优化高中生物实验教学.docx
《优化高中生物实验教学.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《优化高中生物实验教学.docx（21页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
优化高中生物实验教学
《优化高中生物实验教学，提高教学质量的研究》
课题研究报告
东莞一中课题组王更强2007.9
一、课题提出的背景和理论依据
（一）课题提出的背景
生物学是一门以实验为基础的自然科学，现代生物学的发展尤其依赖于科学实验。
然而从我国教育发展情况看，多年来实验教学都从属于理论教学，实验教学长期以来被视为理论教学的补充，当前仍然受行为主义理论模式的影响，成为“刺激—反应—强化”的单一模式。
实验教学成为我国生物科学教育中最薄弱的环节，是生物教学最需要解决的问题之一。
结合生物学学科特点，利用实验教学培养学生的科学素质将是一个更直接的切入点。
首先，生物学实验能激发学生的学习兴趣，提供学生认知的学习情景，使学生获得生物学知识；其次，生物学实验十分突出科学研究的过程、学习科学研究的方法，通过实验能培养学生的多种能力（以实践能力为基础的实验观察能力、实验操作能力、收集和处理信息的能力，思维能力、初步研究能力和创造能力）；再次，通过实验能培养学生科学研究的观念，养成实事求是的科学态度，初步具有勇于探索、不断创新的精神和合作精神。
生物学实验本身的特点及其在生物学教学中的地位决定了它在生物学教学中的有着举足轻重的重要作用。
当前关于构建高中生物实验教学模式的研究不多，且研究不全面；多数局限于研究实验的改进，而对实验教学资源的开发研究较少，对高中生物实验评价的研究则更少。
2003年3月教育部颁布的《普通高中生物课程标准》倡导以探究为核心的多样化的教学方式，倡导学生在动手和动脑的学习活动中全面达成课程目标，倡导学生对学习内容有深入的理解和思考，以获得高层次的认知能力，对生物实验教学提出了更高的要求。
因此更新教育教学理念，加强并优化高中生物实验教学，提高学生的科学素质，既是全面推进和实施素质教育的要求，更是培养跨世纪人才的需要，培养创造型人才的需要。
（二）理论依据：
本课题主要依据的理论有：
新课程理论、学习心理学理论、教育心理学理论，教育实验理论、中学生物学教学法等。
下面是我们学习和研究较多的两点：
1.建构主义理论
心理学家皮亚杰强调，学习就是关于事物意义的建构，认识是在主客体相互作用中，由主体建构起来的，主体的建构总是以已有的知识结构为基础。
主动参与学习过程是建构主义学习理论的主要特征。
总而言之，学习主要应由自己来负责，但它也离不开一定的情境，脱离了情境的教学不利于学习者对知识的建构，而只有让学习者在真实的情境中，甚至尽可能在自己的实践中获取经验，才能建立新的认知结构，学会知识的应用。
课题组认为：
皮亚杰的建构主义学习理论，主张教师的主要任务是创建合适的情境，激发学习者自己建构知识的积极性，教学中反对一成不变的固定教材，经常用科学的最新发展来检查教学内容，以修正和更新知识，强调学习是在实践中主动的建构，强调检验学习的评价应注重学习过程等观点，因此教师不应该“教教材”，而是要“用教材”，通过优化教材的实验，使高中生物实验教学更具实效性。
2.发现学习理论
1959年，美国著名教育心理学家布鲁纳发表了《教育过程》，提出了应重视科学的知识结构，重视发展学生智力、培养能力的新教育观，并率先倡导“发现法”，锐意改革和创新教学方法。
布鲁纳认为教学中要让学生自己去发现，自己得出答案，学会“如何学习”。
最主要的教学方法是尽可能引导学生自己去发现的方法，通过这种方法加强学生的探究能力是教育过程的核心。
这样，发现法就被作为一种促进学习动机、发展智慧、培养独立探索精神、加强识记能力的最有效的教学方法受到教育界的重视。
课题组认为：
布鲁纳发现学习理论的核心内容是倡导批判性思维和创新性思维，鼓励探究性学习和创新性学习。
因此在优化高中生物实验教学时，教师应掌握生物学科的基本结构；在教与学的方法上提倡发现学习；强调学生掌握学习过程的重要性并充分发挥学生的主体作用。
二、课题研究的内容
本课题旨在如何从实际出发，优化高中生物实验教学，改进实验教学方法和教学手段，提高学生的综合素质，培养学生的多种能力（以实践能力为基础的实验观察能力、实验操作能力、收集和处理信息的能力，思维能力、科学研究的能力和创造能力），为学生将来的发展奠定良好的基础。
它包括以下四个子课题：
1.高中生物实验教学模式及优化策略的研究；
2.高中生物实验教学目标和评价体系的研究；
3.高中生物实验教学资源的开发研究；
4.高考生物实验能力培养的研究。
三、课题的实施过程和方法
在课题确定之后,课题组制定了课题实施方案，创建了课题实施的流程图，把课题为三阶段：
2005年5月～2005年8月为课题起始准备阶段；2005年9月～2006年8为课题实施探索阶段；2006年9月～2007年9月为课题实施攻坚总结阶段。
我们按照以下原则和方法，将课题组成员进行分工协作，并不断修正改进。
（一）课题研究的原则
1．发展性原则。
课题着眼于教师的发展，特别着眼于学生的发展，着眼于学生的未来，努力构建有利于学生发展的教学模式。
2．可行性原则。
制订教学评估指标体系要在保证科学性的前提下，尽可能做到简便易行。
在影响教学评估的诸多因素中，必须突出一些主要的因素，并赋予合理的权重，量化评估标准，这样使参加评估者操作方便，评估的信度也会更高。
3．创新性原则。
整个实验方案注重突出培养学生的创新精神和实践能力，鼓励学生在实验中通过观察、讨论，寻找答案，让学生自主探索，利用网络调阅等功能，开展小组讨论、协商，进一步完善和深化对操作实验的认识。
4．实践性原则。
以教学实践为基础开展课题研究，在教学实践中，有目的地为学生创建实践的最根本途径——实验活动，让教师和学生在活动中去发现、认识、体验、理解和发展。
（二）研究方法
1．文献研究法：
查阅前人有关这方面的研究工作。
2．实验研究法：
采用等组对比法，在高二级中选择四个实验班和四个对照班。
（06年9月在高一增加了四个实验班和四个对照班的对照）
3．调查研究法：
学生学情一项采用该方法。
4．观察比较法：
通过对学生实验过程的全程观察，进行全面评价。
（三）课题人员分工
王更强：
课题研究工作的组织与安排。
研究优化高中生物实验教学模式和优化高中生物实验评价，研究高考实验设计的教学，完成《实验教学的评价量化表》和《高中生物实验教学模式初探》。
陈祥伟：
研究优化高中生物实验教学资源的开发。
参与《高中生物实验能力训练》的编写。
梁应乐：
两个实验班和两个对照班的教学工作。
参与《高中生物实验教学设计》的编写。
胡超：
两个实验班和两个对照班的教学工作。
参与《高中生物实验教学设计》的编写。
王贵娟：
高中生物实验的改进及新课程有关实验要求。
参与《高中生物实验教学设计》的编写。
付春梅：
新课程实验教学的改革探讨。
参与《高中生物实验教学设计》和《高中生物实验能力训练》的编写。
四、研究成果及研究价值
课题开展三年多来，课题组全体老师遵循“在研究状态下工作”的指导思想，围绕课题，老师们认真学习、钻研新课标和新教材，积极学习有关探究性实验教学的理论，明确课题工作要求，提高了实验教学能力，坚持以集体备课小组为中心，认真研究每一个实验教学案例，制定每一个实验的教学目标，制定教学活动计划，进行实验教学设计，探究设计实验的评价方案，熟悉各种实验课的教学类型并体验相应的教学技能，落实实验教学。
实施了“基于方法观传授知识、基于过程观培养能力、基于综合性提高创新意识”的教育理念和以能力培养为核心的实验教学观念。
构建了“一条主线、三个层次”的实验教学体系。
以能力培养为主线，从基本技能训练、综合探究实验和创新设计实验三个层次实施实验教学。
课题组取得了一些令人满意的研究成果：
1．创建高中生物实验教学模式优化教学过程
第一，通过调查了解我国生物实验教学的现状，明确要解决的实验问题。
第二，对高中生物必修教材中的实验根据学生实验目标的不同进行实验分级，将学生参与的实验活动分为3类：
A以实验操作技能训练为主的技能性实验；B以检验已知的事实、概念或原理的真实性为主的验证性实验；C以引导学生通过探究获得新知和接受科学方法训练的探究性实验。
第三，组织教师进行具体的实验教学案例分析（先组织教师进行实验教学设计、再组织学生进行实验对比教学，最后进行实验后的教学反思等），总结验证性实验教学模式和生物探究性实验教学模式，从而构建并创新了高中生物验证性实验和探究性实验的教学模式。
（1）验证性实验教学模式的教学程序、主要特点及优化策略
课题组通过两年的研究总结出验证性实验教学模式的教学程序如下：
图1.验证性实验教学模式的教学程序（三环五步）
从以上教学程序上可以看出验证性实验教学模式的主要特点有：
该实验教学模式的核心是实验操作，目标主要是培养学生观察、实验、思考、操作等技能和科学态度、良好的心理品质等。
强调教师指导实验的环节，应当是“以教为首，以练为主”，其主要特征是：
重视示范，重视模仿，重视过程，重视训练。
在优化验证性实验教学的策略中，首先是优化教师指导学生实验的环节。
在教师指导学生实验的环节，根据教材内容和学生经验水平的不同选择不同的操作方法。
一是通过讲解示范、分步模仿、连贯模仿，直至基本掌握操作要领；二是先让学生初步尝试，再由教师有针对性地讲解示范要领，然后让学生模仿进行第二次尝试，直至基本掌握操作要领。
三是先让学生观看录像、动画操作，后让学生指出操作错误，总结操作要领，最后让学生模仿训练，直至基本掌握操作要领。
如《显微镜的使用》一课，先讲解显微镜的结构和作用，操作显微镜时边讲要点、边做示范，学生边模仿操作。
这样模仿操作完显微镜后，再让学生独自操作一两遍，经过几次这样的训练后，学生就基本上学会使用显微镜了。
具体形式可总结如下：
在优化验证性实验教学的策略中，其次是设计图表式实验学案（见附件），“图表式实验学案”将实验以完整的流程从头到尾地展现给学生，对学生预习实验进行全程指导。
由于学生经历了课前预习、实验操作、实验记录、实验分析和实验报告等系列活动。
这样把学生从被动地、机械地走进实验室操作步骤、观察现象、获得结果转变为自主地主动参与实验，大大调动学生参与实验的积极性。
在优化验证性实验教学的策略中，再次是让教师在学生实验前进行实验的预实验，这样可以研究实验操作的干扰因素，研究实验操作的过失因素，研究实验操作过程中错误结论，研究改进实验的方法。
在优化验证性实验教学的策略中，最后是转换实验模式将验证性实验改成探究性实验。
我们也总结了三种主要的操作方法。
方法1、从实验原理的角度将验证性实验改进设计为探究性实验，教师提出研究的问题→学生设计实验→实验验证→得出结论。
方法2、从实验过程（步骤）的角度将验证性实验改进设计为探究性实验，教师对实验步骤提出建议→学生选择比较实验→分析对比结果→得出结论。
方法3、从允许故意出错的角度将验证性实验改进设计性实验，教师针对教材中某些“不许”、“不能”、“注意”等内容提出质疑→要求学生解释为什么→学生实验→得出结论。
（2）探究性实验教学模式的教学程序、主要特点及优化策略
课题组通过两年的研究总结出探究性实验教学模式的教学程序如下：
图2.探究性实验教学模式的教学程序（三环六步）
从以上教学程序上可以看出探究性实验教学的主要特点有：
该实验教学模式的核心是实验设计（生物实验的思想方法），目标主要是培养学生提出问题、实验设计、创新实验的能力以及培养学生探究、合作的精神等。
强调探究问题的环节，以问题为首，以探究为主，强调探究是对所研究问题的学习，同时也是对探究过程的学习。
其主要特征是：
重视情景，重视设计实验，重视发现新问题，重视评价等。
在优化探究性实验教学的策略中，首先是优化“提出问题”的环节。
探究始于问题，“发现问题比解决问题更重要”，确定一个可通过实验探究解决的问题，提出可检验的假设，既是进行探究性实验的前提，也是进行实验探究的难点。
训练学生运用简化和提炼的策略，对教师提供的背景资料和问题情境进行解读，鼓励学生敢于“异想天开”，教师不要把所有问题事先都给学生设想好，并给出合理的解答，要给学生留下空间和时间去发表自己的见解，收集汇总学生的各种问题，然后训练学生善于运用比较、分析、归纳、概括、重新组合等科学的思维方法来处理各种问题，最终学生就能发现有价值的信息，提炼出很有创意的课题，如“青蛙对温度变化的反应”，“几种单盐溶液对小麦根生长的影响”，“ATP对青蛙心脏收缩的影响”等等。
在优化探究性实验教学的策略中，其次是优化“实验设计”环节。
实验设计能力本质上是一种科学研究能力，设计实验方案其实质就是解决一个实验问题，我们训练学生运用解决问题的模式进行实验设计。
首先建立问题的框架，明确实验设计的重点和关键（正确陈述自变量和因变量的关系，自主设计合理的对照实验，正确描述观察或测量变量的方法，清晰列出重要的步骤和材料，能预测实验结果，能制定观察记录表），抓住实验设计的核心（一是实验条件的控制，二是实验结果的显示方式）找到解决问题的方案。
在设计实验方案的过程中，运用求同法、求异法、剩余法、共变法确定实验的变量和孤立变量；训练学生运用对比的科学方法建立对照实验；精心设计实验步骤第一是“共性处理”、第二是“变量处理”、第三是“显示差异结果”；训练学生运用发展变化的观点，根据实验的实际情况，不断修正改进原来的实验方案；训练学生用辩证的思维方法看待自己的实验，评估实验的局限性。
在优化探究性实验教学的策略中，再次是优化探究方式。
对于教材专设的探究实验课我们一般采用自主探究模式：
提问、假设——实验设计——方案交流——实验操作——讨论总结——延伸拓展——交流评价，如林书娴老师的“探究影响酶活性的条件”一课就是采用了这一模式。
教材中也有不少的实验内容不能在实验室完成如：
光合作用的发现史、酶的发现历程、细胞学说的建立、核酸的发现历程、细胞全能性试验、孟德尔遗传规律、植物生长素的发现历程等等，这类“实验”由于时间空间等条件的限制，无法通过实验室完成，将现代教育技术引入实验教学中，利用先进的网络技术、信息技术等更新教学手段，开展信息化辅助实验教学，应用多媒体进行“思想探究实验”是现在教学改革的一个重要趋势。
“讨论──探究──实验”如付春梅老师的“比较过氧化氢在不同条件下的分解”一课就是采用了这一模式。
问题（探究的方向）——实验（发现）——结论；问题（理论假设）——实验（验证假设）——结论，如“细胞核——系统的控制中心”我们就是使用这种方式。
在优化探究性实验教学的策略中，最后是要优化时间安排。
探究需要较多的时间，在时间安排上我们也有多种方式以满足需要。
（1）完全由课内完成；
（2）课内完成设计、论证——课外观察、记录——课内汇报进行交流；（3）课前完成设计、论证——课内完成核心部分（实验操作）；（4）少数学生（可轮换）课外完成——课内听取汇报、交流评价。
2．创建高中生物实验教学的评价体系
教学评价是教学过程中不可缺少的环节，是教师了解教学过程、调控教学行为、激励学生学习的重要手段。
教学评价对高中生物新课程的实施起着重要的导向和质量监控的作用。
课题组通过研究建立了多元实验考核办法，统筹考核实验过程与实验结果，实验课中将考核贯穿于教学的每一个环节，一方面创建生物教师实验教学量化评价方案，另一方面运用多种评价方法、评价手段和评价工具综合评价学生知识、技能、情感态度和价值观、创新意识和实践能力等，创建了实验教学的多元评价体系。
（1）对任课教师的实验教学量化评价方案
课题组建立了生物课堂教学规范，制订了新课标下的“一堂好课”的标准，形成了具有操作性的、体现实验教学特点的课堂教学评价指标体系；追求课堂教学状态的改善和教学效能的优化，让课堂教学富有成效；引导学生主动参与，使师生、生生有效互动，帮助学生理解知识，获得积极的情感体验，帮助教师改进教学行为、促进专业发展。
东莞一中生物教师实验教学评价量表
讲课人姓名：
年级：
课题名称：
评价项目
评价要点
符合程度
基本
符合
不符合
实验安全
维护能力
能正确使用实验室安全设备
能辨识有毒的动植物及化学物质
事先提示实验进行中可能的危险行为或操作
积极且适当处理学生的危险行为或操作
能妥善处理实验的废弃物
实验规划
准备能力
在实验活动教学前准备器材
充分熟悉教材内容及实验教学程序
运用恰当的材料来规划实验活动教学
制作及准备与实验有关的教学辅助材料
配制、保管实验化学药剂
补充、贮存、维护实验室器材用品
实验组织能力
根据实验的需要、学生人数及特长妥善分组
促使学生积极的进行实验活动
用规则有效的管理学生在实验课的行为
用有效的方法激发学生的学习动机创造良好的学习气氛
运用策略促进实验活动小组的合作学习
有效的掌握实验活动的节奏
及时捕捉学生实验活动中丰富且多样的状况并反馈
指导实验结束后的讨论活动
实验操作能力
掌握实验程序及操作的主要要求
正确且熟练的操作实验器材
完全熟悉实验活动程序
以教具展示介绍、说明实验的程序与器材的操作
解释实验程序的安排意义及器材使用的理由
改进实验程序及器材更有效的进行实验活动
实验设计
研发
根据问题确立假设、设计实验
指导学生个人或小组进行研究
设计实验的课外作业
鼓励学生参加或参观有关的科学性展览活动
拟出教材内实验活动的替代实验活动
实验教学评价
适时有效的评价学生的实验操作能力
评价学生对实验的理论依据与设计原理的了解
评价学生实验结果的合理性
评价学生解释实验结果的正确性及讨论与推论的能力
评价等级
评语
（2）对学生实验学习的量化评价方案
根据学生实验目标的不同，可将学生参与的实验活动分为3类：
a）以实验操作技能训练为主的技能性实验
b）以检验已知的事实、概念或原理的真实性为主的验证性实验
c）以引导学生通过探究获得新知和接受科学方法训练的探索性实验。
另外还有模型制作和课外的研究性学习活动（野外的实地考察，实习活动、参观、调查活动），因此我们对生物实验教学的评价也主要根据不同的实验课型采用不同的方式和评价标准进行评价，以下是总的评价方案和实验探究能力评价量表。
其它有关评价量表（见附件）
表1东莞一中高中生物实验评价类型、评价方式一览表：
评价内容
评价方式
评价工具
各评价内容得分方法
实验技能
新课程教材里的必做实验、期末实验操作考查
实验检核表
日常实验得分×50%+实验操作考查得分×50%
模型制作
要求学生制做一个模型
模型制作评价表
集体展示互评，其他各组对该组评价的平均分数即为该组的得分。
实验探究能力
要求学生书面设计两个探究实验并实施
实验探究评价表
学生两次探究活动得分的平均分。
实践活动
参观活动或调查活动
活动记录表、活动评价表
以参观或调查评价表得分为最终得分
表2东莞一中学生实验探究能力的评价量表
评价项目
评价要点
分值
自评
互评
师评
情感态度
（15分）
1．对实验积极参与，主动提出相关问题与建议
5分
2．与他人分工合作，协同完成任务
5分
3．在探究中有锲而不舍、实事求是的科学精神
5分
提出问题（15分）
4．确定一个可通过实验探究解决的问题
10分
5．提出可检验的假设
5分
实验设计（30分）
6．正确陈述自变量和因变量的关系
自主设计合理的对照实验
10分
7．正确描述观察或测量变量的方法
10分
8．清晰列出重要的实验步骤和实验材料
5分
9．预测实验结果，制定观察记录表
5分
实验实施
（30分）
10．独立完成实验步骤
10分
11．如实记录实验现象和重复收集实验数据
10分
12．根据实验现象和数据归纳结论
10分
交流评价
（实验报告）
（10分）
13．呈现方式科学、有特色
5分
14．能对本次活动及时反思
5分
15．创新加分：
总分
思考与讨论：
a）你在实验过程中遇到什么困难?
你怎样解决?
b）你的设计方案优点是什么?
不足之处是什么?
如何改进?
c）这次实验活动你有何收获?
d）开展这项活动还有什么建议？
3．开发高中生物实验教学的教学资源，拓宽探究实验教学空间
课堂中实施科学探究的时间是有限的，而中学生对科学知识的探索是无止境的。
因此我们十分重视引导学生灵活地应用已有的知识与技能，去解决生活中遇到的一些实际问题，去进行一些新的或较深层次的探索，从而把课堂的探究延伸到课外，拓宽实验教学的空间。
（1）拓展课外探究的形式
实验探究活动、综合实践活动、科技创新活动是我们开展课外探究的三种主要形式。
在具体的实施中，我们有机的将这三种形式的探究活动整合起来，由易到难，由科普到科技；由单学科到跨学科；由局部试验到大面积推广。
通过摸索，我们形成了活动的特色和规律：
高一以探究入门，然后开展综合实践活动、研究性学习活动；高二以科技创新活动为主；高三则以思维探究为主。
让学生得到较全面的学习与锻炼，形成初步的科学探究素养。
我们开展课外探究的流程如下：
学校动员准备→结合学科教学提出课题→组织各活动小组学习、讨论→制定计划实施方案→自行实验研究开展活动→资料收集，调查研究→数据的记录与统计分析→成果的收集，交流展示奖励。
（2）拓展课外探究的内容
课题组结合教学内容选择一些具有较强的可操作性、扩展性的课题，形成系列探究活动，拓展实验教学内容，拓宽教学空间和学生思维能力。
如陈祥伟老师根据近年来磁化水、磁化杯、磁针、磁疗等生物磁学技术已进入人们生活的方方面面，人们越来越关心磁用品的功效和安全。
于是结合高中生物教学内容开发了《磁生物效应》专题研究活动，课题包括的系列探究活动有：
1）“磁化水对插花（或切花）保鲜时间的影响”；
2）“磁化水对对扦插枝条生根的影响”；
3）“磁化水对水果保鲜期限的影响”；
4）“磁化水对蝌蚪生长发育的影响”；
5）“磁化水对金鱼生长发育及生命力的影响”；
6）“磁化水对绿豆萌发和生长的影响”；
7）“磁化水及自来水灌溉草坪的比较”；
8）“磁化水在无土栽培中的应用研究（系列）”……
此外，我们还开展了“校园生态绿化方案设计”、“校园植物资源调查”等设计调查活动，通过这些活动学生不仅掌握了实验操作的技能，还体会了科学探究的过程，明确了科学探究的方法、本质和技能。
如罗桂娇同学说：
“《东莞市高血压发病率调查》这一课题来自于我的兴趣，通过开展研究，我收集资料、处理信息的能力和论文写作能力都得到锻炼和提高。
这次研究的完成，离不开小组成员的分工合作，这种体验是从书本上无法获得的。
”不少同学通过研究还向各级政府部门提出了自己的建议和看法，如在完成《利用指示植物检测东莞乡镇大气污染情况》研究后，黎庆军同学提出：
“汽车排放的废气主要有一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和碳氢化合物等，这些物质危害性很大。
要减少汽车废气污染，关键在于改进发动机设计，从而提高汽油燃烧质量。
”
在此基础上修改、加工、完善、形成了具有我校特色、适合我校开展实验教学的《高中生物实验教学设计》校本教材。
4．提高了学生的生物实验能力、综合能力和创新能力
“一条主线、三个层次”高中生物实验教学体系的建立，让学生拥有科学探究的经历和体验科学研究的过程，促使学生在实验课程的学习中由被动接受向主动求
升级会员 