獲得知識、拓寬知識面、提高科學(xué)素質(zhì)的動力.因此,在物理教學(xué)過程中,通過探究式實驗將極大地吸引學(xué)生的注意力,有利于學(xué)生去研究物理現(xiàn)象,探索物理規(guī)律,激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲。
(2) 新課標(biāo)下高中物理探究式實驗?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力和分析解決問題的能力。
舊教材對實驗的原理、器材、實驗步驟、注意事項和結(jié)論都作出了說明,學(xué)生只是簡單的照抄或模仿。而新教材中沒有給具體的實驗儀器、操作步驟、實驗結(jié)論,而是從提出問題——提出假設(shè)——設(shè)計實驗——實驗操作——記錄數(shù)據(jù)——數(shù)據(jù)分析等環(huán)節(jié)要求學(xué)生逐一進(jìn)行探究:討論實驗方案、選擇實驗器材、設(shè)計實驗步驟、處理實驗數(shù)據(jù)、歸納實驗結(jié)論。在實驗操作過程中出現(xiàn)的新問題,要通過討論、交流等方式能得到很好的解決,達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和探究能力
(3) 新課標(biāo)下高中物理探究式實驗?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和探究能力。
1 等量替代法
等量替代法是在物理研究、學(xué)習(xí)過程中,當(dāng)所研究(或解決)的物理問題不能直接用已知的條件去探究(或解決)時,應(yīng)用物理量與物理量之間的等量關(guān)系間接探究(或解決)物理問題的方法。
2 等量替代法在科學(xué)探究中的應(yīng)用
2.1 應(yīng)用等量替代法測量物體的長度
在測量物體長度的實驗中,大多數(shù)情況都能應(yīng)用刻度尺直接對物體的長度進(jìn)行測量,而在某些特殊情況下,沒有給你刻度尺或給你刻度尺也無法測定要求的物理量,此時,應(yīng)用等量替代法便可解決相應(yīng)的問題。
例1 小明從商店里買來兩圈規(guī)格不同的細(xì)銅絲,他想知道兩圈細(xì)銅絲的型號(細(xì)銅絲的直徑),他發(fā)現(xiàn)只有一圈細(xì)銅絲的直徑標(biāo)識清晰(直徑為d1),另一圈細(xì)銅絲的標(biāo)識已模糊不清,而他身邊又沒有刻度尺。請你幫小明設(shè)計一個方案測出該細(xì)銅絲的直徑d2。要求:
(1)寫出主要的實驗步驟;
(2)細(xì)銅絲直徑的表達(dá)式。
分析 在沒有刻度尺的情況下,我們無法利用一般的測量方法去測量細(xì)銅絲的直徑,只有利用已知的條件――已知直徑的那圈細(xì)銅絲,然后采取等量替代的方法間接測出另一圈細(xì)銅絲的直徑。
解 (1)主要的實驗步驟:
①將兩圈細(xì)銅絲分別緊密繞在兩支鉛筆上,直至它們在兩支鉛筆上繞的寬度相等;(如圖1所示)
②分別記下它們在兩支鉛筆上繞的圈數(shù)記為n1、n2。
(2)細(xì)銅絲直徑的表達(dá)式為:d2=d1/n2n1。
拓展 給你一把刻度尺、一根細(xì)線、水,請你粗略的測出一礦泉水瓶的體積。要求:
(1)寫出主要的實驗步驟;
(2)礦泉水瓶體積的表達(dá)式。
2.2 等量替代法在探究物質(zhì)密度中的應(yīng)用
在測定物質(zhì)密度的實驗中,最基本的方法是應(yīng)用量筒測出物體的體積(V)、用天平測出物體的質(zhì)量(m),然后根據(jù)密度公式ρ=m/V求出物質(zhì)的密度。如果在缺少量筒或天平的情況下,要測定物質(zhì)的密度,我們就必須應(yīng)用等量替代的方法來解決問題。
例2 給你一只量筒、水,如何測定一塊橡皮泥的密度。請你寫出測量的主要步驟和橡皮泥密度的表達(dá)式。
分析 由題意可知,要求只利用量筒來測定橡皮泥的密度,量筒可以直接測出橡皮泥的體積,用一般的方法橡皮泥質(zhì)量是很難測定的。我們只有利用物體的漂浮條件――F浮=G物,通過橡皮泥所受的浮力與它的重力相等來間接測出橡皮泥的質(zhì)量。
解 (1)主要的實驗步驟:
①向量筒中倒入適量的水記下水的體積為
;
②將橡皮泥制作成船的形狀,把它輕輕放入水中使它漂浮在水面上,記下水面處的體積為
③將橡皮泥浸沒于水中,記下水面處的體積為。
(2)橡皮泥密度的表達(dá)式為
拓展 1、給你一把刻度尺、一杯水、小木塊,請你測出小木塊的密度。要求:(1)寫出主要的實驗步驟;(2)小木塊密度的表達(dá)式。
2、給你一架天平、砝碼、一只燒杯、水、金屬塊,請你測定金屬塊的密度。要求:(1)寫出主要的實驗步驟;(2)礦泉水瓶體積的表達(dá)式。
3、給你一只彈簧測力計、水、細(xì)線、金屬塊,請你測出金屬塊的密度。要求:(1)寫出主要的實驗步驟;(2)金屬塊密度的表達(dá)式。
等量替代法是探究和解決物理問題的一種基本方法,應(yīng)用它不僅能解決實驗探究中出現(xiàn)的問題,而且能幫助我們解決學(xué)習(xí)中一些較難的問題。因此,同學(xué)們在學(xué)習(xí)過程中,要不斷的應(yīng)用科學(xué)的方法去探究和解決物理的相關(guān)問題。
【關(guān)鍵詞】探究實驗 結(jié)果分析 教學(xué)方式
《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》)是進(jìn)行高中生物教學(xué)的依據(jù)。課程標(biāo)準(zhǔn)的理念之一是倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)?!啊稑?biāo)準(zhǔn)》倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí),力圖促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的變革,引導(dǎo)學(xué)生主動參與探究過程、勤于動手和動腦,逐步培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理科學(xué)信息的能力、獲取新知識的能力、批判性思維的能力、分析和解決問題的能力,以及交流與合作的能力等,重在培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力?!盵1]生物學(xué)的探究性學(xué)習(xí)是通過科學(xué)探究活動來實現(xiàn)的??茖W(xué)探究活動有多種類型,探究實驗是其中之一[2]。采用怎樣的教學(xué)方式才能有效的實施探究實驗的教學(xué)?學(xué)生對探究實驗的態(tài)度如何,能否在實驗中真正有所收獲?解決好這些問題,是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),體現(xiàn)新課程要求的關(guān)鍵所在。
1.探究實驗的教學(xué)嘗試
《標(biāo)準(zhǔn)》要求高中學(xué)生發(fā)展科學(xué)探究能力,初步學(xué)會:(1)客觀地觀察和描述生物現(xiàn)象;(2)通過觀察或從現(xiàn)實生活中提出與生物學(xué)相關(guān)的、可以探究的問題;(3)分析問題,闡明與研究該問題相關(guān)的知識;(4)確認(rèn)變量;(5)作出假設(shè)和預(yù)期;(6)設(shè)計可行的實驗方案;(7)實施實驗方案,收集證據(jù);(8)利用數(shù)學(xué)方法處理、解釋數(shù)據(jù);(9)根據(jù)證據(jù)作出合理判斷;(10)用準(zhǔn)確的術(shù)語、圖表介紹研究方法和結(jié)果,闡明觀點;(11)聽取他人的意見,利用證據(jù)和邏輯對自己的結(jié)論進(jìn)行辯護(hù)及作必要的反思和修改。[3]筆者以“實驗五 探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的作用”為例,說明探究實驗教學(xué)應(yīng)如何根據(jù)實際情況選擇合適的教學(xué)方式和方法。
該實驗教學(xué)共用三個課時。第一課時,在教室進(jìn)行:酶的發(fā)現(xiàn)實驗四酶的高效性。學(xué)生按照教材中的實驗方法步驟進(jìn)行實驗,目的是學(xué)習(xí)做有關(guān)酶的實驗的原理和方法步驟。第二課時,在教室進(jìn)行:酶的專一性和需要適宜的條件。學(xué)生也是按教材中的方法步驟進(jìn)行。通過以上兩個課時的學(xué)習(xí),學(xué)生基本掌握了用豬肝研磨液(含過氧化氫酶)、淀粉酶做實施的原理和方法步驟,為第三課時的探究實驗做好了準(zhǔn)備。第三課時,在實驗室進(jìn)行,課前學(xué)生分組,以組為單位選擇一個探究酶的特性的課題,設(shè)計實驗方案,上課時,在實驗室按設(shè)計的方案進(jìn)行實驗。
2.結(jié)果及分析
在以上三個課時的教學(xué)中,大部分學(xué)生積極學(xué)習(xí),取得了比較滿意的教學(xué)效果。但是,也有部分學(xué)生不想做實驗??偨Y(jié)起來,學(xué)生對實施探究實驗面臨以下幾個問題:
(1)不知道如何選題。
筆者認(rèn)為,一方面,是這些學(xué)生沒有認(rèn)真學(xué);另一方面,發(fā)現(xiàn)問題,選擇出需要研究的問題的能力的形成不是一蹴而就的,需要比較長時間的培養(yǎng)才行。
(2)學(xué)生沒有足夠的知識儲備,特別是缺乏做有關(guān)實驗的技能,因而不知道如何設(shè)計實驗方案,不知道實驗原理是什么、用什么方法、用哪些儀器用具、設(shè)定哪些實驗變量、先做哪一步、后做哪一步等等。
(3)由于現(xiàn)在的評價手段主要是考試,為了應(yīng)付各科的考試,學(xué)生沒有更多的時間用來收集資料,設(shè)計實驗方案。所以,學(xué)生提出的困難之一就是沒有時間。
(4)學(xué)校的實驗室的設(shè)備還不夠完善,特別是數(shù)量不足,不能滿足分組進(jìn)行探究實驗的需要。
3.實施探究實驗的教學(xué)方式
根據(jù)以上的實踐和分析,筆者提出以下教學(xué)方式。
(1)用接受學(xué)習(xí)法,教給學(xué)生有關(guān)的生物學(xué)知識,具備進(jìn)行探究實驗的知識基礎(chǔ)。知識是形成能力的基礎(chǔ)。學(xué)生只有掌握一定量的生物學(xué)知識,才能更好地發(fā)現(xiàn)問題、思考并提出解決問題的方法步驟。
(2)在做探究實驗前,首先組織學(xué)生做一些基本的實驗,幫助他們掌握常用的實驗技能,為探究實驗的展開提供技能基礎(chǔ)。例如:顯微鏡的使用(含低倍鏡和高倍鏡的使用);鑒定還原糖、脂肪、蛋白質(zhì)和DNA等物質(zhì)的方法步驟;制作臨時裝片的方法;研缽、漏斗等常用儀器用具的使用方法等等。
(3)通過實例介紹選題的方法。
(4)通過實例介紹實驗設(shè)計的一般方法步驟。包括觀察、提出問題、假說、實驗(含變量的確定、單一變量原則、控制與平衡控制、對照等)、結(jié)論。幫助學(xué)生認(rèn)識如何進(jìn)行實驗設(shè)計,從而才能進(jìn)行探究實驗。
(5)創(chuàng)設(shè)情境,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題,選定課題,讓學(xué)生設(shè)計實驗方案和進(jìn)行實驗。問題要通過觀察才能發(fā)現(xiàn)。創(chuàng)設(shè)一定的情境,學(xué)生才能觀察和思考并發(fā)現(xiàn)問題。有了問題,才能激發(fā)學(xué)生的探究欲望。教師再適當(dāng)引導(dǎo),學(xué)生就可選定要研究的問題。這一步是整個探究實驗的關(guān)鍵。然后學(xué)生就可運(yùn)用已經(jīng)掌握的設(shè)計實驗的方法來設(shè)計探究實驗的方法步驟。教師對學(xué)生設(shè)計的實驗方案進(jìn)行審閱,發(fā)現(xiàn)不恰當(dāng)?shù)牡胤剑拖驅(qū)W生提出,并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行修改。最后,學(xué)生按照所設(shè)定的實驗方案進(jìn)行實驗。
(6)引導(dǎo)和幫助學(xué)生分析實驗現(xiàn)象,得出恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)論,并在班上交流。
參考文獻(xiàn):
[1]普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗).
[2]趙占良. 高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)教材探究活動的設(shè)計和教學(xué)建議. 生物學(xué)教學(xué),2007(6):24.
關(guān)鍵詞:生物學(xué) 實驗教學(xué) 分組實驗 指導(dǎo)
學(xué)生分組實驗是培養(yǎng)學(xué)生探究能力、科學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新精神的重要途徑。學(xué)生進(jìn)行分組實驗,如果只是簡單的模仿性操作和觀察,效果是有限的。要取得良好的實驗教學(xué)效果,在實驗教學(xué)的各個環(huán)節(jié),應(yīng)該施導(dǎo)促練、促學(xué),更要促思。
1、操作前疏導(dǎo)與實驗有關(guān)的知識
學(xué)生只有掌握諸如實驗原理、設(shè)計思路、方法步驟等諸多方面的知識,才能較好地完成實驗。因此,教師應(yīng)在學(xué)生操作前指導(dǎo)預(yù)習(xí)實驗,對實驗的原理、方法與步驟進(jìn)行疏導(dǎo)。
1.1 與實驗相關(guān)的理論知識的疏導(dǎo)
生物學(xué)實驗涉及許多相關(guān)的理論知識。學(xué)生對這些知識有所了解,才能較好地理解實驗的目的、原理與方法步驟,才能順利地完成實驗。人教版《生物(選修1)》特別注重與實驗相關(guān)的理論知識的疏導(dǎo),要求把理論知識作為重要的教學(xué)內(nèi)容及環(huán)節(jié)安排在學(xué)生進(jìn)行實驗前教授,甚至要求指導(dǎo)學(xué)生通過多種途徑了解實驗的背景?!哆x修1》的不少實驗,已經(jīng)不局限于簡單的操作技能訓(xùn)練及體驗的層面,而是近似于課題探究并要求獲得相應(yīng)產(chǎn)品。
1.2 實驗原理、方法與步驟的疏導(dǎo)
實驗課上學(xué)生積極好動,為了避免實驗操作的盲目性和課堂的無序性,有必要將實驗原理、方法、步驟及有關(guān)儀器的使用方法放在操作前講解疏導(dǎo)。指導(dǎo)觀察低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化,就應(yīng)針對方法與步驟進(jìn)行疏導(dǎo),即復(fù)習(xí)觀察植物細(xì)胞有絲分裂的方法和細(xì)胞發(fā)生染色體數(shù)目變化后顯著的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征;指導(dǎo)進(jìn)行酵母菌細(xì)胞的固定化實驗,學(xué)生難以記住復(fù)雜的操作步驟,教師應(yīng)將操作步驟簡化為流程圖板書于黑板上,供學(xué)生操作時參照。
只有將相關(guān)知識在實驗操作前疏導(dǎo)好了,學(xué)生對實驗原理、方法、步驟有所了解,對實驗結(jié)果心中有數(shù),實驗時才能有的放矢。否則,學(xué)生實驗時就不知所措。
2、實驗操作時指導(dǎo)學(xué)生規(guī)范操作、認(rèn)真觀察
指導(dǎo)學(xué)生規(guī)范操作是實驗教學(xué)取得成功的關(guān)鍵。首先對操作難點進(jìn)行操作示范,然后將時間留給學(xué)生演練。在學(xué)生操作時,教師現(xiàn)場巡視與指導(dǎo),及時發(fā)現(xiàn)問題,指導(dǎo)學(xué)生糾正錯誤的操作,及時解決學(xué)生實驗中的疑惑或(指導(dǎo))解釋異常現(xiàn)象。指導(dǎo)學(xué)生正確操作,還應(yīng)幫助學(xué)生克服心理障礙。
2.1 指導(dǎo)學(xué)生規(guī)范地操作
對技巧性較強(qiáng)的操作,不僅要示范,還要一邊示范一邊講清操作要領(lǐng),還要讓學(xué)生進(jìn)行反復(fù)操作練習(xí)并獲得體驗體會。如顯微鏡的調(diào)焦,在示范這一操作過程時,還要講清三個要點。即:⑴物鏡鏡頭下調(diào)的位置要適當(dāng),否則焦距不在鏡頭回升途徑中;⑵左眼注視目鏡時,要盡量接近目鏡鏡頭,否則右眼睜開的情況下左眼看不到視野或圖像;⑶放下鏡筒時,雙眼看著物鏡鏡頭,避免鏡頭壓壞玻片標(biāo)本。
2.2 指導(dǎo)掌握科學(xué)的觀察方法,培養(yǎng)實事求是的科學(xué)態(tài)度
不少探究型實驗,實驗結(jié)果的觀察不是簡單的事情,往往要對觀察方法、觀察時機(jī)進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計,甚至在親自做預(yù)備實驗后教師才能為學(xué)生設(shè)計觀察方法提供有效指導(dǎo)。
在指導(dǎo)學(xué)生觀察實驗的過程中,要培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度。要告訴學(xué)生,無論是形態(tài)結(jié)構(gòu)的觀察,還是生理實驗,都會因為受到不同因素的影響而可能有結(jié)果差異,觀察到不同于教材的現(xiàn)象和結(jié)果并不奇怪,不必照搬、照套教材上的現(xiàn)象和結(jié)論,不要輕易放棄異常的實驗現(xiàn)象和結(jié)果,要積極思考并跟同學(xué)或教師討論找出可能的原因。
2.3 指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真分析實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果
部分學(xué)生的實驗結(jié)果,因為各種原因不明顯或異常時,教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生查找原因甚至指導(dǎo)有興趣的學(xué)生繼續(xù)探究。如葉綠體中色素的提取和分離的實驗結(jié)果四條色素帶部分或全部不明顯,老師可提示學(xué)生從實驗材料的選擇、提取液的種類與用量和層析的操作等環(huán)節(jié)尋找原因,進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生歸納出增強(qiáng)實驗效果的措施并鼓勵有興趣的學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的探究實驗,如不同的葉片、不同的劃線次數(shù)與間隔時間、是否添加CaCO3等對實驗效果的影響。
3、操作完成后輔導(dǎo)學(xué)生答疑、查漏、鞏固、提高。
“編筐編簍全在收口”, 實驗操作完成后的小結(jié)輔導(dǎo)與實驗作業(yè)是實驗教學(xué)的收獲環(huán)節(jié),通過小結(jié)輔導(dǎo)與實驗作業(yè)可以查漏補(bǔ)缺,解疑析難,幫助學(xué)生鞏固提高。小結(jié)輔導(dǎo)與實驗作業(yè)不僅僅是對實驗操作課的輔助、補(bǔ)充,而是培養(yǎng)學(xué)生實驗分析能力、提高實驗教學(xué)質(zhì)量的必要措施。實驗完成后,布置適量的實驗作業(yè)如填寫《實驗報告冊》,可以強(qiáng)化學(xué)生對實驗原理與方法步驟的理解,加深對重要操作規(guī)范與技巧的印象并獲得更多有益的體驗體會。實驗作業(yè)應(yīng)針對高考能力要求,強(qiáng)化運(yùn)用圖表分析處理數(shù)據(jù)信息的技能訓(xùn)練,強(qiáng)化實驗分析與設(shè)計能力及相關(guān)表達(dá)能力的訓(xùn)練。讓學(xué)生做一些實驗分析與設(shè)計方面的經(jīng)典高考題或模擬題是非常必要的,也是高中學(xué)生感興趣的。
4、啟導(dǎo)學(xué)生探索創(chuàng)新
在學(xué)生掌握一定的實驗技能并于實驗中有所發(fā)現(xiàn)、有所體驗后,啟發(fā)學(xué)生大膽設(shè)想,引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)探究,有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力。啟導(dǎo)創(chuàng)新這一環(huán)節(jié)可在學(xué)生實驗發(fā)現(xiàn)問題時進(jìn)行,也可在實驗后的總結(jié)提升階段進(jìn)行,通過實驗分析啟迪思維是關(guān)鍵。
4.1 啟導(dǎo)學(xué)生拓展實驗內(nèi)容,培養(yǎng)探究能力
教師逐步引導(dǎo)使學(xué)生質(zhì)疑而發(fā)現(xiàn)和提出問題,然后激勵學(xué)生大膽地嘗試并解決問題。這樣可以激發(fā)學(xué)生自主探究的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力。做比較過氧化氫酶和Fe3+的催化效率的實驗,在學(xué)生按程序完成基本的實驗操作后,教師不妨先提出“增加肝臟研磨液的量結(jié)果會怎樣?”“為什么一段時間后,加肝臟研磨液的試管產(chǎn)生氣泡的速度減慢直至不再產(chǎn)生氣泡?怎樣驗證?”等問題啟動學(xué)生思維,引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑、猜想、設(shè)計;然后激勵學(xué)生大膽地試一試,從而誘發(fā)學(xué)生探究酶的濃度、反應(yīng)物濃度、溫度等因素對酶促反應(yīng)速率的影響。酵母菌細(xì)胞的固定化實驗完成時,學(xué)生質(zhì)疑固定后的酵母菌細(xì)胞的活性,教師不妨啟導(dǎo)學(xué)生分析實驗操作中是否存在破壞酵母菌活性的因素并鼓勵學(xué)生設(shè)計實驗進(jìn)行驗證。
4.2 啟導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)實驗、優(yōu)化實驗、設(shè)計實驗,培養(yǎng)實驗?zāi)芰?/p>
生物教材中的不少實驗,尤其是《生物(選修1)》中的實驗,實驗的步驟與操作、實驗材料的選擇、實驗裝置的組裝,都有改進(jìn)、優(yōu)化的余地。如蒸餾時冷凝水的循環(huán)利用,不僅僅是一個實驗操作問題,更是樹立生態(tài)觀念的問題。
實驗操作的改進(jìn)與優(yōu)化、實驗課題的拓展與替換,為培養(yǎng)學(xué)生的實驗分析能力提供了生動的情景材料,為培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作、分析與設(shè)計能力提供了有趣的素材。
操作前的疏導(dǎo)是為更好地完成實驗打下基礎(chǔ);操作時的指導(dǎo)是為了幫助學(xué)生了解實驗方法、步驟和技巧,順利完成實驗操作;操作完成后的輔導(dǎo)是為了幫助學(xué)生解答疑難、查漏補(bǔ)缺、鞏固提高;啟導(dǎo)創(chuàng)新是為了培養(yǎng)學(xué)生的自主探究精神和創(chuàng)新能力??傊趯嶒灲虒W(xué)中,教師的主導(dǎo)作用就體現(xiàn)在對學(xué)生的引導(dǎo),通過引導(dǎo),使學(xué)生真正地、全面地、深入地了解每個實驗,既提高操作能力和觀察能力,又鍛煉發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力,也培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度和良好的實驗習(xí)慣。
參考文獻(xiàn):
[1汪忠.中學(xué)生物學(xué)[M].南京師范大學(xué)雜志社,2006.