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种子萌发的系列实验中培养探究能力天津市第二十八中学徐斌种子萌发的系列实验中培养探究能力【摘要】本文以种子萌发的环境条件一课为例，实证分析了培养学生探究能力的方法：提出问题、进行猜测与假设、实验、得出结论和反思与评价的能力，学生在完成种子萌发的系列实验的过程中，结合探究的不同阶段，渗透不同的科学方法的教育，领悟科学的思想和精神。逐步培养学生主动求知精神和创新意识，提高学生实践能力，以适应社会的发展。【关键词】种子萌发，探究能力，科学方法，培养学生的探究能力是义务教育阶段生物课程的重要目标之一。初中生物课程标准中明确指出：“标准倡导探究性学习，发展学生提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论、表达和交流的科学探究能力。在科学探究中发展学生的合作能力、实践能力和创新能力。” 同时还明确提出，生物教学要“面向全体学生，提高学生的生物科学素养”。探究性实验可以激发和满足不同层次学生的探索和创新欲望，学生在完成实验的过程中，让学生去模拟科学家的工作过程，按照一定的科学思维程序去探索学习的过程，从中学习科学方法，发展科学探究所需要的能力，增进对科学探究的理解，体验探究过程的心理感受。“种子萌发的环境因素”实验简便易行。把它作为学习探究方法的载体，学生在探索实验过程中可以把动手和动脑结合起来，从而锻炼学生的探究能力，在运用知识的过程中有所“探究”地解决问题。本文就利用种子萌发的的系列实验培养探究能力，谈谈自己在教学中的一些做法及体会。一、为学生自由地展开学习过程提供适当的条件1、 探究实验器材的改进为了让学生在学校实验内完成系列实验，经过师生反复实验比较：使用试管作为种子萌发实验的装置，小麦和黄豆种子为实验材料。实验表明有以下优点：使用试管可以同时进行多种条件实验，对照条件控制容易。试管加水后,上面放棉花团，棉花上放种子，实验中种子用多少水吸多少，不会出现发霉的情况，也不用每天换水。种子用多少水分容易定量测量，种子萌发过程中根、茎、 叶生长情况容易定量测量。再做完种子萌发实验后,做光对绿色植物的影响，无机盐对植物的影响的实验，不用移动种子，简单方便。试管体积小，占地小，能允许全年级的同学同时进行多组实验。2、探究实验时间的安排调整教材：把实验材料和知识点相关的几个实验整合成系列课，在七年级上册第二章被子植物的一生中，有“种子萌发的环境条件”、“测定种子的发芽率”、“根的什么部位生长最快” 三个探究实验。三个实验其实是有内在联系的，可以连在一起做，而且根毛的观察，光对叶绿素形成的影响等内容也可以渗透其中。这样就可以解决时间不够的矛盾。3、信息技术的支持基于本实验是初中生物教学中第一个引导学生设计的探究实验，教师的指导不容忽视。因此在校园网中建立了“探究性实验专题学习网站”，为学生开展探究型课程提供了一个切实可行的操作平台，辅助实验教学。探究性实验简介这一栏目对探究实验过程、方法、实验设计思路有专门介绍，帮助学生了解探究实验的思维，尤其详细介绍同学普遍感到困难的对照实验，通过对典型实验分析，阐明对照实验的思路，有意识分析哪个是属于实验组，哪个是属于对照组。实验过程还提供照片、方法步骤极其细致，有利于学生的理解和模仿。种子萌发的相关实验介绍这一栏目中给出与种子萌发的外界条件相关的多个实验假设供学生自主选择。必须做的实验的技能、步骤、器材都有详细说明、需要观察的项目用表格的形式给出，实验的报告格式也有事先设计好的范例。学生可以选任意的一种假设进行实验，填写观察数据，分析后，再填写实验报告，最后得出结论。学生完成实验的难度降低，可能性增强，适合这个年龄学生的特点。其他实验只做简单介绍，给出实验，引导学生自己寻找解决的方法。种子萌发实验数据中心这一栏目学生可以将自己的实验数据上传，供他人参考或进行交流。教师可进行评价和指导。4、探究内容的选择教学内容的总体安排应有一定的梯度，逐步加大探究力度，尽量分层次教学，面向全体学生，还学生选择教育的自主权权。首先安排对种子萌发的外界条件水分、空气、温度等必须选择的探究活动，以训练学生了解探究的基本过程，逐步学习探究所需要的方法；然后在自由选择部分，先安排一些部分探究和指导性探究，如对单因素水分的扩展探究，使学生认识探究的内涵；在学生对探究有了一定的认识之后，就可以安排完全的和开放型的探究，以发展学生的探究能力，如洗涤剂对种子萌发影响，酸雨和废旧电池对种子萌发的影响的自主探究。其次，不同的学生活动的数量也不相同,必选实验完成的好的同学鼓励他们多做自选实验，完成更多的探究活动。对实验完成不好的学生,教师帮助寻找原因并激励他们再做实验,但实验中逐步加大对学生的实验要求。完成以上调整使学生有了一个可以探究，可以自主实验的课堂，把课堂的时间还给了学生，要给学生自主学习的时间，让学生有充足的时间去操作、去思考、去交流。二、实验中教会学生科学方法，培养学生的探究能力能力与方法是密切相关的，教师要培养学生科学探究能力，就意味着要帮助他们掌握完成某种科学任务的方法。探究过程中，结合探究的不同阶段，渗透不同的科学方法的教育在问题提出阶段，主要有观察现象、发现问题的方法；在假设阶段，渗透推理、形成假说的方法，实验设计阶段注重实验设计能力的培养。在检验阶段，渗透实验设计、观察和实验、收集信息和处理信息、归纳、演绎和数据资料等整理的方法。将来长大成人后，无论是在工作还是生活中，都将继续使用这些探究的方法。 （一）培养学生提出问题的能力1、以学生日常生活经验为前提，启发学生提出问题。发现问题是解决问题的起点和支点。教师创设问题情境，利用叙述、实验和录像等手段，提供给学生司空见惯而又富有启发性的生物现象，让学生自己提出问题。让学生自己从中发现问题：种子萌发需要哪些环境因素。2、从学生认知规律出发，“以学生为本”提出问题。教师根据学生已有的认知结构和思维水平，在实验探索的过程中设置一个个彼此相关、循序渐进的问题，通过连续提问，诱导学生去发现问题、分析问题和创造性地解决问题，在这种方式下，教师以问题为引子，让学生带着问题去学习，从而激发学生的创造欲望。如： 教师问题： 种子萌发是否需要水？日常生活中种子可遇到那些水？学生问题一： 水/可乐/糖水/盐水/汤/河水/雨水/矿泉水/酒/学生问题二： 水/不同浓度的洗涤剂水学生问题三： 水/不同浓度的电池浸泡液水学生问题四： 水/不同浓度的酸雨溶液学生问题五： 比较不同种子萌发需水量学生问题六： 寻找同一种子萌发最佳需水量3、通过观察发现实验过程中出现问题怎样发各种芽菜是很多同学愿意研究问题，教师鼓励学生在家进行，得到家长的帮助，学会发豆芽的方法。实践中对器具选择，鼓励学生广开思路，学生最后选用卖鸡蛋的纸板发绿豆和黑豆，效果良好。发豆芽过程中对水分、温度的控制指导学生做定量的研究，将课堂学到的知识用于自己的实践，尝试寻找绿豆在萌发的不同时期最佳需水量，做到既节水发的豆芽还健壮。如有一组的学生想是测试香烟对植物种子萌发的影响。为了在实验室中运用实验方法将香烟烟雾中成分的危害性验证出来，他们刚开始是把香烟烟丝浸泡在蒸馏水中，然后用烟丝浸出液来做各种实验，虽然实验结果很明显，但是在分析实验现象时他们遇到了难题，很难简单地说是由于香烟的烟雾成分对实验对象造成的毒害，所以实验需要加以改进，后来经过老师的提示，学生们再通过查找资料，终于突破了这一难题，他们设计了一个巧妙的烟雾收集装置，即用一个大号针筒通过橡皮管和香烟连接起来，通过针筒的抽吸作用得到香烟烟雾，再把收集到的烟雾通入到蒸馏水中，使烟雾溶解在里面，再用溶解有烟雾的蒸馏水来做各种实验，实验结果非常理想，现象很明显，导致实验结果的原因也较单一，能够说明实验。波普尔认为，观察总是离不开理论指导的，“先有理论，后有观察”，而“问题始终是第一性”的。为此，他提出了“科学始于问题”的理论。这是很合乎唯物主义思想的真知灼见。（二）培养学生猜测与假设的能力提出假设为问题的解决指明了方向。提出假设可以为问题的解决搭起从已知到未知的桥梁，是探究活动的一个罗盘。一旦学生形成强烈的问题情景，教师就应鼓励学生尽量提出假设，以进一步激发学生主动思考问题的积极性，促进其认识的发展，以达到一种更高的层次。在这一环节中，学生提出了种子萌发的环境因素可能有：空气、阳光、水分、土壤、温度、肥料等，学生大都认为空气、水分、温度可能是种子萌发的环境因素，但也有少数学生不完全赞成，他们认为阳光和肥料也可能是其中的因素，这时教师要允许他们坚持自己的观点，鼓励他们验证其假设。这样有利于学生保持个性，培养自我反思能力。对种子萌发外界条件进行假设时学生容易漫无边际的讨论，课堂气氛虽然活跃，但学生没有学会由问题作出假设的方法，在课堂上我采用由变量为主线，引导学生作出假设的方法，教会学生思维。提出温度会影响种芽温度吗？由水这个变量酸雨电池水洗涤剂生活污水酒精工厂污水；由水（多少）这个变量不同植物种子需水量同一种子不同时期需水量让学生做出相应的假设。提出温度会影响种芽温度吗？由水温度这个变量低温会不会减慢种子的发芽高温会不会加快种子的发芽是否存在某个最佳发芽温度不同植物种子萌发的最佳温度。对学生提出的多种假设，教会他们验证的方法：我的假设是与那个变量有关？我怎样检验这个变量？我容易测量这个变量吗？我容易设计出一种观察或实验方法检验这个变量吗？我怎么观察到它吗？实验现象是否明显？引导学生开始思索对假设进行实验设计。（三）培养学生制定计划和设计实验的能力科学探究不能盲目进行，在制定探究计划或设计实验之前，从操作角度地探究猜想与假设具体化、程序化。让学生制定好计划做好实验准备：包括器材、观察记录（表格）、制定观察计划。首先明确观察目的，学生要清楚地知道要观察什么、通过观察要得到什么。在实验中，教师都要拟定一个观察提纲，以表格等形式给学生一个明确的观察目的和具体任务，这两个表格是必须完成的，（表一、表二、表三见后）加强对观察活动的指导，以确保观察目的的实现。同学可以根据自己的实验和习惯设计观察表格，要求学生对一粒种子做连续的观察，同组的同学每人观察记录4粒自己喜欢的种子或负责根、茎、叶的变化任意一项的研究，使每个同学都有任务，同时观察是多个同学从不同侧面进行的，集中大家的智慧，减少个人观察的片面性。其次动态地连续观察，种子萌发的过程就是一个连续的动态过程,需要做较长时间的连续性观察，并需要及时做好观察记录，以便得到有价值的资料。对种子萌发的观察要引导学生按照一定的顺序，由整体到局部观察，便于使学生迅速获得正确观察方法和认知规律。部分同学可用数码相机每天拍照，获得一系列的照片，体会种子萌发的全过程。大部分同学要求用绘图的方法，记录种子萌发的全过程。观察与测量相结合，观察是借助一定的测量工具，从量的方面对事物进行考察，经过对观察对象的精确测量、比较，揭示事物之间的细微差别，或事物随时间推移发展变化的规律。观察时教师明确要求学生测量小麦萌发时每天根的长度，茎的长度。要求记录小麦每天的需水量，为后面的课程埋下伏笔。设计实验时其基本思想就是“对照”，在实验设计中，通过设置对照组，可排除无关变量的影响，减少实验误差。教师在通过分析课本实验中哪个是属于实验组，哪个是属于对照组，让学生了解对照实验。分析实验变量时，辨别影响实验的各种变量，对单一变量的控制分析，现象原因比较清晰容易理解。如水份对种子萌发的影响，水由无、少量、适量、过量，温度由室温、户外温度、到低温（冰箱）学生易理解。在设计种子萌发的条件时，先抓住单一变量，要求以清晰的思维、条理性思路，设置出较为有效的、完善的对照实验。这对于学生分析、推理等思维能力也是很好的锻炼。然后师生共同讨论2个单因子的实验设计，让学生初步领会，尝试设计。多个变量实验设计时，我们可采用单因子控制的方法，化繁为简去分析，然后再综合分析考虑多个变量之间的综合影响问题，设置一个共同的对照组。探究过程是小科学家的体验因此生物课就是要创造条件让学生经历科学家们曾经经历过的、曾经体验过的那个过程，从而更好地理解生物科学。（三）收集信息和处理信息的能力寻找和收集信息是一种基本的实验技能。教师应培养学生收集、筛选、组织、使用各种信息的能力。学会有目的地资料，识别、选择和利用各种信息，特别要注意让学生不能忽视图书、报刊、期刊的查阅和使用。有意识让学生到图书馆查阅生物学通报生物教学等期刊，寻找与种子萌发有关的资料。鼓励学生到图书大厦查阅最新资料，尤其是一些相关的进口少年儿童图书，“做中学科学”、“玩中学科学”的系列实验，开阔思路。教会学生利用网络工具解决实验中遇到的问题。如：酸雨的资料，酸雨模拟液的配制，ph试纸的使用等通过论坛，学生在课内课外均可随时交流遇到的困难、寻求教师的指导，也可以帮助其他同学解决困难问题。部分喜欢在论坛和同学老师请教实验，觉得比面谈沟通容易，感觉自在。有部分同学喜欢通过专题网站与老师交流沟通能及时得到帮助，感觉非常方便灵活。培养分析和鉴别信息的能力，要求学生要对提供的资料必须先进行加工整理，再经过和小组两人以上的讨论分析后，才能用于实验或上传到校园网内的专题网站，以确保使用资料的准确性。培养学生一丝不苟的科学态度。同学将收集了很多相关资料。上传到网站，供同学参考,还有的同学选的实验留在老师的网页上，留给以后的同学去做，以后的同学会看到他们的名字，学生都很兴趣盎然，乐此不疲。教师适当介绍国外的相关网站，下载同龄学生进行的实验，号召学生进行相同的探究，激起他们的好奇心和竞争意识。相当一部分学生试着翻译后，进行实验，有很强的成功感。（四）培养分析数据资料，得出结论的能力培养学生知道如何客观如实记录观察所得的原始资料，学会忠实记录所观察的现象，所有的记录都必须仔细核定时间、地点、内容、事件发生的条件，数据必须有测量的单位等等。观察后可对原始记录、数据等资料及时分类、统计、整理分析，绘制成图表、简图；强调学生将数学课内学会的方法应用到实际中，鼓励学生使用计算机处理数据。如学生处理不同浓度的洗涤剂对小麦种子萌发影响的实验数据时，要求大部分学生绘制成他们喜欢的直方图或用计算机课学过的excel软件形成多种图表进行分析。通过数据分析与思考实验探究结果是否较圆满地解决了所提出的探究问题、探究结果是否与书本上的结论相吻合、探究结果是否与日常的经验或现象相矛盾、探究结果中各要素之间的关系是否符合逻辑等等。教师应启发学生从实验方案设计、实验条件的控制等方面去思考实验探究结果的可靠性，用科学的方法，分析推理得出科学的结论。（五）培养表达与交流的能力。表达与交流也是科学研究工作中需要学习的一项基本过程技能。要鼓励学生学会运用多种不同的交流方式，把发现的结果，用图画、语言、电子方式和图表表示出来。并能正确运用科学术语描述科学事实，语言要简洁，逻辑性强，力求简明扼要，用精确完整的科学概念、科学术语表达，并要有一定的层次性。表达与交流时重视学生的实验报告的书写能力的培养。学生感到最困难的是不愿意写实验报告，大部分报告是下载老师的空白报告，填写的。学生愿意以电子表格的形式上传实验结果，讨论实验现象，不愿意处理实验数据，分析实验结果，概括总结得出结论，说明学生抽象思维能力较差，有待培养。尝试用学生喜闻乐见的形式进行交流，用漫画的形式表现种子萌发所需要的条件，同学积极参与，画出许多想象力丰富的实验宣传画。部分有美术基础的同学画出漂亮的水彩画表现种子萌发的过程。(六)培养学生反思与评价的能力 反思与评价是从严密的角度对探究行为和结果的可靠性、科学性进行重新审视的过程。通过反思与评价，能使学生发现实验探究中存在的问题，扬长避短，获得新的发现和改进建议，发展批判性思维，体验实验探究活动的乐趣和学习成功的喜悦。实验成功了，再去探索最佳方案。如果结论与我们的假设不一致，失败了，教师应和学生分析实验过程，看看有无错误的地方，甚至可重复几次实验。若得出的结论仍假设不相符，那教师就得和学生一起重新思考，提出新得假设，再设计新得