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乘课改春风普教学新曲
中学生物实验教学的现状分析与改革建议
河南省修武县第一中学王东平邮编:
454350
摘要:
作者通过调查问卷、师生谈话等方式对我校生物实验教学的现状进行了调查,发现教学现状中存在的种种问题和弊端;结合先进科学的教学理论和方法制定出切实可行的实验教学改革实施方案。
在方案具体实施中,采用科学合理的对比实验法,对试验班进行科学的探究性实验教学和开放型实验教学。
通过教学改革,学生的实验操作能力和学习兴趣有了明显提高,生物教学成绩进步较大。
正文:
中学生物实验是生物学教学的组成部分,具有特殊的教学功能,不仅能为学生提供感性知识,而且能激发学生的学习兴趣和求知欲,提高学生的综合素质和能力。
2008年暑期伊始,我省普通高中全面实行新课程标准,开始使用新课程教学。
课程改革的中心问题是创新精神与实践能力的培养。
那么,现行生物实验教学的现状如何?
传统实验教学方法和手段能否适应新课程的要求?
如何使实验教学尽快适应新课程改革,如何培养学生的创新精神和实践能力,值得广大生物学教师探讨。
一、生物实验教学现状分析
作者通过调查发现,现行生物实验教学的总体现状是:
学生动手能力不强、创新意识缺乏,对实验设计、方法、步骤是知其然、不知其所以然。
耐人寻味的是,一些学生对实验结果对答如流,实验操作却不尽如人意,而后者的培养正是实验课应完成的主要任务。
造成以上状况的原因何在?
当然造成这种现状的原因多种多样,如实验室,实验仪器设备,实验材料等硬件设施,但这都不是根本的原因。
我认为,影响实验教学的根本原因是主观因素,包括实验教学观念、教学方式、实验教学的安排、管理和实验教学评价。
(一)实验教学观念落后,不能适应新课程标准的要求
很多教师认为,理论课重要,实验课不重要,实验课只是理论课的补充。
(二)教学方式机械、僵化
(三)实验教学安排、管理不合理
(四)实验教学评价方法单一
1薄弱中学生物实验教学现状
1.1实验与教学不同步
在生物教学中发现,部分生物教师往往把课程讲完以后才安排实验。
教材上规定要开出的分组实验,是与教学内容相联系的,及时把实验做好,有利于学生及时巩固有关知识,能使理论与实践(实验)相结合,对学生来说,是及时的也是必须的。
从教与学的实际需要出发,最好还是保持实验与教学同步进行。
1.2个别实验成功率低
据统计,高中教材中安排的学生分组实验中个别实验成功率低,如叶绿体中色素的提取和分离实验、DNA的粗提和鉴定实验、观察根尖细胞的有丝分裂实验等,导致实验成功率低的原因主要是:
1.2.1师资力量较薄弱
师资力量是保证教学质量的重要因素。
实验教学质量要提高,对教师综合能力的要求相应提高,而教师整天忙于上课,任务繁重,在研究、改进实验方面积
极性不高,这极大地影响了实验教学质量的提高。
1.2.2学生的实验技能较差
部分教师的实验教学是“黑板上做实验,报告册中填实验,课后背实验”,不注重学生实验技能的培养,许多学生做实验是按图索骥,不愿进行实验的改
进与探究。
在对实验教学调查中发现42.7%的学生没做过探究性实验,55.4%的学生没有自行设计过实验,因此,绝大多数学生对于科学研究的方法和步骤知之甚少,实验研究能力较差。
这就要求教师在分组实验过程中,要加以指导、点拨,发现问题及时解决,切不可在自己演示过后,放羊式地让学生去练习。
1.2.3课时安排不够
学校按照课程标准安排课时,但不同学校学生的基础不一样,尤其是薄弱学校学生。
若要使这部分学生按部就班完成一个实验,必须在实验课前安排一节课讲解,但这样课时安排又不够。
为了完成教学任务,不少教师的实验课便流于形式,虽然开设了实验课,但学生并没有掌握该实验。
1.2.4大班额不利于实验技能培养
不少中学高中班级人数多可达70多人,而学校的实验设施配备只能开设l4~l6组,这样每组学生至少有5人,每一组在实验中都有学生是旁观者,并没有参与实验操作,同时,教师在指导过程中工作难度加大,不利于学生实验技能的培养,进而导致实验成功率低。
1.3学校领导重视不够,评价手段不利于实验教学的开展
实验教学是生物学教学的基本形式之一,生物课有许多内容是通过实验来进行的。
有的学校领导对生物实验缺乏正确认识,舍不得在实验设备上进行投入;实验员往往不是相关专业教师,而是由一些非教人员担任,而这些实验员本身缺乏实验操作技能;学校对教师的考核,只注重考试成绩,不注重教学过程,从而导致教师在课堂教学过程中只注重学习结果,这就限制了教师教学潜能的发挥,从而也影响了实验教学的开展。
1.4实验设施跟不上课程改革步伐
目前高中新课程改革已经全面实施,但中学生物实验室仪器设备还没有进行更新,跟不上课程改革的步伐,导致一些实验不能正常开设。
一、问题的提出
1.课程性质的要求
生物学是一门以实验为基础的自然科学。
科学合理地开展实验教学不仅可以使学生巩固生物基础知识,更重要的是能培养学生科学研究方法和创新思维,发展学生的综合能力。
加强生物实验教学改革的重要性可见一斑。
2.新课程标准的要求
新的《生物课程标准》倡导探究性学习,力图改变学生的学习方式,引导学生主动参与、乐于研究、勤于动手和动脑,逐步培养学生搜集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、批判性思维的能力、分析和解决问题的能力,以及交流与合作的能力等,重在培养创新精神和实践能力。
而实现这一基本理念的主要途径就是要大力开展实验教学,普及探究性实验教学。
3.传统实验教学存在着很多问题和弊端
据初步了解和多年实践教学的体会,传统生物实验教学存在着很多问题和弊端。
例如“黑板上讲实验”“,重演示、轻探究”“重结果、轻过程”等不科学教学现象的普遍存在,严重阻碍生物教学改革的进行,更不利于学生创新能力的发展。
因此,加强实验教学改革,剔除传统实验教学中的不科学性和不合理性是非常必要的。
二、课题研究的方法
1.调查统计法:
我们主要采用走访调查和问卷调查方式,向我校高二理科班学生发放调查问卷300余份,针对实验教学现状进行了调查,并对调查问卷进行数据统计分析,撰写中学生物实验教学现状调查报告,为课题研究提供思路和方法。
2.理论论证法:
为确保课题研究的顺利开展,和保证研究方向的正确性。
我们多次到学校图书馆和利用电脑查阅资料,寻找大量关于生物实验教学方面的科学理论和教学方法,运用科学理论去论证试验研究。
3.对比实验法:
这是我们进行本课题研究的最重要的方法。
我们计划以我校高二理科的10个班为研究对象,其中1—5班为实验教学改革试验班(简称:
试验班),6—10班为传统实验教学班(简称:
对照班)。
实验开始对10个班学生的实验基础知识、实验课兴趣性、操作技能作调查。
实验完成后,再对10个班学生生物学知识掌握情况和实验操作能力进行考核。
最后对实验前后学生的生物知识和探究实验能力进行对比分析。
三、课题研究方案的设计
依据课题研究的需要,我们确立了课题研究的理论依据,制定了课题研究的策略程序,撰写了与课题研究相关的中学生物实验教学改革实施方案(见附件三)和具体的实验教案10余例(见附件六),研制了实验教学的考核评价方案,规划制订了课题实施过程四个阶段的方案。
第一阶段是在教师具体组织指导下,学生通过个体或学习小组的探究实验过程,不断感悟、内化探究实验实际思想和操作程序,初步掌握探究实验设计和操作的一般方法。
在此过程中,教师要对学生探究实验能力的发展状况进行评估总结,为确定后续探究实验的起点提供理论依据。
第二阶段是在教师一般性探究实验策略程序的指导下,学生通过学习小组或个体的主动探究过程,逐步尝试探究实验个环节的设计,并进行探究实验的规范操作;经过反思总结,进一步完善自主科学探究能力。
在此过程中,教师要完成学生探究实验能力发展的测量并进行总结,为学生自主探究实验的开展提供理论依据。
第三阶段是在教师的组织管理下,学生运用已形成的自主科学探究的策略程序,以个体或小组的方式进行自主选择命题探究。
在此过程中,教师只需要作好服务和引导,并完成学生探究实验能力水平的测量及课题研究总结。
第四阶段是教师要对实验班和对比班学生在探究试验能力和生物综合能力的评价分析,总结得出开展实验教学改革取得的效果以及可能存在的问题。
四、课题研究方案的实施
1.组织问卷调查
了解当前生物实验教学的真实现状,分析查找传统实验教学中存在的问题和弊端,为确定改革实施方案提供依据;了解研究对象学生的实验能力基础,为进行对比实验作基础。
2.实施课题实验
在问卷调查的基础上,我们决定按人教版教科书的教材顺序,将基本技能实验、观察实验和探究实验同时进行研究,分类总结。
以下为其中8个探究实验的具体实验过程(在探究实验的研究过程中,我们对基本技能实验和观察实验做了平行性研究)。
(1)在教师具体示范指导下的学生探究实验。
课题研究第一阶段的探究实验,包括“比较过氧化氢酶和Fe的催化效率”“温度对酶活性的影响”2个案例。
在第一阶段刚开始时,学生对探究实验的内涵十分陌生,基本上不理解探究的含义,探究意识和探究水平都是较低的。
鉴于此,我们从学生的生活经验入手,对学生进行探究性实验的基本功培训,让学生明白探究性实验的目的、意义和方法,激发学生的探究意识;从教师具体示范和指导学生进行探究实验过程开始,让学生初步产生成功的探究实验体验,以激发学生对探究实验的兴趣。
通过“比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率”“温度对酶活性的影响”2个探究实验,学生基本上能初步感悟到探究过程中的若干重要步骤,并能够初步总结出一部分探究实验的方法。
他们基本明白了探究实验到底是怎么一回事,对探究实验产生了比较浓厚的兴趣。
后来我们又经过指导学生对教材上有关探究实验的理论进行系统学习,使学生对探究实验有了比较全面的认识,明显地增强了他们的问题意识。
之后在做“pH值对酶活性的影响”探究实验过程中,学生的探究意识和探究水平都明显高于前两个探究实验,而且还能自主选择一些实验器材。
但学生此时毕竟还是处在探究实验能力发展的初始阶段,多数学生还只能完成探究实验的部分环节;学生必须在教师的具体指导和示范下,才能规范地完成探究实验步骤;学生利用学科理论来论证实验假设的能力还显得比较薄弱。
在第一阶段探究实验结束之后,我们组织学生围绕探究实验的基本环节并结合自己在探究实验中的具体情况进行了讨论和交流。
在此过程中,学生基本上能针对探究实验的基本环节客观地总结自己在探究实验中的得失,许多学生还提出了针对性的改进意见。
通过总结交流,学生们从宏观上初步内化了探究实验的设计思路和一般操作方法。
(2)在探究实验策略程序指导下的探究实验。
课题研究第二阶段的探究实验包括“探究生长素对植物生长的影响”“探究温度与酵母菌无氧呼吸的关系”2个案例。
在此过程中,教师依据学生已经具备的探究实验能力,逐步减少了对学生的具体指导,增大了他们自主探究的空间。
具体的研究思路是:
教师向学生推荐一些实验器材,由学生根据实验原理及已有的探究实验经验和理论知识,经过小组讨论,选择出需要的器材,设计并实施实验方案,同时根据记录的数据或现象得出结论,最后对探究实验的设计和实施过程进行总结。
从实验过程看,学生经过讨论交流并在教师的指导下,逐步掌握了探究实验方案的设计方法及操作要领。
在进行上述两个案例的实验中,学生能较准确地对实验结果进行预期,能根据实验现象得出实验结论,并初步学会了对照组实验以及实验记录表的设计;明确了实验方案的设计与变量控制的关系,弄清了对照实验的设计实际上就是根据单一实验变量的控制原则来进行的;明确了设计实验记录表的关键是表头的设计,掌握了设计实验记录表的本质是实验研究对象及实验研究对象在实验过程中指标变化的关系。
从课题研究第二阶段的整个过程看,学生逐步形成了预期探究实验结果、设计控制实验变量、设计探究实验记录表、依据实验现象得出实验结论等方面的能力。
他们不仅能运用科学探究的一般方法完成对探究实验方案的设计和实施,而且还能把具体的探究实验程序同一般性的自主科学探究的策略进行有机地整合。
在第二阶段探究实验结束之后,我们组织学生围绕观察现象提出问题、设计对照组实验、设计实验记录表、预期可能的实验结果及其对预期结果的说理论证、根据实验现象得出实验结论、实验操作要领等问题,并结合学生自己在探究实验中的具体情况进行了讨论、总结和交流。
在此过程中,学生们能客观地总结自己在探究实验诸环节的设计和操作中的得失及改进意见。
通过总结交流学生们内化了探究实验的策略程序,提高了独立探究实际问题的能力。
(3)在教师组织管理下学生独立的探究实验。
课题研究第三阶段的探究实验包括“分析胰岛素与血糖平衡的关系”“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用”和“探究烟草进出液的致癌作用”(补充)3个探究案例。
在此过程中,教师组织学生运用已经形成的探究实验的策略程序,以个体的形式进行命题探究或进行自主命题探究。
从实验过程看,学生对探究实验的策略程序理解得非常透彻,且具有较强的应用能力。
他们在生活中不仅发现了许多值得研究的问题,而且在对问题进行合理的筛选之后自主确立了探究主题。
在自主探究实验方案的设计过程中,学生能对所研究的问题提出合理的假设并加以论证;能根据假设准确地设计对照组实验和实验记录表。
在实施自主探究实验方案的过程中,他们能根据实验变量的控制方法来选择实验材料和实验仪器;能规范地实施实验的操作过程并做好实验现象的记录;能依据实验的操作过程并做好实验现象的记录;能依据实验现象得出实验结论并予以解释。
在第三阶段探究实验结束之后,我们组织学生围绕自己在探究实验中能力发展的过程进行了总结和交流。
学生们展示了自己撰写的8个探究实验课题的实验报告和对应的总结评价、3个阶段的总结评价、1个结题总结评价。
通过三个阶段探究实验的试验训练,我们可以清晰地看到试验班学生探究实验的能力发生了可喜的变化:
由原来对探究实验非常陌生→能在教师指导下尝试完成某些探究环节→尝试整个探究实验过程;由教师具体示范、指导的学生探究实验→仅需教师部分指导的学生探究实验→学生独立进行的探究实验;由教师对给定问题的探究实验→发展为自主选择问题的探究实验。
3.课题实验结果与分析
课题实验进行的每个阶段,我们课题组及时对试验班和对照班的学生进行了考核评价,评价结果如下:
(1)课题实验直接效度的测量结果。
在课题研究过程中,我们依据6个探究实验评价指标,在每个阶段对学生探究实验能力发展的效度进行了13次测量。
由于文章篇幅所限,我们仅节选了课题研究3个阶段各自最后的一个探究实验效度的测量数据,见表1。
表1试验班与对照班探究实验能力对比表
班级
实验阶段
能完成整个探究实验的人数(%)
能提出问题的人数
(%)
能针对问题进行合理假设的人数
(%)
能设计对照组(含实验记录表)的人数(%)
能对实验结果进行预测和说理论证的人数(%)
能主动进行讨论交流,并对实验进行反思的人数(%)
试验班
1
41.2
63.5
51.0
41.0
43.0
47.5
2
95.8
98.2
94.0
88.5
84.5
98.0
3
100
100
100
99.5
98.5
100
对照班
1
38.0
42.6
36.8
37.2
35.8
33.6
2
46.9
60.6
53.2
48.6
46.0
40.5
3
56.6
65.8
60.8
59.0
62.3
53.4
结果分析:
通过试验班与对照班探究实验能力对比表,我们不难发现,学生开展探究性实验,可以大大激发学生对科学研究的兴趣,培养学生的科研意识、创新意识,提高学生的科学探究综合能力,为学生的综合发展奠定良好的基础。
(2)课题实验间接效度的测量结果。
参与课题实验班级的学生,在我校期末考试中取得了较好的成绩,而对照班学生的成绩相对较差。
现把我校2007年生物期末成绩比较如下(见表2)。
评价数据是按照平均分、优秀率、良好率、合格率、不合格率等5个指标按一定的权重计算而成。
表2试验班与对照班成绩评价对比表
项目
类别
平均分
优秀率(%)
良好率(%)
合格率(%)
不合格率(%)
试验班
1
88.6
63.0
35.5
1.5
0
2
86.8
65.5
33.5
1.0
0
3
87.3
64.0
34.0
1.5
0.5
4
90.0
68.6
31.0
0.4
0
5
91.6
70.0
29.0
1.0
0
对照班
6
76.6
36.5
25.5
24.6
13.4
7
74.5
35.0
23.0
20.5
21.5
8
78.0
38.6
21.4
19.8
20.2
9
76.4
36.0
22.5
16.8
24.7
10
77.9
37.8
24.0
17.6
20.6
结果分析:
在课题实验的过程中,学生不仅逐渐形成了自主科学探究能力,而且还能运用探究能力进行学科理论学习,并取得了明显的学习效果;教师不仅创造性地完成了课题实验,而且还积累一套完整的探究实验教学经验,为新课程教学的顺利开展奠定了良好的基础。
五、结论
通过本课题实验研究,我们形成了3个方面的研究结论:
其一,当前,我地开展生物实验教学改革是十分重要和必要的;其二,对学生开展探究实验教学要遵循认知规律和教育学原理,学生探究实验能力的有效发展应该是阶梯型的,不应该是单一平台型的、学生探究实验能力的发展过程应该是教师指导的探究实验、学生直接的探究实验、学生研究的探究实验,不应该是单一的教师指导性的探究实验;其三,学生的探究实验能力经过渐进性发展之后,会显著地提高学习效率。
总之,纵观课题的研究过程,我们实现了预期的课题研究目标。
参考文献:
1.《普通高中生物课程标准》(实验)中华人民共和国教育部制订人民教育出版社2-3页
2.希望文库教师继续教育丛书《高中新课程学习方式变革》北京未来新世纪教育科学研究所/主编远方出版社89-108页
3.《高中研究性学习研究指导》上海科技教育出版社
4.钟蔚涛《课程改革实践中的生物学实验教学研究》《生物学教学》2006年第1期41页
5.彭月生《生物实验教学改革初探》《中学生物学》2005年第1期33页
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