學(xué)生實驗探究能力的培養(yǎng)與評價

1、學(xué)生“實驗探究能力”的培養(yǎng)與評價摘 要 從“提出問題能力的引導(dǎo)策略” “方案設(shè)計與 實施能力的評價策略” 和“收集和展示數(shù)據(jù)能力的方法策略” 等方面，對學(xué)生的實驗探究能力進行有效培養(yǎng)和評價。關(guān)鍵詞 實驗探究能力 培養(yǎng)與評價 生物學(xué)教學(xué) 中圖分類號 G633.91 文獻標(biāo)志碼 B 科學(xué)探究是生物學(xué)科的核心素養(yǎng)之一，也是一種學(xué)生學(xué) 習(xí)科學(xué)知識、發(fā)展理性思維、形成科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神的重 要過程和方式。實驗探究是科學(xué)探究素養(yǎng)的重要組成部分， 而實驗探究能力作為關(guān)鍵能力之一，主要由提出問題能力、 作出假設(shè)能力、方案設(shè)計與實施能力、收集展示數(shù)據(jù)能力、 分析解釋結(jié)果能力等組成。不同探究能力的培養(yǎng)其側(cè)重點和

2、策略有所不同，因此，在教學(xué)實踐中，教師要針對學(xué)生不同 探究能力發(fā)展的目標(biāo)，進行有效的培養(yǎng)和評價。1 提出問題能力的引導(dǎo)策略 教師要針對特定的情境并依據(jù)學(xué)生日常生活的經(jīng)驗，提 出有價值的可探究的生物學(xué)問題。 “提出問題”是實驗探究 素養(yǎng)中的重要組成部分，也是學(xué)生順利完成實驗探究的前提 和保證。目前，教師在常規(guī)課堂中對于學(xué)生提出問題能力的 專題訓(xùn)練較少，學(xué)生大都只是依據(jù)自己的直覺提出問題，他們提出的很多問題是無法解決的問題，而且大多學(xué)生都沒有經(jīng)過推理再提出問題的經(jīng)驗，也沒有意識去思考提出的問題是否能夠用實驗來探究和驗證、實驗是否具可操作性等。因此，學(xué)生提出問題的能力需要教師適當(dāng)引導(dǎo)和針對性培養(yǎng)。1

3、.1 重視提出問題的思維過程顯性化 教師可將問題的形成過程進一步顯性化，使學(xué)生了解提 出問題的思維活動過程，激發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并提出問題。案例 1：教師展示韭菜和韭黃的圖片， 并附加文字提示：韭菜和韭黃是同一種生物。教師可以循序漸進地引導(dǎo)學(xué)生提 出以下問題：（ 1） 韭菜和韭黃都是生活中常見的蔬菜，營養(yǎng)成分一 樣嗎？韭菜和韭黃，哪種更有營養(yǎng)？（2） 韭菜和韭黃既然是同一種生物，那么農(nóng)民是怎樣 種出了顏色不同的蔬菜？（ 3） 韭菜和韭黃既然是同一種生物，難道韭菜和韭黃 的細胞結(jié)構(gòu)中成分不一樣嗎？植物細胞的葉綠體含有綠色 的葉綠素，是葉片呈現(xiàn)綠色的主要原因，難道韭黃中不含葉 綠素嗎？（4） 韭菜和韭黃既

4、然是同一種生物，什么原因造成葉 片顏色不一樣呢？根據(jù)農(nóng)民培養(yǎng)韭黃過程，猜測難道葉綠素 形成需要光嗎？問題（ 1）聯(lián)系生活。若想探究營養(yǎng)成分，學(xué)生則要知 道各種成分的鑒定方法，這對于初中生來說實現(xiàn)起來有一定 的難度。對問題（ 2），教師可以引導(dǎo)學(xué)生上網(wǎng)搜索，或到農(nóng) 田里實地觀察其整個發(fā)育過程。但這個問題的外延較大。針 對問題（ 3），教師可以引導(dǎo)學(xué)生徒手制作葉片結(jié)構(gòu)的臨時玻 片，利用顯微鏡觀察。問題（ 4）是一個揭示事物本質(zhì)并能 通過多種植物進行實驗探究的好問題。產(chǎn)生好問題的思維過程：首先，找出兩個事物之間的區(qū) 別；再依據(jù)所找到的區(qū)別，利用學(xué)過的知識進行簡單推理； 進而依據(jù)一定的事實去假設(shè)推理，

5、提出一個能用實驗來研究 的生物學(xué)問題；最后，再用科學(xué)、準(zhǔn)確的語言描述出來。1.2 設(shè)置“認知沖突” ，引導(dǎo)學(xué)生提出問題 認知沖突是指學(xué)生學(xué)習(xí)的新知識與學(xué)生原有的認知結(jié) 構(gòu)無法包容時所產(chǎn)生的矛盾。認知沖突是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主 要動力，能促進學(xué)生提出問 ? 。案例 2：蘇教版七上“探究植物的呼吸作用”實驗中， 在選取植物進行呼吸作用所需的實驗材料環(huán)節(jié)時，筆者為學(xué) 生提供了多種生活中常見的新鮮蔬菜、 水果等， 并提出問題： 哪些材料可以做“探究植物的呼吸作用”的實驗？學(xué)生毫無 遲疑地選擇了“菠菜葉” 。因為在許多學(xué)生的前概念中，植 物的葉片可以進行光合作用，植物的葉片也一定能進行呼吸 作用。學(xué)生不知道

6、甚至不相信植物的其他器官也會進行呼吸 作用。因此，教師想幫助學(xué)生解決這些認知沖突，就要有意 識地引導(dǎo)學(xué)生提出新的探究問題： “植物的不同器官都能進 行呼吸作用嗎？”這個問題是可以通過實驗來探究的、有價 值的生物學(xué)問題，該探究的實驗變量就是植物的不同器官。 教師可以提供等量新鮮的根、莖、葉、花等，以便于學(xué)生進 行對照實驗。1.3 創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生自主提出問題 提供直觀的實驗材料、實驗現(xiàn)象或結(jié)果、生活案例等是 激發(fā)學(xué)生自主提出問題的有效情境。案例 3：“探究植物光合作用的實質(zhì)”實驗中，很多實驗 現(xiàn)象和實驗裝置材料都可以啟發(fā)學(xué)生自主提出問題。上課 時，教師帶一盆綠色植物走進教室，其中該植物的部分葉

7、片 的正反兩面都用透明膠帶遮住。學(xué)生看到后會立即提出許多 問題：（1） 被透明膠遮住的植物葉片還能進行光合作用嗎？（ 2） 植物光合作用需要空氣嗎？（3） 植物光合作用需要二氧化碳嗎？經(jīng)過教師引導(dǎo)和 師生共同分析，確定第三個問題是可探究的好問題。案例 4：在“探究植物的蒸騰作用”這節(jié)課，教師課前 可以為每個小組準(zhǔn)備一個實驗裝置：一棵完整的富貴竹植物 插入裝有稀釋紅墨水的錐形瓶中（這里紅墨水中的紅色色素 代表無機鹽） ，水液面上方滴一層油，錐形瓶上方罩有一個 透明塑料袋。該裝置已放在陽光下幾天，在塑料袋內(nèi)壁已經(jīng)聚集了很多小水珠。課堂上，學(xué)生很快就可根據(jù)所觀察到的 實驗現(xiàn)象提出如下問題：（1） 透

8、明塑料袋內(nèi)壁上的水珠是怎樣產(chǎn)生的？（ 2） 水液面上方為什么滴一層油？（ 3） 促進水分在植物體內(nèi)運輸和離開植物體的這一現(xiàn) 象是光合作用，還是呼吸作用？（ 4） 植物生長需要的無機鹽一般溶解在水中，水離開 植物體時，無機鹽為什么沒有離開植物體（塑料袋上看不到 紅色水珠）？（5）植物蒸騰作用散失水分是通過葉片還是莖？2 方案設(shè)計與實施的評價策略 方案設(shè)計與實施在整個實驗探究過程中起著承前啟后 的重要作用。美國國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)中強調(diào)評價與學(xué)習(xí) 的同等重要性；中國華東師范大學(xué)課程與教學(xué)研究所所長崔 允 ?t 教授認為， 學(xué)會評價比學(xué)會教學(xué)更重要。2.1 常規(guī)評價工具的使用情況比較教師作出良好的教學(xué)決

9、策和學(xué)生作出改進學(xué)習(xí)的評價 都需要準(zhǔn)確、充分的證據(jù)的支持。課堂層面的評價能夠及時 提供相關(guān)信息，滿足持續(xù)的信息需求，有助于保證評價的正 確性和有效性。因此，有效的評價需要借助一定評價工具、 情境或策略，把學(xué)生在學(xué)習(xí)活動中所處的水平以各種方式反 饋出來，即隱性水平顯性化。教師從評價活動中獲得的結(jié)果 用于改進教與學(xué)，體現(xiàn)出一種建設(shè)性的評價觀。目前教學(xué)過 程中常見的評價工具其優(yōu)缺點比較可以給教師提供參考（表 1）。2.2 積極開發(fā)能力評價工具與框架 隨著課程改革的深度推進，關(guān)注發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)， 以學(xué)科關(guān)鍵能力為突破口，重塑教育質(zhì)量觀，對生物學(xué)課程 進行重整， 轉(zhuǎn)變教學(xué)方式和評價方式， 才能實現(xiàn)

10、“立德樹人” 的教育目標(biāo)?？v觀國際科學(xué)教育改革，從 20 世紀(jì) 60 年代開 始，教育界一直在探索實驗探究能力的評價方式，主流的評 價方式包括現(xiàn)場觀察、工作單、紙筆測試等。但在國際上， 更多的評價項目則采用工作單進行科學(xué)探究能力評價。結(jié)合 實踐，針對學(xué)生能力的提升，建立實驗探究能力的評價框架 （圖 1），開發(fā)多種評價工具和學(xué)生表現(xiàn)水平標(biāo)準(zhǔn)等， 是發(fā)展 學(xué)生生物學(xué)科關(guān)鍵能力的有效策略。2.3 方案設(shè)計與實施能力的評價工具開發(fā)方案設(shè)計與實施評價工具的開發(fā)要遵循一定的原則。 科學(xué)性原則：實驗?zāi)康囊鞔_，實驗原理要正確，實驗材料 和操作的選擇要恰當(dāng)； 可操作性原則：設(shè)計實驗時，選 擇的實驗材料簡單易得

11、，裝置簡單、操作簡便，步驟少，實 驗時間比較短； 設(shè)計對照實驗原則：只有設(shè)立了對照實 驗，才能排除無關(guān)因素對實驗結(jié)果的影響，增強實驗結(jié)果的 可信度和說服力； 單一變量原則：確保其他因素（無關(guān) 變量）不變，只改變其中一個實驗因素，觀察這個實驗變量 對實驗結(jié)果的影響； 平行重復(fù)性原則：在同樣的條件下 可以進行重復(fù)實驗。案例 5：“探究人體需要的主要營養(yǎng)物質(zhì)” 的方案設(shè)計與 實施能力的評價工具開發(fā)（表 2）。3 收集和展示數(shù)據(jù)能力的方法策略 在收集和展示數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)，教師主要通過創(chuàng)設(shè)具體的情境 和任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生“觀察、分類、繪制圖表”等技能和方法。 具體策略如下： 讓學(xué)生了解觀察是探索生命奧秘的一種常用

12、的基本 方法。案例 6：活動一：讓學(xué)生觀察思考事物常常需要注意 哪些事項。請學(xué)生在空白方框內(nèi)把思考成果寫出來并在小組 內(nèi)展示?；顒佣航涣骱屯晟朴^察的方法?；顒尤翰シ乓?段蚯蚓生活的 ?頻，讓學(xué)生交流： 怎么觀察？觀察到了什么？ 有什么思考？提出了什么問題？先讓學(xué)生了解分類的基本常識和意義。如把某些特征相似的物體歸類到一起的方法 稱為分類；用分類的方法可以把信息或者事物有序地組織起 來，使相互之間的關(guān)系變得清晰易懂；再讓學(xué)生根據(jù)大小、 形狀、用途和其他一些重要特征來進行分類。案例 7：請學(xué) 生根據(jù)所選擇的一種特征，把 10 朵不同的花分成兩類，然 后再選擇另一種特征，把這些花分成三類或四類繪制圖表。教師要讓學(xué)生明白怎樣才能使科學(xué)實驗得到的數(shù)據(jù) 變得更有價值，就是要對數(shù)據(jù)進行有效整理，以便更好地理 解它們的含義。圖表是一種有用的整理數(shù)據(jù)的工具，并在具 體的案例中學(xué)生能認識數(shù)據(jù)表、柱形圖和折線圖等常見的整 理數(shù)據(jù)的方法。案例 8：有關(guān)新聞報紙上有這樣的信息：某 地區(qū)6月份的總降水量為 4 cm; 7月份為2.5 cm ;八月份為 1.5 c