學生“實驗探究能力”的培養(yǎng)與評價

邰玉韋

摘 要 從“提出問題能力的引導策略”“方案設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，對學生的實驗探究能力進行有效培養(yǎng)和評價。

關鍵詞 實驗探究能力 培養(yǎng)與評價 生物學教學

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

科學探究是生物學科的核心素養(yǎng)之一，也是一種學生學習科學知識、發(fā)展理性思維、形成科學態(tài)度和科學精神的重要過程和方式。實驗探究是科學探究素養(yǎng)的重要組成部分，而實驗探究能力作為關鍵能力之一，主要由提出問題能力、作出假設能力、方案設計與實施能力、收集展示數(shù)據(jù)能力、分析解釋結果能力等組成。不同探究能力的培養(yǎng)其側重點和策略有所不同，因此，在教學實踐中，教師要針對學生不同探究能力發(fā)展的目標，進行有效的培養(yǎng)和評價。

1 提出問題能力的引導策略

教師要針對特定的情境并依據(jù)學生日常生活的經(jīng)驗，提出有價值的可探究的生物學問題?！疤岢鰡栴}”是實驗探究素養(yǎng)中的重要組成部分，也是學生順利完成實驗探究的前提和保證。目前，教師在常規(guī)課堂中對于學生提出問題能力的專題訓練較少，學生大都只是依據(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，學生提出問題的能力需要教師適當引導和針對性培養(yǎng)。

1.1 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，使學生了解提出問題的思維活動過程，激發(fā)學生發(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學生提出以下問題：

（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構中成分不一樣嗎？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），教師可以引導學生上網(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），教師可以引導學生徒手制作葉片結構的臨時玻片，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，利用學過的知識進行簡單推理；進而依據(jù)一定的事實去假設推理，提出一個能用實驗來研究的生物學問題；最后，再用科學、準確的語言描述出來。

1.2 設置“認知沖突”，引導學生提出問題

認知沖突是指學生學習的新知識與學生原有的認知結構無法包容時所產(chǎn)生的矛盾。認知沖突是激發(fā)學生學習的主要動力，能促進學生提出問題。

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？學生毫無遲疑地選擇了“菠菜葉”。因為在許多學生的前概念中，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。學生不知道甚至不相信植物的其他器官也會進行呼吸作用。因此，教師想幫助學生解決這些認知沖突，就要有意識地引導學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，以便于學生進行對照實驗。

1.3 創(chuàng)設情境，激發(fā)學生自主提出問題

提供直觀的實驗材料、實驗現(xiàn)象或結果、生活案例等是激發(fā)學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片的正反兩面都用透明膠帶遮住。學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 方案設計與實施的評價策略

方案設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?！睹绹鴩铱茖W教育標準》中強調(diào)評價與學習的同等重要性；中國華東師范大學課程與教學研究所所長崔允漷教授認為，學會評價比學會教學更重要。

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決策和學生作出改進學習的評價都需要準確、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，把學生在學習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果用于改進教與學，體現(xiàn)出一種建設性的評價觀。目前教學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，關注發(fā)展學生的核心素養(yǎng)，以學科關鍵能力為突破口，重塑教育質(zhì)量觀，對生物學課程進行重整，轉變教學方式和評價方式，才能實現(xiàn)“立德樹人”的教育目標。縱觀國際科學教育改革，從20世紀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探究能力評價。結合實踐，針對學生能力的提升，建立實驗探究能力的評價框架（圖1），開發(fā)多種評價工具和學生表現(xiàn)水平標準等，是發(fā)展學生生物學科關鍵能力的有效策略。

2.3 方案設計與實施能力的評價工具開發(fā)

方案設計與實施評價工具的開發(fā)要遵循一定的原則。① 科學性原則：實驗目的要明確，實驗原理要正確，實驗材料和操作的選擇要恰當；② 可操作性原則：設計實驗時，選擇的實驗材料簡單易得，裝置簡單、操作簡便，步驟少，實驗時間比較短；③ 設計對照實驗原則：只有設立了對照實驗，才能排除無關因素對實驗結果的影響，增強實驗結果的可信度和說服力；④ 單一變量原則：確保其他因素（無關變量）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果的影響；⑤ 平行重復性原則：在同樣的條件下可以進行重復實驗。

案例5：“探究人體需要的主要營養(yǎng)物質(zhì)”的方案設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)設具體的情境和任務，培養(yǎng)學生“觀察、分類、繪制圖表”等技能和方法。具體策略如下：

① 讓學生了解觀察是探索生命奧秘的一種常用的基本方法。案例6：活動一：讓學生觀察思考事物常常需要注意哪些事項。請學生在空白方框內(nèi)把思考成果寫出來并在小組內(nèi)展示。活動二：交流和完善觀察的方法?；顒尤翰シ乓欢悟球旧畹囊曨l，讓學生交流：怎么觀察？觀察到了什么？有什么思考？提出了什么問題？② 先讓學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，使相互之間的關系變得清晰易懂；再讓學生根據(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……③ 繪制圖表。教師要讓學生明白怎樣才能使科學實驗得到的數(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 cm。請學生嘗試選擇合適的圖表類型，在空白方框內(nèi)親自動手做圖表來顯示這些數(shù)據(jù)。教師依據(jù)學生所畫的圖表，指導學生了解圖表中的屬性和含義。

總之，科學探究素養(yǎng)反映出生物學科的本質(zhì)屬性，“實驗探究能力”的培養(yǎng)與評價是培養(yǎng)學生能力的重要組成部分。因此，教師要堅持不斷地進行嘗試，在具體實踐中，積累經(jīng)驗并尋找和探討教學中存在的問題，針對學生“實驗探究能力”的培養(yǎng)與評價，逐步形成可操作的有效策略。