优化高中生物实验教学

1《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。2（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。3二、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。4（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5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）明确目标导入实验讲解要领示范操作巡回指导纠错解难启迪思维强化技能检查反馈激励评价接受任务安排分组观察操作理解要领分组实验获取数据讨论分析得出结论归纳总结实验报告指导实验实施实验教师活动学生活动实验评价技能性实验验证性实验探究性实验课题式实验研究性学习实践与实习：野外观察实习参观调查实习开放创新实验：青少年科技创新中学生物联赛创新设计能力训练综合探究能力训练练实验基本技能训练能力培养、素质提高6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实验操作指导讲解示范分步模仿连贯模仿初步尝试讲解示范再次尝试精细化操作自动化操作技能运用解决问题初步尝试观察纠错总结要领模仿训练7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