高中生物研究性学习与学生实验设计能力培养的关系研究

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　　[摘要]以渭南高级中学高二两个理科班的学生为研究对象，对“高中生物研究性学习”和“学生实验设计能力培养”的关系问题进行了实验研究，初步探讨了“研究性学习”在培养高中学生实验设计能力方面的一般规律。研究表明，在生物学科实验教学中，通过开展研究性学习是培养学生创新意识和创新能力的有效途径。
　　[关键词]高中生物 研究性学习 实验设计能力
　　在素质教育的全面推进的背景下，大力倡导中学生学生创新精神与实践能力培养的“研究性学习”正日益受到人们的关注，成为当今教育理论研究和教育改革的一大亮点[1]。“研究性学习”课程首次成为我国基础教育课程体系的有机构成，作为新生事物，其理论研究与实践还远远不够[2]。通过查阅大量的相关文献资料发现，对于“研究性学习”的研究，宏观理论阐述较多，而涉及某一具体内容的实验研究相对较少，致使在“研究性学习”的具体操作中还存在着许多困惑。
　　本文在查阅相关文献资料的基础上，结合校本研究性学习课程实践活动，对“高中生物研究性学习”和“学生实验设计能力培养”的关系进行实验研究，初步探讨“研究性学习”和生物学科整合培养高中学生创新能力方面的一般规律，为广大普通高中实施新课程，推进以创新精神和实践能力为重点的素质教育提供科学的理论指导。
　　一、研究对象
　　陕西渭南高级中学是陕西省示范标准化重点高中，生源主要是全市各县区的初中毕业生，在校学生的整体基本素质水平为优良。研究以渭南高级中学2011级 （18）、（20）二个平行理科班共120名学生作为本课题的研究对象。由于学生入学是随机分班，各教学班没有学生学习基础的差异，因此，以教学班为单位，基本上能保证研究对象的起点在总体上的一致性。
　　二、研究方法
　　通过借鉴国内外已有的关于“研究性学习”课程的研究成果，采用实验研究的方法。在所选定的二个理科班中，确定（20）班为控制班，在常规教学模式下进行生物学科的学习；（18）班为实验班，在联系教材内容知识体系的基础上，一学期安排学生选择一个课题进行自主探究式学习。教学实验中，控制班和实验班的生物学由同一名生物教师任教。
　　三、教学实验实施过程及结果
　　（一）实施过程
　　1.实验前测试学生实验能力
　　本实验研究之初，对所选定的两个教学班的学生进行了高一阶段生物实验设计能力的测试，测试以书面习题的形式进行，满分50分，时间30分钟，测题如下：
　　已知2H2O2=2H2O+O2↑，可以通过观察反应过程中O2的生成速度（即气泡从溶液中释放的速度）来判断H2O2分解反应的速度。请用所给的实验材料和用具设计实验，使其能同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性。要求写出实验步骤，预测实验结果，得出结论，并回答问题。
　　实验材料与用具：适宜浓度的H2O2溶液，蒸馏水，3.5%FeCl3溶液，0.01%过氧化氢酶溶液，37℃恒温水浴锅，试管。
　　（1）实验步骤：① ；② ；③ 。
　　（2）实验结果预测及结论：
　　整个实验中，不同处理的试管中O2的释放速度从快到慢依次是 。由此得出的结论是 。
　　（3）如果仅将实验中的恒温水浴改为80℃，重做上述实验，O2释放的速度最快的是 ，原因是 。
　　测试成绩一方面用于实验结果的分析，另一方面也证实了二个待研究班学生的生物实验水平基本相同。
　　（二）两种模式下的教学过程
　　控制班在常规教学模式下进行生物实验理论知识的学习，包括实验的基本原理、实验设计的基本原则，实验数据的处理等；实验班在研究性学习融入学科课程的教学模式下进行生物研究性学习，学生每六人组成一个合作学习小组，从老师提供的备选课题中选择其中的一个课题进行自主探究学习，也可选择自己感兴趣的课题进行探究。
　　实验班开展生物研究性学习，遵循研究性学习课题研究的一般程序[3]：
　　（1）确定研究课题
　　遵循以下几条原则：创新性原则，开放性原则，可行性原则，实践性原则等。选题时，不仅要考虑学生的认知水平、已掌握的知识基础、实验条件等，而且还要考虑课题的现实价值和理论意义。教师推荐和设计的课题要有利于学生对所学知识的意义建构，有利于培养学生的创新精神与实践能力，也可以广泛从学生中征集课题，并保证学生自主选择，教师不干涉学生选择课题。
　　遵循高中生物研究性学习课题的选题原则，推荐的备选课题如下：
　　探究植物组织细胞液的浓度；设计实验，观察生长素或生长素类似物对植物生长发育的影响；验证细胞膜的选择透过性功能；水体富营养化对藻类数量的影响。
　　（2）搜集资料并制定研究计划
　　根据研究课题的要求，老师可以对学生进行课题研究计划制定的指导，内容包括：用什么方式、途径搜集哪些方面的资料，掌握哪些相关的知识等。教师旨在帮助学生学会查阅书籍、学会使用搜索引擎和数据库，学会小组内分工协作，掌握与他人交流的技能，能进行实验设计，能客观记录实验现象和结果，能对数据进行简单分析等。
　　（3）分析资料并实施研究计划
　　本阶段是资料的理论化和整合化过程。学生对所搜集的资料、信息和数据等进行处理，提取有用的信息，开展小组内分工协作，集中力量学习、理解，并通过分析、综合、演绎、归纳、抽象、概括等逻辑思维过程，获得规律性认识。
　　（4）撰写研究报告和交流
　　在课题研究的总结阶段，学生将研究结果以报告的形式展示出来。研究报告的内容包括：问题的提出、研究过程、研究结论、参考资料等几部分。研究报告的基本要求是：思路清晰、语言精练、论据充分，结论鲜明、富有创意，格式规范。最后，研究报告在一定范围内交流。
　　（三）教学测验及结果的数据统计分析 　　（1） 教学测验
　　测试以书面习题的形式进行，满分50分，时间30分钟，教学测验内容如下：
　　请根据实验原理和提供的材料、用具，设计实验探究“NAA促进不同植物扦插枝条生根的最佳浓度”。
　　实验原理：NAA能促进植物扦插枝条生根，有利于插条的存活。在最适浓度下，插条容易生根，存活率也最大。
　　实验材料：浓度为100ppm、200ppm和300ppm的NAA溶液，茉莉花、桅子花、金钱松枝条，其他必要材料。
　　（2） 教学测验结果的数据统计分析
　　测验总分值为50分。对实验班和控制班测验学生成绩（表1）统计分析可知，实验班学生的成绩平均分为44.5，控制班学生的成绩平均分为39.0，两班学生的平均得分差异为5.5，显著性差异为P<0.01。
　　从上述数据分析可以看出，不同的生物学科学习模式对学生生物学习的影响不同。在研究性学习融入生物学科课程的教学模式下进行生物研究性学习的实验班，生物实验设计能力教学测验成绩高于在常规教学模式下学习的控制班，且实验班与控制班的成绩差异达到显著水平。
　　四、讨论
　　本研究初步表明：在一段时间内，高中生物研究性学习与学生实验设计能力提高之间具有相关性。验班和控制班生物实验设计能力的教学测验结果会出现显著性差异的原因可能在于：
　　（1）在不同的教学模式下，学习主动性方面差异较大
　　控制班的常规教学模式主要是一种接受式学习，只是按照现成的实验步骤去做就可以了，这种获得知识的途径存在着明显的弊端，在忽视学生的自主探索能力的同时，也冷落了学生亲身参与思考和参与的内在积极性，造成学生创新激情的压抑和实践能力的低下。
　　实验班学生在启发和帮助下，通过独立、严谨、周密的思考，逐步形成用于质疑、乐于探究、敢于动手的积极学习态度和良好的学习习惯，不但塑造了自信，而且激发了对未知知识的探索欲。
　　由此可见，良好的自主探究学习对提高高中生物实验设计能力有明显的效果。
　　（2）学生在两种教学模式下的学习方式的不同
　　学习活动是一种理论学习和实践操作的统一过程。间接经验学习是一种学习方式，但主动探究学习更是一种重要的学习方式。生物研究性学习，改变了以往学生单纯地接受教师传授知识为主的被动的学习方式，帮助他们掌握和运用现代学习方式，学会主动学习，同时也为学生构建了开放的学习环境，提供了多渠道获取知识、并将学到的知识综合应用于实践的机会。更注重学生对生活的感受和体验，改变了以课堂为中心、以书本为中心、以教师为中心、以传授灌输为基本特征的传统教学模式，强调学生的亲身经历，能让学生积极体验和感受，做到在实践中去发现和探究问题，发展实践能力和创新能力，是体现学习的真正价值、实现有意义学习的一种重要的学习方式。
　　（3）生物研究性学习对构建合理的知识结构有重要作用
　　知识结构的合理构建对生物实验操作和分析能力有重要的影响。陈君的研究表明[4]，当学生有了主动提出问题的意识，他们的思维就会围绕待解决的问题而启动，不但原有的知识会被激活，而且会积极调动和重新建构已有知识，来解决问题，这有利于建构合理的知识结构。同时，通过研究性学习可以激发学习兴趣，主动查找收集相关资料，获取更多新的知识，寻求解决问题方法。在这个过程中，他们要运用一定的技术与手段，并将收集到的信息系统化、有序化，加以组织和整合，以便形成更为概括、综合的合理的知识结构，通过这些步骤获得的知识结构是多维的、动态的，也是提高学生学习能力的最良好途径。
　　[参考文献]
　　[1]徐红玲.高中生物研究性学习[M].北京：北京龙门书局，2003：77.
　　[2]彩燕.研究性学习意的义、特点与实施理念[J].教育导刊，2002，（1）：18-20.
　　[3]罗玉明.高中生物开展研究性学习的探索与思考[J].教育探索，2002，（6）：27-29.
　　[4]陈君.试论研究性学习与创新能力的培养[J].湖南工业职业技术学院学报，2002，2（1）：43-47.
　　（作者单位：渭南高级中学 陕西渭南）
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