初中生物实验教学设计研究
2013-07-08 20:35阅读：
一、问题的提出
1．当代生物学教学中的现代教育思想
《生物课程标准》中课程理念：
(1)
面向全体同学。
着眼于学生全面发展和终身发展的需要。提出了全体学生通过努力都应达到的基本要求；同时，也有较大的灵活性，以适应不同学校的条件和不同学生的学习要求，实现因材施教，促进每个学生的充分发展。
(2)
提高生物科学素养。
生物科学素养是参加社会生活、经济活动、生产实践与个人决策所需的生物科学概念和科学探究能力，包括理解科学、技术与社会的相互关系，理解科学的本质以及形成科学的态度和价值观。
(3)
倡导探究性学习。
生物不仅是众多事实和理论，也是一个不断探究的过程。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、乐于探究、勤于动手，逐步培养学生收集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流合作的能力等，突出创新精神和实践能力的培养。
生物学是一门以实验为基础的自然科学。是
研究生命活动现象和生命活动规律的科学。生命是一种比物理、化学等运动形式更高级的物质运动形式。这种复杂精细的物质运动形式，既呈现出生命的本质特征，又受着非生命变量的影响和制约。生物科学的研究经历了从现象到本质、从定性到定量的发展过程。生物学实验是生物科学赖以形成和发展的基础，是探究生命活动规律的基本手段。许多生物现象只有通过实验才能得到解释，各种生物体的结构必须通过实验才能观察清楚，生物学的理论也是人们通过实验总结出来的。所以实验教学在生物教学中占有非常重要的地位培养学生能力应与传授知识并举，也就是把二者放在同等重要的位置，由应试教育转轨于素质教育，提高学生能力是其中的一个重要方面。其培养途径主要是通过生物实验来实现的。初中生物实验包括观察能力、实验操作能力、分析实验现象能力、实验设计能力、综合应用能力。而观察能力的培养是上述诸项能力中的最基本的能力培养，也是使学生从形象思维逐步过渡到抽象思维的重要阶段。注重生物实验的能力培养已经是迫在眉睫。为了与素质教育相靠近，为了让孩子们能够更为有趣的走进生命的生物课堂。请老师们用更多一点时间在实验课堂上，充分发挥学生的积极性、能动性，这样，才能够与教育相结合。
2．相关因素
从 1998 年中学实验
JIP
在我校的开展至今一直对这个题目有些偏爱。因为自己学校的学生的特点
地处城乡结合部，初中部生源多来自于周边农村，通过我的课堂观察，发现学生对生物实验感兴趣，具有一定的观察能力，这为生物教学任务的完成提供了一定的基础。但初中学生只对观察停留在表面上，不能用语言描述出来，对实验现象、数据进行分析、归纳、推理更有一定的困难，这对我开展实验教学活动提供了保障和实验教学的工作中的方向。因此如何能将生物实验课上得有序、有效，适合本学校学生的特点，来进行这方面的探究。
二、初中生物实验教学的意义
生物学实验在教学中所起的作用是独特的、高效的。
1．有利于培养良好的学习兴趣和习惯。
心理学原理告诉我们，学习最好的方法和目的是在于调动学生的学习积极性，发挥高度的主观能动状态。学生对课文中的理论学习缺乏主观积极性和学习兴趣，而实践教学过程中能充分调动学生的积极参与意识和表现意识，实验是检验理论的最好方法，而理论又是指导实验的最好依据。实验学习的过程中使学生形象生动地掌握了原来枯唱无味的理论知识，又创造了实际动手能力和创造能力，从而最大限度的发挥了良好的学习兴趣。因此，重视和加强实验教学，是诱发学生学习兴趣的关键环节。
2．有利于培养学生的科学态度。
科学态度是人们能够正确对待客观事物的一种持久的、内在的反应倾向，是经过长期的实践活动养成的。那一位科学家不是他们具有严谨治学、事实求是的科学态度，才取得了举世瞩目的成绩呢。因此在生物实验教学中，从第一次走近生物实验室，感受到和教室的环境的不一样，感受到实验室更具有探究的的意境。从第一次捕捉鼠妇的开始，虽然在上这节课之前，（需要
2
个星期布置给学生），告知应该去哪里捕捉，放在哪里，两人一组要保证 10
只，学生还是难以找到鼠妇。一是由于周边环境主要是高楼大厦，二是学生容易忘记。怎么办？一是让哪些找到的同学介绍他们的经历，其他同学再去捕捉，这样基本上能保证实验中
2
人一组的数量。如果不够，因为确实第一班学生捕捉的数量难以满足 2 人一组一定要
10
只，就只有 4 人或 6
人一组，但这一定是影响实验数据的分析，可能鼠妇既喜欢光又不喜欢光，也只好凭借这样的大好时机，然后再将全年级的实验的数据进行对比，进一步说明实验的次数越多越得到正确的结论。注意其它的条件要符合。还有的学生不愿意将自己的
2
只和别人的组合在一起，老师也不要强求，这都是教育的最好的资源。学生会逐步认识生物实验要认真的，要一丝不苟的，要是数据统计的实验要组别多一些，要是测量的就要精确些等等。还有教师和学生一起捕捉鼠妇同样对学生实验的态度是说不清的道理。记得有一年是学校要把在东边主席台拆掉，上面的石灰都已运走，留下一些土和石块，并且比较松软，看看学生捕捉的鼠妇不能满足实验，这时有的同学说，外面的那个小土堆有，我也将信将疑。那我说咱们中午吃完饭去那里。我清楚的记得，我吃饭完去，那里有好多学生了，
9
月的阳光还是那么的炽热，我微笑着点了点头，多么好的孩子呀，一般女生比较胆小，一些女生不敢拿，我就拿给她示范，并说它不咬人，开始还哆哆嗦嗦，我每找到就叫这些同学，快来快来，这有好多，快把它放到你的小瓶里，那一次的课上的实验效果是最好，没有人害怕不敢动，不敢看。
3．培养交流与合作能力。
因为现在学生基本上是独生子女，有的孩子不善于与人交流，因为言语传递是人多种智能的一种，它能够有效的倾听，能够理解分析并记住别人所说的内容，能够沟通、讨论、解释、说服、创造知识建构意义以及对语言本身进行反思。在美国合作学习上研究最多的教学技巧之一。著作有强森兄弟的《一起学习与独立学习》与《教室内的合作》，库恩的《设计异质性班级的团体工作》。人们普遍认为合作学习可以提高学生的成就，加速学习、改善记忆与回忆，养成积极正确的学习态度。强森兄弟确信任何一种成功的合作学习方法都具备两种必需的成分。
一是个体的责任。
一个群体的成功，应当使每位成员都具有展现其所学知识的能力，当团体的成功能够根据所有成员的成绩总和而定，或评价成员对团体计划的贡献时，能够显著提高学生的成就感。但如果只给学生一张工作单或计划表，而没有分配每个人的任务或责任时，学生只能获得较低的成就。
二是积极的相互依赖。
团体的成功有赖于所有成员协同工作，实现理想目标，这理想的目标是表扬、成绩、奖励或自由时间等，仅仅要求学生合作并不能确保学生学到社交技巧，必须有效教育他们。社交技巧的逐步内化，就可以让学生有效地与人共事，也可以改善他们的学业成绩。甚至可以发展受用终身的重要社交技巧。
三、初中生物实验教学设计的基本原则
1．科学性原则
实验是人为控制条件下研究事物（对象）的一种科学方法；是依据假设，在人为条件下对实验变量的变化和结果进行捕获、解释的科学方法。生物学实验中，一种生命现象的发生往往有其复杂的前因后果，从不同角度全面地分析问题就是科学性的基本原则。如绿色植物新陈代谢中的物质代谢有各种细胞的参与，有各种物质在不同方面的变化。分析问题、设计实验的全面性和科学性体现了逻辑思维的严密性。
2．单因子变量原则
实验变量，或称自变量，指实验假设中涉及的给定的研究因素。反应变量，或称因变量，指实验变量所引起产生的结果或结论。而其他对反应变量有影响的因素称之为无关变量，观察其对实验结果的影响。例如，在验证温度对酶活性的影响的实验中，就必须控制
pH
值、底物量和酶量的相等，只改变单一因子 ——
温度，观察不同温度下酶活性的差异。遵循单因子原则，既便于对实验结果进行科学的分析，又增强实验结果的可信度和说服力。
(1)
实验变量和反应变量
实验变量，也称自变量，指实验中由实验者所操纵、给定的因素或条件。反应变量，亦称应变量，指实验中由于实验变量的变化而引起的变化和结果。通常，实验变量是原因，反应变量是结果，二者具有因果关系。实验的目的即在于获得和解释这种前因后果。例如，在“唾液淀粉酶水解淀粉”的实验中，所给定的低温（冰块）、适温（
37ºC
）、高温（沸水浴）就是实验变量，而由于低温、适温、高温条件变化，唾液淀粉酶水解淀粉的反应速度也随之变化，这就是反应变量。该实验的目的就在于获得和解释温度变化（实验变量）与酶的活性（反应变量）之间的因果关系。
(2)
无关变量与额外变量
无关变量，也称控制变量，指实验中除实验变量以外的影响实验变化结果的因素或条件。额外变量，也称干扰变量，指实验中由于无关变量所引起的变化和结果。显然，额外变量会对反应变量起干扰作用。例如，上述实验中除实验变量（如低温、适温、高温）以外，试管洁净程度，唾液新鲜程度和稀释程度，可溶性淀粉浓度和纯度，试剂溶液的
PH
值、剂量、浓度和纯度，实验操作程序，温度处理的时间长短等等，都属于无关变量，要求对低温、适温、高温
3
组实验是等同、均衡、稳定的；如果无关变量中的任何一个或几个因素或条件，对 3
个实验组的处理不等同、不均等、不稳定，则会在实验结果中产生额外变量，出现干扰，造成误差。实验的关键之一在于控制无关变量和减少额外变量。
3．对照性原则
对照是实验控制的手段之一，目的还是在于消除无关变量对实验结果的影响。实验对照原则是设计和实施实验的准则之一。通过设置实验对照对比，即可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。
通常，一个实验总分为实验组和对照组。实验组，是接受实验变量处理的对象组；对照组，也称控制组，对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组。至于哪个作为实验组，哪个作为对照组，一般是随机决定的。按对照的内容和形式上的不同，通常有以下对照类型：
（ 1
）空白对照，即不给对照组做任何处理；指不做任何实验处理的对象组。例如，在“在教材中观察淀粉酶对淀粉的催化作用实验中，用清水作为淀粉酶的对照就是空白对照。
（ 2
）条件对照，即虽给对照组施以部分实验因素，但不是所研究的实验处理因素；指虽然给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的，或者说这种处理并不是实验假设所给定的实验变量意义的。例如，“探究光对鼠妇生活的影响”实验，采用等组实验法，其实验设计方案是：条件对照组：阴暗与明亮。
（ 3
）自身对照，指对照组和实验组都在同一研究对象上进行。
（ 4
）相互对照，不单独设置对照组，而是几个实验相互为对照。
4．重复性原则
5．可行性原则
四、初中生物实验教学的类型
2006
年，汪忠在《新编生物学教学论》（华东师范大学出版社）中对生物实验从不同角度进行了分类。
（一）按学科分，包括形态学实验、解剖学实验、生理学实验、生态学实验、分类学实验、遗传学实验、生物技术实验。
（二）从中学教学角度，可分为演示实验、学生实验、课外实验。
（三）按照实验的精确性和实验所处的环境，可分为实验室实验和自然实验。
（四）按照实验的教学目的，可分为验证性实验和探究性实验。验证性实验是指实验者针对已知的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复性实验。
优点是：实验目的明确，实验步骤规范、结果已知，比较容易达到实验目的；受季节、课时因素的影响小，可以较灵活的安排。
缺点：束缚学生的思维。例如：验证人体呼出的气体中二氧化碳含量增多的实验、植物的光合作用产生淀粉的实验。
探究性实验是指实验者在不知道实验结果的前提下，通过实验、探索、分析、研究得出结论，从而形成科学概念的一种认识活动，优点是：这种实验学生有新奇感，容易产生浓厚的兴趣，能充分调动起学习的积极性和思维，有利于学生观察、分析、解决问题以及实验操作能力的培养。
（五）按照实验中的量和质的关系，可分为定性实验和定量实验。定性实验是指定性判断实验对象的各种属性，定性确定生物体结构和功能等的实验。定量实验是指为了深入了解生命的本质特征、揭示各个因素之间的数量关系、确定某些因素的数值等而进行的实验。
五、初中生物实验教学的基本理论
如何更好的做好生物实验教学设计，提高实验课的效率，是教师对日常教学的一种思考，也是新教材改革的必然要求。
建构主义学习理论是现今最为流行的学习理论之一，目前该理论已经出现了四种不同的取向，各有侧重。但是，不论是那种理论取向，它们都承认共同的理论基础：建构主义的知识观、学习观和教学观。
建构主义学习理论的知识观：知识并不是客观世界的最终反映，而只是一种解释、假说。因此，知识会随着人们认识的加深而逐渐升华和改写。同时，知识也具有一定的情景性，是根据具体的问题情景而变化的。在利用知识的时候，就是对知识进行加工和改造的时候。
建构主义学习理论的学习观：建构主义突出：强调学习者的经验（对学习的资料有先前的概念，个体差异）；注重以学习者为中心；创造冲突的真实的学习情境（认知冲突）；注重活动的学习方式。
建构主义学习理论的教学观：承认学生的差异性，并且承认学习结果不存在唯一的检验标准。教师依然是学习的主体者，但是已经不是知识权威的象征，而是知识的呈现者，也是学生学习的指导者、合作者。教学过程的重点应该从教师的教转移到学生的学，而教学目的则应该是使学生最终学会如何学习。
正是这种理论基础，为生物实验教学设计指明了发展方向：实验教学设计应该紧密结合理论知识的学习，应该积极调动学生的积极性和创新性，应该重视学生之间的交流。
初中生物新课标提出教师应积极提供机会让学生亲自尝试和实践，并将科学探究的内容标准尽可能渗透到各个主题内容的教学活动中；同时指出，教师在引导学生参与科学探究活动时不仅应让学生参加探究的某个方面的活动，也应该注意让学生有机会参与若干完整的探究活动，培养科学探究能力。
生物是一门以实验为基础的学科，通过实施探究性实验教学，有利于促进学生学习方式的转变，促进科学素养的全面发展。作为一线的生物教师在课堂上应如何适时适度的进行探究性实验教学，从而使学生勤于思考、乐于探究呢？
教育家布鲁纳曾指出，“教学不应该奉送真理，而应该叫人发现真理”。
下面结合亲身经历谈谈自己在生物探究性实验教学上的一些设计。
六、初中生物探究实验教学设计的具体实施的环节
（一）教学内容分析：
“关节”是人教版生物八年级上第五单元生物圈中的其他生物，第二章动物的运动和行为，第一节动物的运动中的运动系统的组成中观察与思考中的内容。是《课标》第六个主题中“动物的运动和行为”的内容，具体内容标准是：说明动物的运动依赖于一定的结构，活动建议是观察某种脊椎动物的关节的结构。教学内容的侧重点是帮助学生在学习过程中理解结构与功能的统一性。
从整体上分析。第五单元生物圈中的其他生物包括五章。第一章各种环境中的动物，第二章动物的运动和行为，第三章动物在生物圈中的作用，第四章分布广泛的细菌与真菌，第五章细菌与真菌在生物圈中的作用。从教材编写注重知识逻辑与认知逻辑相互交叉编排。以“任务驱动”呈现内容。
从局部分析，“动物的运动和行为”教学内容的知识内容概览：动物的运动、先天性行为和学习行为和社会行为。在此章中动物的运动是基础，因是动物生存、发展和种族繁衍的重要条件。动物的运动依赖于一定的结构：运动系统的组成、骨、不同类型的骨连接（关节的基本结构包括关节头与关节窝、关节腔和关节囊）和骨骼肌。如何实现动物的运动呢？这部分内容充分体现生物学的基本观点：结构与功能的统一性。这部分内容既有培养学生的观察能力的，又有探究性性实验，更有可挖掘的探究性性实验的可延伸的内容。
通过对人体关节结构的多样性、结构的特点和运动形式多样性的探讨，拓展学生对关节的基本结构的学习，认同关节结构的多样性与其运动形式的统一，进一步加深学生对结构与功能的统一观点的认识，同时培养学生探究问题的意识和能力。
教学重点：主要是肩关节、指关节、拇指腕掌关节的关节面的形状与其运动形式。
作为教学重点是因为这三个关节的运动形式，学生能从感性认识上有较好的体会、领悟，推理此关节的关节面的形状有一定的认识基础，并且这三个关节是运动形式与关节面形状统一的典型关节。为了突出和突破重点，在教学设计中，首先师生共同体验肩关节的运动形式，我在课前准备好用橡皮泥制作的关节头与关节窝的形状和图片，学生观察关节头的形状是凸的球形的，关节窝的形状是凹的囊状的，让学生初步认识体会关节面的形状与其运动形式的统一，同时也为学生的分组制作指关节和拇指腕掌关节搭设了支架。其次在分组制作过程中进一步体验关节面的形状与运动形式的统一。最后用表格的形式将其本节课的重点呈现出来。
（二）学生背景分析：
学生已学习了关节的基本结构和功能，对关节的牢固性和灵活性的统一也有一定的了解。但由于他们的运动状态不同，也各有不同的结构特点，学生并没有深入的思考。当问题提出来后，确实可以激发学生进一步探索的热情。这节课是选择典型的关节面，带领学生通过动手体验活动进行探究。怎样能让学生通过关节的运动，想像并用橡皮泥制作典型关节面的形状，并将小组制作的关节面模型进行展示，从而体验人体不同的运动方式与决定这一运动的重要因素——关节面的结构是相适应的。了解不同关节的运动形式，通过形象制造出不同的、与运动相适应的关节面，并展示给其他同学，说明形状与结构这些过程，是体验过程，能够体验活动成功也有一定的难度。
教学难点：学生制作关节头与关节窝的形状，并展示。
要突破难点，有如下的对策：先制作肩关节（球窝关节），使学生即体验了肩关节的运动，也了解了研究方法，同时训练动手。在此基础上提出问题，形成小组，尝试用橡皮泥制作指关节，如果有学生能够制作成功，展示其成果；如果没有人完成，给图，继续制作，然后，展示成果。
（三）教学目标：
教学目标的制定要明确、具体、有效。根据教学内容和课标。教学目标的陈述采用 ABCD 模式：学习者
行为动词 条件 程度。学生的行为：“能认出
---
”、“能描述 --- ”、“能设计
---
”等。行为动词应采用可观察、可操作、可检验的，尽量减少含糊不清和不切实际的语言陈述目标。行为条件：有时需要表明学生在什么情况下或什么范围里完成制定的学习活动。表现程度指学生对目标所达到的表现水准，用以测量学生学习结果所达到的目标。如“能准确便是对认出卵的结构的要求程度。详细便是对写出观察记录的的要求程度等。
1.
知识目标：
通过学生体验肩关节进行各种动作，用橡皮泥捏球窝关节的关节面，能够说出关节面结构和运动的适应，同时领悟这种研究方法。
学生分组制作指间关节与拇指腕掌关节，能说出此两个关节的运动形式与关节面的适应。
2．能力目标：
通过动作想象关节面结构，培养空间形象能力和动手能力。
3．情感态度价值观目标：
体验关节面的多样性，体验关节结构与其运动方式的统一。从而认同人体关节结构的多样性和适应性。
（四）教具准备：
教师准备:
多媒体课件；制作肩关节的结构模型
学生分组:
手指关节的解剖图
学生准备:
橡皮泥
（五）教学策略：问题探究法和小组体验活动
（六）板书设计
（七）教学过程
第一环节：通过复习关节的基本结构引入。
设计思路是学生通过复习关节的结构加深学生对其巩固。教师引导启发学生不同部位的关节面的形状是否一样，学生作出假设。对学生进行科学探究的意识的培养、激发对这节课的兴趣和研究的目标。
第二环节：创设情境，搭设支架。
设计思路由一名学生做一节肩部伸展运动，拉近此节课与学生的距离，从学生日常生活中发现与生物学相关的问题。初步体验肩关节的运动与其关节面的形状是统一的，并出示肩关节与髋关节的图片，从直观上认同此关节是典型的球窝关节。同时初步尝试用橡皮泥如何能表示出来关节面的形状。
第三环节：分组实验。
主要环节：
1.
让学生观察体会、领悟指间关节和拇指腕掌关节的运动形式。
2.
学生发挥的想像，建立空间概念。关节面是什么形状的？
3.
用橡皮泥捏制其关节面的形状。
4.
若有的学生能够捏制出，展示其作品，要求用实物投影将其关节的运动形式与关节面的形状有机的结合展示给全班同学。若学生中没有能捏制出的，利用第二种方案出示指间关节和拇指腕掌关节的解剖学的图片，进行观察再捏制其形状。
5.
学生是存在个体差异的，总有学生能先捏制出来，其他同学模仿进行捏制，在同组之间进行展示。
再捏制球窝关节、滑车关节、鞍状关节的的基础上，学生思考一个问题：关节面的形状与运动的是什么关系？学生思考能说出“关节面的形状不同，运动形式也不一样”。设计思路是分组完成捏制指间关节和拇指腕掌关节的关节面的形状。在实践中体验关节面的形状与运动形式的统一。教师以鼓励为主，发挥有较好的空间想像能力和动手能力的学生的主体性，并展示作品，同时在同伴的启发下，多数同学能够捏出。在此环节培养学生探究问题的意识和能力，以及小组合作的能力。
第四环节：体验人体更复杂的关节。
设计思路是学生通过观察肘关节、膝关节和手关节的图片，感受其关节结构的复杂和多样。
第五环节：说明关节运动受多种因素综合作用。
设计思路是学生通过问题：关节的运动与哪些因素有关？比如肌肉、韧带，使学生进一步知道关节运动是受多种因素的作用的结果。
第六环节：延伸。
人类的手为什么这么灵巧？人类的手部的 关节连结的复杂性与进行多样性运动
。从生物进化上来讲，人类最原始的祖先由于气候干燥寒冷，热带雨林减少，有一部分森林古猿下到地面上生活，上肢要脱离开地面，下肢支撑身体，现代人是经过漫长的岁月进化而来的。人类的手有对掌对指，这样才能灵巧地制造和使用工具，生火，并从事多种多样的创造性活动。视频：手的运动设计思路是学生认同关节的结构的多样性与其运动的多样性是统一的，是人类长期的进化的结果。是结构与功能的统一。
第七环节：拓展。
每个关节的运动幅度不同，不同人的关节的运动幅度不同，你是否能够说明哪些因素影响关节的运动幅度呢？怎样影响呢？设计思路是不同人例如杂技演员、乒乓球运动员、举重运动员等，关节面面积的大小差异；关节囊的薄厚即松紧度、关节韧带的多少与强弱；关节周围肌肉状况等等影响关节的运动幅度。学无止境，教师为学生的进一步探究关节的结构的全面的学习提供一定的方向。
总之，学生捏制不同的关节面的形状的过程中，是一个体验过程，是一个实施的过程，在这个过程中学生体会、领悟关节面的形状与其运动形式是相适应的，认同关节结构的多样性与其运动形式的统一，进一步加深学生对结构和功能统一观点的认识。
