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模块四、模块四 初中生物学实验教学策略


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模块四

初中生物学实验教学策略
专题一 实验教学的价值

生物学是自然科学中一门研究生命现象和生命活动规律的科学, 实验教学是生物学课程教学 的重要组成部分之一。作为一名生物学教师,应该遵循义务教育课程标准的要求,在生物教学的 过程中,加强和完善生物学实验教学,这是一个值得我们大

家探讨的重要问题。随着科学技术的 发展, 生物学科基本上从静态的以形态描述与分析为主的学科, 演化为现在动态的以实践为主的 定量的学科。生物学科与其他自然科学一样,基本上是一种实验科学。生物学实验教学既是一类 探究活动,也是生物教学的基本形式之一。课程标准的内容标准部分列举出一些活动建议,就包 括实验在内,加强和完善实验教学对学生而言具有重要的意义和价值。 在生物学教学和学生学习生物学的方面, 实验教学是一个非常重要的组成部分。 在生物学的 发展过程中,实验是一种重要的方法,实验的发展促使着、实际上也标志着生物学的不断前进。 在教学过程中,我们要让学生体验实验的方法,以及实验对于生物学发展的重要作用。只有在这 种体验的过程当中, 学生才能逐渐理解经历科学知识的变化发展而获得科学知识过程。 这就能够 使学生真正理解科学的本质,而不仅仅记住一些事实和基本概念。从学生的思维发展的角度看, 这种体验也是必不可少的, 它能促使学生逐渐认识到事物的变化发展, 有利于学生辩证思维的发 展。 实验教学有助于学生形成一种正确客观的认识生命世界的科学态度, 实验教学还有助于学生 树立辩证唯物主义的世界观。就方法论的角度来讲,实验教学可以让学生明确,采取什么样的方 式和方法来解决现实中的生物学问题。 对于学生科学态度的形成, 实验教学启发的怀疑精神和实 证精神都是非常可贵的。学生需要通过质疑进行深入思考,然后通过实证解决问题。在生物学研 究和探究式学习的方面, 实验能够成为实现质疑和实证的重要桥梁。 实验教学也能够帮助学生形 成正确的分析问题和解决问题的方法和手段。 我们对实验环节的实施,不仅能够让学生形成科学的态度,而且还可以作进一步的引领。在 实验教学的过程中, 教师要引领学生学习科学家的科学活动中的实验过程, 让学生感悟到科学家 在科学实验中所具有的严谨治学的精神和态度, 以此来帮助学生建立初步的科学态度。 进而通过 真实的实验进一步培养学生的科学态度,实验确实是一种非常重要的科学态度培养方式。例如, 在实验过程中,学生可能会遇到一些挫折和失败,在遇到这些问题之后,学生需要知道如何来解 决这些问题。另外,如果实验的结果与预期不一致,学生也需要知道如何来处理实验数据,思考 确定是对数据做出修改,还是进行重新设计,进而感受实验研究的过程。这两类问题,都是需要 以严谨的科学态度才能解决的,因而,在实验过程中,学生就能逐步认识到严谨的科学态度的重
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要性。 实验教学还有助于学生情感的培养。学生在分析资料的过程中,科学家的一些个人经历,包 括他们如何解决问题,以及面对挫折时所呈现的精神和态度,能够给学生提供很多的感悟。即如 何思考问题和如何进行研究,如何从研究的角度,以及从科学的角度来衡量这些问题,进而激发 对科学的向往,对科学探究的认同,这当然有助于学生情感的培养。 另一个方面, 教师应该通过实验教学让学生体会到科学家之所以可以持之以恒, 是因为他们 对生物学发自内心的热爱。 教师可以通过一些科学史上重要的实验, 让学生体会到科学发现的艰 辛和艰辛中的乐趣。 这对于学生形成长久的学习兴趣和对生物学的热爱, 对于学生将来的事业发 展,以及对于学生成为生物学家的志向,甚至在研究方面,都具有非常重要的作用。教师一方面 要让学生认识到科学研究的艰辛, 另一方面更要让学生体会到科学研究在艰辛之中的乐趣。 如果 学生不具备学习兴趣,就很难持之以恒,也很难做出一些重要的成就。 实验教学还有助于培养学生的合作精神和交往意识。 在科学的发展过程中, 很多重要的成就 都是由科学家经过长时间的努力,通过共同合作来完成的。在实验的过程当中,学生也要通过同 伴之间的互相合作和交流,学会与他人进行合作,逐步具备合作的意识与技巧,学习处理人和人 之间在某种情况下可能发生的矛盾。这对学生将来走上工作岗位,走进社会,都具有非常重要的 意义。对于合作,教师应该让学生认识到,在科学研究的历史上,有一些科学家能够独立做出非 常伟大的贡献,例如爱因斯坦和牛顿,但是现在更多的工作涉及到不同学科,需要大家来进行共 同研究,进而合作完成。教师要通过实验,让学生体会到合作的重要性、技巧,以及乐趣。 在实验的过程中,合作的乐趣与思维碰撞的灵光一现,有利于学生将来的发展。学生需要学 会听取他人的建议,不能固执己见。许多科学家通过一系列相关实验,最终得到结果,这都与前 人所做的努力紧密相连。我们需要借鉴前人为我们提供的经验和教训,以及彼此之间的建议,这 都属于与人合作的范畴,有助于我们在将来事业方面的成功。 随着课程改革的不断深入,广大教师逐步认识到实验教学是提升学生科学素养的重要手段。 应该说,2011 版生物学课程标准更注重强调科学探究在生物学教学中不可替代的作用。这意味 着实验教学具有其他教学方式和手段所不可替代的作用, 我们需要通过实验教学, 切实发展学生 的探究能力,并以此推动学习方式的变革。

专题二

常规实验的种类和实验类型

对实验教学中常规实验的种类和实验类型,主要应把握以下两个方面。第一方面,教师需要 明确教材所涉及的学生实验,哪些是探究实验,哪些是模拟实验,以及哪些是继续探究的实验。 第二方面,在进行实验教学的过程中,不同类型的实验,涉及不同的目的和要求。 教师在备课时, 需要对课本所列举的实验, 进行整体性的分析。 教师应该明确在一个学段内,
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要培养学生的哪些能力,以及达成哪些教学目标,这是很重要的方面。通过整体性的分析,教师 才能明确哪些是必做实验,进而帮助学生理解概念,帮助学生形成最基本的实验技能。所以教师 在教学过程中,首先要进行整体分析,做出一个初步判断,这是教师在教学前应该进行的准备工 作。 要判断哪些实验是必做实验,还要根据学校、班级和年级的情况,做到具体问题具体分析。 同时, 在实验的统筹安排方面, 做好充分准备。 例如一些实验材料在某个季节会出现短缺的情况, 教师需要事先做出准备。另外,实验的实施要与教学目标紧密相连。如果教师将实验设置为探究 的形式,就要做出整体的统筹安排,进而侧重于某一方面的内容。例如,一些实验适合于应用全 程探究的形式,一些实验适合于应用部分探究的形式。 教师需要对教材内的所有实验进行一个全面的了解,以此为后面的实验教学做出充分准备。 有些实验是在课上完成, 有些实验则是在课下完成。 教材上的实验, 并不完全属于课上必做实验, 有些实验仅仅属于建议性的实验,学生可以在课下完成。所以在整个的课程设置上,在制订学习 计划之前, 教师需要对这些实验有所了解。 对于不同类型的实验, 例如观察性实验和探究性实验, 以及模拟性探究的实验, 尽管它们具有不同的类型, 但是这些实验的根本目的都是让学生通过实 验的途径,来获得关于生物学的概念知识,以及形成重要的认识,从而让学生真正学会学习,学 会获取知识。在教学过程中,教师应该明确实验目的,明确设计思想,知道实验的重点是培养学 生的何种学习能力。教师不能设置过于开放的问题,要注重实验的目的和细节。 教师在设计模拟性的探究实验时, 一定要考虑它和真实实验之间的距离, 并且进一步与学生 一同分析模拟实验与实际实验的异同。 这有利于学生在科学方法论方面的培养, 促使学生在以后 的研究过程中能够用模拟的方法, 来研究真实的生物学原理。 观察实验除了能够训练学生的观察 习惯和观察技巧之外,还能训练学生对于现象的记录水平和表述能力。这种语言的表述能力,即 准确地表述现象的能力,对于学生将来真正从事科研具有重要的意义。 此外,关于探究的问题,教师要特别注意学生对实验的实施不一定完全等同于探究。如果教 师把所有的实验材料和实验操作流程都提供给学生, 学生依此进行实验, 这个过程就不属于探究, 而是属于关于操作层面的实验。教师要让学生在操作实验的同时,进行更多的思维活动,让学生 真正实施探究实验,而不是进行一种单纯的操作。 对于学生需要在课下完成的实验, 教师应该明确具体的要求和目的, 同时提醒学生关于实验 安全性的问题。另外,教师要安排好学生课下的实验,以防造成学生的课业负担。教师不能安排 过多的实验,也不能安排不切实际的实验。在安排课下实验时,教师应该做到以下几点。首先, 应该注意安排一些非常有价值的实验。 其次, 应该安排一些大部分学生感兴趣的愿意实施的实验。 第三,要特别注意不能占用学生过多的课余时间。
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教师一定要注意学生课下实验的安全性问题, 例如关于发酵食品的实验, 学生品尝时一定要 特别注意安全,防止中毒。另外,对于课上实验,以及校内的实验室安全问题,也是实验安全性 的重要方面。例如关于叶片正反两面在热水中冒气泡的速率问题的实验,在学生做完实验以后, 在学生移动实验装置的过程中,有的学生直接用手去拿三脚架,结果造成烫伤。教师一定要特别 注意实验的安全性问题,充分考虑到各种不安全的因素,以保证实验教学的顺利进行。另外,关 于环境保护的问题, 学生在课下进行探究实验时不能破坏环境, 教师和学生要具有保护环境的意 识。 总之,教师要明确初中生物学教学中常规的实验种类和类型,进而在制订学习计划时,做到 明确实验目的,从而充分落实我们的实验教学。

专题三

实验教学的设计

本话题从三个方面阐述实验教学的设计问题:实验设计的原则,定量实验教学的设计,实验 仪器的选择和制取。 1.实验设计的基本原则 实验教学设计首先应遵循实验设计的基本原则: 科学性原则、 平行重复原则和单因子变量原 则。 (1)科学性原则。对于实验设计的基本原则,教师首先需要明确的是关于科学性的问题。 科学性的问题不仅与实验密切相关, 它还涉及到整个科学研究的过程。 科学性问题是一个首要问 题,只有在保证科学性的前提下,我们才能实施实验,以及进行具体的操作和设计。科学性的问 题包括实验设计本身方法的科学性和取材的科学性,以及实验结果处理的科学性等多个方面。 我们在实验中经常会遇到关于取材的科学性问题, 它需要教师在课前进行一些实验, 以保证 材料的可行,进而能够得到相应的结果。对于方法的科学性,举例如下。在模拟实验中,例如模 拟生男生女,我们应用黑白棋子分别进行关于 XY 和 XX 的搭配,以此得到性别结果。在这个模拟 的过程中,比如第一次任意取出两颗白色棋子,在取出这两颗棋子以后我们得到结果,为了保证 实验的随机性和概率,我们还要把这两个棋子放回到原来的口袋中,再进行下一次的抓取,这就 是关于方法的科学性。 实验结果处理的科学性也是我们在实验教学中经常遇到的问题,尤其对于一些定量化的实 验。例如关于光对鼠妇生活的影响,我们准备 20 只鼠妇来进行研究,我们将鼠妇置于黑暗与光 照的中间分界线上,经过一段时间以后,观察它们在两种环境中的分配数量。如果黑暗的环境中 存在 12 只鼠妇,光照的环境中存在 8 只,我们这时就不应轻易论断鼠妇喜黑暗的环境。对于数 据的处理,我们不能通过多和少的简单对比来得到结论,我们需要明确如何来处理这些数据,思 考这些数据是否具有统计意义,以及是否存在显著性的差异。
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(2)关于平行重复的原则。实验在设计过程中,要经过对照,同时要保证随机性,平行重 复是我们进行实验设计和实验教学的一个基本的原则。 我们在初中实验中经常涉及到平行重复的原则, 例如在早春时, 教师让学生采摘不同的枝条, 验证哪一种扦插方法能够成活,从而进行培植。学生摘取的枝条多种多样,有的枝条生根的时间 快,有的枝条生根的时间慢,不同的枝条通过扦插的方法都能生根。但我们不能以一根枝条的情 况来说明问题,因为这个过程中存在偶然性。所以我们在设计实施平行重复的实验时,要遵循相 应的平行重复的原则。 对于平行重复的原则问题,学生还要明确实验的对象,明确重复量的多少。教师在进行实验 时,应该给学生提供关于这个方面的指导。例如关于小动物的饲养,学生在对小动物进行生理过 程的研究时,教师需要给学生提供一定的重复量的指标。对于平行重复的原则,学生在进行具体 实施和设计实验时,可能会存在各种不同的理解。例如,教师让学生设计一个关于药物有效性的 实验,然而病人的数量特别大,因此学生在研究的过程中很难来实施。这种重复在设计的原理方 面可以存在,但不具备实际操作的可行性。学生无法找到相当数量的病人,而且某种遗传病的存 在数量特别的少。因此在实验设计的角度方面,教师要让学生具备这种通识性,即平行重复的思 想原则,还要让学生考虑到不同方面的问题。又如对于植物的实验和动物的实验,样本的大小和 平行的次数就可能不同。另外,教师还要考虑到时间和周期性的问题,这些都会影响到平行和重 复的数量。 (3)关于单因子变量原则。在初中阶段,很多实验都涉及到单因子变量原则。例如关于环 境因素对种子萌发影响的探究实验,很多教师都把相应的种子数量、湿度和空气的养分、氧气的 量等其他因素控制在一定的条件下,进而只根据温度的不同来观察环境因素对种子萌发的影响。 但是在初中阶段, 学生的理解水平不高, 教师有时很难控制氧气的因素, 比如抽真空方法的使用, 以及涉及到的湿度问题,在这种情况下如果变量不是唯一的,那么我们在分析问题时,就会影响 到最后得出的结论。 各个因素紧密相连, 一个因素的变化可能会引起其他因素的改变。 由此可见, 单因子变量原则所涉及到的操作具有一定的难度。 此外,单因子变量原则所涉及到的创意具有一定的挑战性。例如关于植物得失水分的实验, 实验中我们会应用到萝卜条和萝卜块,它们的浓度梯度不同。除此之外,不同萝卜条的大小、质 量和湿度具有一定的差异。 我们如何获得规格一样的实验材料, 来保证实验结果的精确性呢?有 些学校通过使用打孔器,来获得规格一样的萝卜条。单因子变量原则非常重要,在操作层面上, 值得师生进行深入分析。这就需要我们在实验教学的设计上,进行深入思考。 除此之外,我们还要遵循一些其他的原则。例如关于低成本、高效率的原则,尤其体现在实 验材料和仪器的选用方面。另外在设计实验的过程中,我们既要重视可能呈现的结果,又要重视
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实验过程中可能暴露的问题。当然我们在做实验时,还要强化环境意识和低碳原则。最后,在设 计实验的过程中, 我们提倡探究式的教学方法, 但并不是一定要采用这种方法, 我们要找到最佳、 最有效的方法,进而运用到实验教学的设计中。 2.关于定量实验教学的设计 在设计学生实验时, 教师要意识到定量实验和定性实验是两个完全不同层次的实验。 在初中 阶段,绝大部分实验是定性实验,但是在实验研究价值的方面,定量实验更有价值。因此教师在 设计实验时, 应该呈现出一些能够量化的操作, 例如部分地区的学校所进行的一些实验特别注重 量化,对于萝卜条吸水,有些实验涉及到硬度的方面,不仅仅通过语言来进行描述,已经呈现出 量化的思想,使之定量化,进而分出层次。 教师在设计实验时,应该进一步明确量化思想的重要性。生物学科属于科学的范畴之内,科 学首推实验,科学的另外一个基石便是数学。如果涉及到的实验能够量化,在学生可以接受的情 况下, 教师有必要对其进行量化。 此外, 教师在进行单因子变量实验时, 一定要注意对照的问题, 明确如何来判定对照组和实验组,以及如何来设计对照组。这是教师在进行实验教学设计时,一 定要特别重视的方面。 3.选择和自制实验仪器 由于地区差异的存在, 一些地区的学校不能完全具备教材上所呈现的材料和实验仪器。 在进 行实验设计时, 教师可以根据自己地区的特殊环境选择适宜的实验材料, 或者自制一些实验仪器, 来弥补在实验教学中硬件设备和实验仪器方面的不足。 教师可以改装和设计一些实验仪器, 以利 于实验教学的开展。 例如一些学校不具备教材上呈现的关于收集氧气装置的仪器, 教师可以带领 学生一起进行制作。我们可以将喝过的可乐瓶子剪去一半,使之相当于底下的烧杯,然后将可乐 瓶子的上半部分作为倒扣的漏斗, 进而继续模拟教材上的仪器, 在瓶嘴的部分扣上棒冰的软包装, 最后就地取材, 搜集一些水藻, 至此完成制作, 我们可以用这个自制装置进行氧气的收集。 总之, 教师可以改造和组装一些实验装置,力所能及地开展实验活动。 此外, 教师可以根据学生情况和授课内容, 进行一些演示实验。 例如教师在课堂上带领学生, 进行关于酵母菌发酵产生二氧化碳的实验, 然后来验证二氧化碳气体的产生。 又如一位教师自己 设计出一个实验装置,管中的血液一个连通氧气,一个连通二氧化碳。通过这个装置,学生明显 看到在含氧量较多的情况下血液的颜色, 以及含二氧化碳较多的情况下血液的颜色。 教师可以根 据教学内容来增加演示实验,以利于学生对相关知识的理解。 教师还可以充分利用一些所在学校的资源。 例如北京 101 中学位于圆明园的区域, 圆明园的 所在区域存在丰富的植被资源,教师可以充分利用这些资源,进行相关实验的教学活动。又如对 于研究食物消化的实验,需要应用到蛋白酶、脂肪酶等制剂,而纯正的酶制剂非常昂贵,我们可
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以选取多酶片,即治疗消化不良的药物,来进行代替,不仅购买方便,而且比较便宜。 总之,教师在设计实验教学时,首先需要明确应该注意的问题,同时要让学生明白实验的目 的,以及相应的实验原理。第二,教师要注意选取简单易行的实验方法。第三,教师在实验的设 计过程中,要注意相关实验的安全教育。最后,生物学作为一个讲究实证的学科,教师应该采取 相应的实验手段。例如,关于绿色植物光合放氧的实验,因为放氧的速度比较慢,有些教师可能 会借鉴化学的方法来制氧,这种做法是否合适,值得广大教师做出进一步的思考。

专题四

实验教学的基本策略、组织及实施

在这个话题里,我们主要讨论以下两项内容:第一,实验教学的基本策略;第二,实验教学 的组织与实施。 1.实验教学的基本策略 生物学实验教学的基本策略主要有先讲解后实验、边讲解边实验、边示范边实验、边实验边 指导等策略以及混合使用的随机应变策略,我们分别来探讨。 (1) “先讲解后实验”策略。教师的启发讲解主要聚焦在以下几个方面:①引导和指导学生 正确理解实验目标; ②启迪和辅导学生按照规范操作要求把握实验要领; ③提示和引导学生进行 定向观察和有序操作;④适时、随机纠正学生的操作错误和解答学生的疑问;⑤引导学生根据实 验事实和现象进行科学总结概括。 教师在上课的时候,到底应该使用哪种策略,这要根据具体情况进行具体操作。可依据教师 自身的习惯、学生的情况或教学内容来定。对一些比较繁杂的内容,老师在上面讲,学生在下面 可能跟不上,这时就适合先讲解后实验。使用哪种实验策略,也和老师驾驭课堂的能力有关。我 们知道,在生物实验室里上课难度比较大,除了实验结果能不能很好地顺利地出现,还有一个难 度就是课堂组织教学,初一的学生有一些习惯还没有养成,到了实验室,还需要老师费很大的精 力来维持课堂纪律,这时可能先讲解后实验更有利。 教师选择的实验策略和实验的性质也有一定的关系, 比如验证性实验, 验证绿叶在光下合成 淀粉, 难度不是很大, 教师可以给学生先讲解清楚, 然后再让学生进行操作。 学生在操作的时候, 也能够比较容易地按照老师的讲解去做。 (2)“边讲解边实验”策略。适用条件是:安全系数较大的实验,课堂纪律较好,老师驾驭 课堂能力较强;尤其对实验难度不大,但内容较生僻又较分散的实验。 比如,给初一的学生第一次上实验课,上显微镜这一课的时候,学生很好奇,尤其是男同学 按捺不住心中的激动,老师在上面讲,他们可能在下面鼓捣显微镜。在这种情况下,如果老师先 讲解后实验,对学生来说可能是一种煎熬,对整个实验教学的课堂组织,可能也不利。这时可以
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用边讲解边实验的办法,因为显微镜比较安全,没有太大的危险,可以放心地让孩子们接触。 (3) “边示范边实验”策略。能为学生提供视觉形象和模仿的模板,对学生实验操作的规范 化,以及形成严谨的学风和良好的实验态度都有较大的影响。因此演示或示范必须做到:①操作 规范、准确无误,动作协调、快慢适中;②操作力求严谨,尽量与教材内容一致,若是创新之处, 需要加以说明;③要照顾到所有学生的观察;④配以简单的语言、和蔼可亲的语气、和谐轻松的 氛围;⑤保持演示台面的整洁干净。 对于另一些操作比较困难、对技术要求高的实验,比如临时装片的制作,它的步骤就比较繁 琐,要求准确度相对来说也高一些,这就需要老师给学生一定的示范,带着学生去做。当然这个 示范也是有具体要求的,因为载玻片、盖玻片、镊子等器材都很小,如果老师只是单纯地现场动 手去演示,去示范,可能效果不是特别好,需要走到学生中间进一步去做细微的示范。或者为了 保证课堂效率,老师提前做好录像,把动作比较小的操作放大,通过视频的形式让学生观看老师 是怎样一步步进行操作的,像这样的教学内容,用先示范再操作或边示范边实验的策略比较好。 再比如讲到观察种子的结构,如何去解剖种子,分成各个不同的部分,便于我们去观察,比 如观察菜豆的种子,怎么去切开,包括观察玉米的籽粒,如何纵向剖开和横向剖开,这都可以给 学生做一些简单的示范,有些老师可能会用一张大图告诉学生什么叫纵切,什么叫横切。这就需 要用边示范边实验的策略。 (4) “边实验边指导” 策略。 教师着重对学生在实验的中期、 后期遇到的问题或出错的环节, 进行针对性比较强的指导。前期的讲解已经很到位了,但在实验的过程中,学生又遇到了新的问 题,这时就需要老师在实验的过程中进行适时的指导。这种教学策略适用于难度系数较小、安全 系数较大的实验, 以及学生组织纪律较差, 组织教学困难, 但学生对生物学实验兴趣较浓的班级。 (5) “随机应变”策略。是将以上几种策略交叉在一起使用,或随着学生在实验中的状态变 化,实验完成的情况等,而分别采用的不同策略的变通。 总之,尽管在实验教学中设计了许多实验教学策略,但在具体的实施中,学生的个体差异和 教师的教学风格以及实验教学环境等,也会对教学策略的选择产生影响。 虽说不同的教学策略,都能达到教学的某个目标,但不同的学校、班级或教师,使用同一种 教学策略,其效果肯定是不同的,所以,在教学策略的选择中,我们要充分考虑学生的个体差异 和教师的教学风格,选择那些更适应学生接受知识的教学策略,形成自己的教学风格。 2.实验教学的组织与实施 上面我们提到, 很多因素决定了我们选择哪一种最佳的教学策略。 除了决定实验教学的策略 外,在具体的实施过程中,还必须明确实验前的一些准备、实验中要注意的一些事项以及实验后 的一些相关措施。这些都属于教学组织和实施方面,对此,我们应该切实注意以下各个方面。
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(1)实验教学的组织应该注意的地方 ①实验前的准备,包括实验小组的建立,实验安全教育、实验材料准备、完成预实验和培训 学生。 实验教学和理论教学有一些不一样的地方,它对于实验的一些最基本的操作、材料的选择, 包括一些实验的效果,都要作一个预先的探讨。所以我们在实验教学之前,需要考虑到实验材料 的问题,要做预实验。首先我们对实验要有一个整体的计划,什么时候该做什么,列出一个详细 的计划,按照这个计划去准备材料,去摸索实验条件。有的老师可能觉得已经做过很多遍了,就 不用做预实验了,但有的时候这个材料不是当初你选的材料,它生长的环境不一样,可能会影响 到它的一些生理条件,效果就会不太一样。我在教学当中也遇到过这种问题,就是教初中生用天 竺葵来做绿叶在光下合成淀粉这个实验,一切按照书上的要求去做,但是结果却是,用碘液处理 了以后,用清水清洗,它却没有变完,当时我很惊讶。因为我们的预实验还是按照要求很严格去 操作的, 但是为什么会出现这样的结果?我们当时就觉得很困惑, 又做一次, 结果还是没有变完。 后来我们就分析这个问题,可能最主要的原因在于材料本身,虽然选的同样是天竺葵,因为当时 做这个实验的时候是在南方,在长沙做的,和我们在北京的环境条件不一样。可能天气也有一些 影响,包括有的时候,甚至有一些品种的因素,都可能影响到实验的结果,使得它产生的淀粉类 型不一样,所以导致它没有变完。这就是说,我们的预实验还是非常有必要的,不能说我以前很 有教学经验, 这个实验做了很多遍了, 就可以不做预实验了, 但是换个环境, 或者同样一个材料, 你可能选的部位不一样,有时候结果都会不一样。刚才说天竺葵的品种可能是不一样的,那它是 不是合成有机物的品种也不一样呢?有可能是, 我们鉴定的这种方法, 加碘, 这只是鉴定淀粉的, 那也有可能是单糖,它有的时候是直链淀粉,有的时候是支链淀粉,这两种淀粉,它的变色情况 是不一样的。所以在这些方面,老师在设计实验的过程中,有可能面对一个新的材料,如果按照 老套的检测的方式,如果达不到效果的话,那么应该作进一步的探究分析。 做预实验的时候, 还应注意哪些问题呢?在实验的过程中, 我们希望让学生学会和其他人进 行合作,那么小组的分配也是非常重要的,是需要我们去考虑的。一般来讲,可能更多的学校是 按学号走的,在实验室里面按学号一排就下去了,但按学号走就可能会出现扎堆的情况,可能有 一些学习程度不是很好的孩子扎在一起,要避免这种情况。 ②课前的交代。向学生明确提出实验课的要求,交代实验规则和熟悉实验环境。注意培养学 生实验中良好的自我管理能力。 ③在学生动手操作之前,一定要使全班学生都了解实验方法和步骤。教师要创设问题情景, 营造良好的实验环境,使学生能将实验内容与理论学习内容有机结合。 ④加强实验小组的建设与分工管理。对一些难度比较大的实验,我觉得培养老师的小助手,
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就是培养一些学生来协助老师完成实验,是很有必要的。像有的预实验,完全可以中午带学生一 起做, 这样不仅可以让学生有更多的机会接触实验, 可能在课上的时候, 老师在介绍实验的时候, 就不用自己来介绍,让底下助手来做就可以了。小助手培养好了以后,对于全班的实验结果的提 升都有好处, 毕竟老师去指导, 和好多同学帮着你去指导, 效果肯定是不一样的。 小助手的培养, 其实对老师所带的几个班学生的整体提高也是有好处的。 榜样的作用是无穷的, 他一看见同班的 同学能够做得这么好,其实对他也是一个激励。所以这种方式,一方面可以减少老师在课上照顾 不到的地方,另一方面,同伴之间的激励作用也能达到一个学习的最佳效果。 怎么照顾到每一位同学,也是我们老师需要考虑的。可以通过一定的方式,考虑到孩子的参 与机会。在分组的时候,每个组员之间,分工一定要明确,让谁都有事儿干,那么每个人就有一 定的责任感。在做这个实验的过程中,让我们全体同学都要动起来,不能有死角。比如说今天是 第一小组的同学来演示,下次再有这种类似的演示活动,可以让第二个小组的同学来演示,大家 可以轮流上,不一定非得扎堆。一节课给每一个同学机会,可能有的时候比较困难,但我们在实 际操作的时候,一定要灵活地去应变,就是考虑到学生,给他一个机会,让他感受这个过程,真 正能刺激他,让他有兴趣,一定让他参与进来,而且参与得有深度。让学生有成功感,对他将来 拥有工作的热情也是很重要的。 ⑤加强实验的检查和评定。有的时候,由于时间的关系,比如说这节课实验量比较大,学生 做完实验就不容易了,匆匆忙忙就走了,欠缺了一个收尾,如怎么把实验台归位,怎么布置实验 后的作业,也很重要。有很多实验报告册形同虚设,在加强实验的检查和评定方面,老师们应该 下更多的力气。有时候,一节实验课紧紧张张结束了,有的孩子可能没做完实验就下课了,还得 用课间来做实验, 然后老师顾及不上实验的检查和评定。 但是这一环节对于学生提高实验操作技 能是非常必要的,所以我们老师要养成良好的习惯。 (2)实验设计的具体案例分析 案例 1: “显微镜的使用”的实验设计(一课时完成) 有一个老师用了一个 PPT 讲解显微镜的使用, 首先他简要地介绍了一下显微镜在整个生物学 研究中的作用。 他把三种不同的放大倍数的光镜下面的同一种豆蓉细胞图象展示给学生, 让学生 切实体会到了显微镜是一个非常好的工具, 确实是人类在研究生物学上的一个延长了的手臂。 然 后在这个基础上再来介绍显微镜的结构,他把显微镜摆在讲台上,挺高的,让学生来看。但是如 果学生看不清楚,可以看他们座位旁边的显微镜。首先去了解显微镜各部分的结构,这个时候这 位老师不允许学生去动显微镜,只是看。然后在这个基础上,把各个部分的结构搞清楚了以后, 老师做了一项其他的老师做得不多的工作, 就是简要地介绍显微镜有放大作用的光学原理。 实际 上他就简单介绍了一下显微镜的光路问题,他用了一句话是,显微镜上下光路都是通的。
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这个好像看似没有必要,但是想想咱们平常的教学,就会体会到,其实有的时候学生拿显微 镜直接就去看那个目镜, 下面的物镜还没有放到一个正常的位置, 甚至可能遮光器都没有对准就 去看,那么学生就会说这个显微镜坏了,什么也看不见,实际上是学生没有明白显微镜的光路要 处处通这样一个原理。 其实目镜、 通光孔、 遮光器的光圈, 以及物镜之间应该是在一条直线上的, 这种情况下才可能让光路通, 所以这位老师讲的显微镜的光路系统是非常必要的。 因为学生只有 真正地明白了为什么错的时候,他才会去避免错误,而这个光路的解决,恰恰是让学生明白了怎 么才能看到图象。 之后他把整个光路都讲清楚以后,就让学生去动手操作了。在操作的过程中,老师的主要工 作应该是边实验边指导,指导学生的一些操作。在边操作边指导的时候,尤其是在第一次做实验 时规矩一定要立住。如果是课外小组同学在实验室做实验的时候,可以把显微镜的关节翻过来, 学生坐着看,但一般情况下,我们都要求显微镜的关节直着,让学生站起来观察,原因很简单, 因为如果关节转过来以后,很容易翻倒,有危险。对于学生错误的操作,老师要纠正过来,对于 将来学生对显微镜的使用是非常必要的。 因为显微镜实在太重要了, 不管是初中还是高中都在用, 而且对学生来说,这可能是他们在生物学上用到的人手一台的精密仪器。 特别需要提醒的是, 显微镜一定要让学生去操作, 不能因为它特别珍贵, 就不让学生去碰它, 既然学校配置了这样的设备,就要让学生去亲自操作,让学生学会使用显微镜。 案例 2: “植物的光合作用”的实验设计(课上课下结合完成) 以“绿叶在光下合成淀粉”为例,和这个相关的一系列的实验是需要在课下完成的。运用的 材料是天竺葵,大致可以分为以下五步。 第一步:暗处理 取一盆天竺葵,先将其放在黑暗的环境中,静止一昼夜。目的是将其原有的有机物在黑暗的 环境中消耗掉。 第二步:遮光处理 暗处理后,选择一片叶片,用黑纸将其正反两面遮住一部分——形成自身对照。 第三步:隔水加热——去掉叶绿素 第四步:漂洗、滴加碘液 第五步:漂洗、观察结果、讨论 滴上碘液的叶片, 稍等一点时间后, 再用清水涮去叶片上的碘液浮色, 在培养皿中观察现象。 实验结果是:叶片一部分被染成蓝色,一部分是黄褐色——碘液的颜色。 讨论、分析。 绿色植物利用光能提供的能量, 在叶片中的叶绿体内合成了淀粉等有机物, 并且把光能转变
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成化学能,储存在有机体内,这个过程就是人们常说的光合作用。 从以上我们可以看到这个教学设计的基本思路。 课前的准备工作是非常必要的。 就是对天竺 葵进行暗处理,然后以它为基础,在课上进行实验和探究。这样一个完整的过程是课前和课上来 结合完成的, 但不可能让每一个小组的同学甚至每一个同学去拿一盆天竺葵做暗处理。 所以在这 个过程中,大概全班同学需要五六株,甚至十株八株就够了,每个小组派一个代表来做这个暗处 理,或者让兴趣小组的同学来帮着去做处理。可能也有些时候,是教师自己暗处理了,课上只是 告诉学生怎样做,也是可以的。但是从学生学习的角度来讲,应该让他尽可能地自己来体验,自 己来操作。如果老师做了处理,学生会产生疑问,为什么出现的结果和平时不一样,这是教师在 教学设计中要考虑的问题。 还有很重要的一点是课堂上的组织教学, 天竺葵的叶片经过染色之后 变成蓝色了。但看到这个现象并不意味着这节实验课的结束,还要进一步去引导学生思考,为什 么它可以变成蓝色?用别的试剂可以吗?甚至说它的哪一个结构变成了蓝色, 我们可以做一些拓 展, 比如放在显微镜下面看看, 这时的叶片又是什么样的?教师应该尽可能地帮助学生去进一步 地思考问题, 进一步地去挖掘背后的一些道理或生物学的一些原理。 这样才能让学生一步一步去 理解生物学的一些相关概念和知识。 这里还有两个值得学生去思考的问题, 第一个就是在酒精脱色的时候, 当把叶片从纯酒精拿 出来的时候,让学生去观察一下,除了变成黄白色之外,还有什么样的变化?这一点学生特别踊 跃,说它变脆。但它为什么变脆?是因为酒精脱水造成的,所以还要把它回软。其实酒精可以引 起细胞脱水,这对于将来的高中阶段的学习也是非常重要的。还有一个,比如说在选择实验材料 的时候,国外的一个报道说,有的人选用一些合适的叶片,叶片光合作用以后产生的淀粉颗粒特 别细小, 可以到什么程度呢?当把一个照片的底片作为一个黑纸遮光的时候, 它将来显完色以后 可以在叶片上出现一个人的头像的影像。我一直保存着这张照片,但是我一直在寻找这个植物。 其实老师们也见过这样的差别,把黑纸片不剪成方的,剪成圆的或五角星形的,在将来天竺葵的 叶片上,可能会出现不同的图案,这些都可以引起学生很大的兴趣。 另外,在材料的选择上,我们可不可以换一种材料来做?可能有的地方没有天竺葵,得到市 场上去买; 有一些农村的学校甚至没有花卉市场, 怎么办呢?我们可以选一些日常生活当中常见 的植物,探索什么样的材料最合适。北京 101 中学曾经用过圆叶牵牛,据说效果非常好。这个是 随处可以获取的,这样一些生物学材料也是非常好的,不用我们刻意地去市场上购买,这样也实 现了我们实验设计的低成本高效益。特别需要注意的是,在更换材料的时候,我们课前的准备要 做好,包括预实验。 案例 3: “鸡的绕道取食”的实验(课下完成) 我们教材上还有一类实验,是属于课下需要学生完成的,或者是课下的一些实验建议。比方
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说动物的一些行为的观察过程,那么对于这样一些实验,可以有选择地去做,但是不能一个都不 做。其实做这样的实验,我们来设计时,第一次设计实验可能不太成功,我们反思一下,重新设 计,在不断的失败的过程中,找出失败的原因,重新设计可行的实验,最终可能会成功的。这里 有两段鸡绕道取食的录像。鸡绕道取食这种行为的建立,确实需要很长的一段时间。那么这段时 间到底有多长,在没做实验之前,谁都不知道。通过不断地改进这个实验的方式和鸡的选择,那 么最终给大家提供的这个录像实际上是成功的。到底用了多长时间成功?取鸡来养的时间就有 30 多天。在前期的过程中,鸡要适应环境,要适应绳子对它的足的刺激,当然还有一定的饥饿 的承受,不断地来实验,最终实验成功了。这两段录像里,前面一小段里,鸡一直不知所措,后 面的实验是鸡学会绕道取食了,很自如地就获得了食物。 (3)做好实验评价工作。实验教学的评价包括这样两个方面:一是做好对学生实验过程的评 价学案、实验报告、评价表;二是学生对教师演示实验的评价。 我们在这里谈实验的过程,是为了给大家提供一些思路。通过上述的分析和举例说明,教师 们应该对实验教学的设计、组织与实施,有了一个比较清楚的认识。希望教师们能够充分利用学 校现有的资源,积极开展好实验教学,使学生们通过生物学实验,既能很好地学习生物学知识, 又能掌握生物学实验的基本技能。

专题五

实验教学的反思与改进

前面我们谈了与实验教学有关的设计、组织和实施问题,在这里我们来谈一下,在实验教学 中有哪些需要我们进一步提高和改进的地方, 即实验教学的反思和改进, 这是一个很重要的环节。 我们的实验课不是上完就结束了,接下来的反思,对我们教学水平的提高,对我们改进教学的一 些设计,是非常重要的。下面我们就结合具体案例,来简单做一个说明。 1.如何打破学生的预期 一次在中学听课,一位老师上“酒精对水蚤心率的影响”这节实验课。其实这个实验的主要 目的,是让学生知道,过多地摄入酒精对身体是有害的,会影响到我们的心率。基于这样一个前 提安排了这个活动, 学生在做在这个实验的时候, 他是有预期的。 他的预期就是, 酒精浓度越高, 可能心率会越快。所以在实验的过程当中,学生在计数的时候,可能就会按照自己的主观愿望, 增加一些数字。甚至当出现和他预期不太一样的结果时,会去改数字。基于这样一个现象,这个 教师做了一个很好的反思。他在想,到底为什么学生会做出这样一些结果上的改变,为什么主动 去改这个结果?跟学生沟通之后,大概了解到学生的一些想法,就像刚才说的,探讨酒精对人的 影响,知道喝酒会使人出现一些症状,如心跳加快、脸发红等;对于水蚤来讲,他预期水蚤的心 跳也是加快的。所以基于这样的情况,这个教师就好好地反思了自己的教学应如何改进,这个改 进很有意思,也值得我们老师进一步去思考。
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他设计了几种不同的溶液, 一种是酒精, 一种是烟草浸出液, 还有一种是药物, 比如说安定, 他把它们配成溶液,有时候会有咖啡等,不同的溶液,给它贴上标签 ABCD,不告诉他哪个溶液 代表的是什么,让他去探讨对水蚤心率的影响。这样的一个改进,可能在某种程度上,让学生降 低了那种预期的期望值,所以学生就会比较实事求是地去判断。到底哪一个是多少,他会实事求 是地去记录,没有哪个好哪个不好这样的比较。当然在这个过程中,还会有一些其他的问题,有 的老师就谈到,酒精一闻,会有酒味,咖啡也有味,烟草浸出液也有味,只有安定药片是没有味 道的。所以这种情况下,他还要再作进一步的调整,到底我要把它变成什么才可以尽可能减少学 生的主观判断。 这个案例给了老师们一些启示:在我们的教学中,要时时刻刻去做反思,尽可能地把我们实 验教学的价值发挥出来。 2.动物实验应注意的问题 我们在做实验的时候,肯定会用到一些实验动物,那么我们应该怎么去对待,怎么去选材? 这牵涉到动物福利问题。 过去有种认识,能不用动物的就不用动物,能用低等动物的就不用高等动物。如果非要用高 等动物,我们要最大限度地来减少它的痛苦,这个是我们在实验,特别是在一些动物实验中应该 想到的问题。 原来做的小鱼的鱼鳍的功能的实验, 刚开始是剪, 后来就破坏, 到最后用纱布来裹, 确实就注意到了这些。因为有些老师不明白,他总觉得,反正我用的这个实验材料,将来会吃掉 的,比方说观察鲫鱼的鳍。其实这实际上是在培养一种意识,和这个材料将来怎么处理无关,它 实际上是一种我们对待生物学实验的态度。作为一个生物学的老师,应该在这方面指导学生,把 这种观念渗透给学生,让学生建立起一种健康的观念。 我们在教学反思的过程中, 发现有很多的实验实际上是可以进一步去研究和探究的。 有些可 能只停留在书本上说的, 如果我们还有一些其他的想法, 是不是还可以作进一步的探究来补充我 们原有认识的不足? 3.实验材料的替代和改进 适当改造或变换某些实验材料, 使其更能符合学生的接受程度和时间安排。 比如有些地区一 些食料材料很难找,那么我们老师自身有没有一种创新意识,寻找适应我们当时当地的实验材 料?举个例子,冬天的时候,往往在初冬的时候,我们该讲光合作用了,或者说讲光合作用的时 候,正好赶的时间不对,那么有没有很好的材料,是适合那个季节的? 我们这里有一段录像, 北大附中的赵文谨老师正好是在初冬的时候讲光合作用, 他用的实验 材料是一种水生的植物,叫菹草。这个材料非常好,当堂做,用灯光照射,就能够看到非常明显 的效果。把叶片放在试管的底部,然后到一定光上,因为它进行光合作用,产生了氧气,能非常
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清楚地看到氧气从试管的底部往上飘的过程。学生感觉到这个效果是非常好的。 在做实验时,很多时候都需要实验材料的替代。像刚才说的,初冬的时候,北方没有绿叶, 用水生的菹草来做。比如说在讲到扩散作用的时候,现在可以用玻璃纸,但是毕竟它不是生物材 料,后来很多人用过鸡蛋外面的那个膜。实际上,我们原来做实验的时候,用的就是鱼鳔,鱼鳔 也是非常好的,这可以说是实验材料的改进。 4.实验方法的改进 老师在对有些实验做探究的时候,感觉还不到位,可能把一些定性的实验改成定量的实验, 让学生在“量”的变化中了解事物的本质。这个内容改得比较多的,可能就是植物的得失水分, 把一些定性的东西做成定量的。另外,在实验的数据分析方面也有需要改进的地方。可能有些实 验的数据是在课下得到的, 或者就是在课堂上直接得到的, 那么老师如何充分地利用这些数据来 作一些更加深入的探讨,这就是方法的改进、材料的改进。可能有些是课前老师能预设到的,但 是课上的实验数据的分析,实验数据的获得,本身就有些随机性,那么老师就需要有更强的处理 生成性问题的能力。我们尽可能地从不同的方面去思考,当然这个要考虑自己的实际情况、学校 的实际情况和学生的情况。 当然对于实验教学, 可能会出现一些意想不到的问题。 对于出现的 “不 正确”结果或反常现象,不应轻易放弃。因为不论计划多么周密,事实总会有出入。我们应该学 会反思和总结, 并能及时收集相关资料和数据, 为今后能更全面设计好实验方案做好积累和准备。 此外, 教师要学会将每次的实验计划、 过程和现象, 做统一的分析和小结, 在不断积累的过程中, 逐渐形成一套完整的、适合学生操作的实验方案。 这里有一个建议, 就是希望老师们将来在做生物学实验的时候, 能有更多的机会利用坐标纸。 利用坐标纸,可以做很多相应的工作,包括数据的分析,甚至可以来计算。比如说叶片的面积, 像有的实验把叶片拓在坐标纸上,然后来数格,来找它的面积,有点从定性到定量的转变。对于 初中的学生而言,利用坐标纸来开展一些定量的工作,我觉得是很有必要的。 无论是从实验教学的意义上, 还是出于提高生物学教师的综合素质考虑, 生物学实验教学是 生物学教师必不可少的一种非常重要的教学方式,所以我们要为能很好地开展实验教学而努力。 有两本书可能对大家的生物学实验教学有所帮助: 一本是徐作英和王重力老师主编的 《中学 生物学实验教学论》 ,另一本是王永胜老师主编的《生物新课程教学设计与案例》 ,请大家参考。

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