走进高中生物新课程

走进高中生物新课程高中生物新课程的实验规划高中实验教学的组织探究学习和探究性实验的研讨

在努力探索普通高中生物新课程的课堂教学改革的同时，创造条件、就地取材、因陋就简地开设好生物学实验，是学校领导和生物学教师的义不容辞的责任。一、中学生物实验研究资料的来源㈠国外研究⒈

[英]主编：“国际教学与教师培训百科全书”，英国培格曼出版公司于1987年出版，教育与科普研究所编译，学苑出版社于1989年6月出版有关理科实验教学资料来自于30多位学者于1968～1986年的研究成果，E.赫加蒂.黑兹尔编著

20世纪70年代，克洛普弗（Klopfer）等学者认为，在中学理科实验室进行的教学活动主要有：⑴按既定程序的练习、实验操作和验证活动⑵聆听科学方法的讲座⑶以个性发展为目标的技能训练(凯勒计划)⑷多媒体辅助的实验教学⑸通过实验的发现活动⑹设计活动⑺学生参与的研究活动等他们将上述实验室教学活动的目标概括为：a获得知识和培养理解能力；b训练动作技能；c参与科学探究的过程，包括观察、测量、分析数据、提出问题和解决问题的方法；d了解科学家的方法；e培养对科学知识的兴趣和科学态度；f提高对科学知识及方法的应用能力。大多数学生参加的实验室教学活动，主要是达到a、c、d、e的目标。1971年，赫伦（Herron）以探究设计为依据，将中学理科实验分为4个级别：0、1、2、3，其中，0级为技能训练，1级为验证已知，2级和3级提供科学探究的机会。1978年，赫加蒂.黑兹尔()又将2级（教师提出问题、学生设计实验）分为2A级和2B级，2B级为教师引导下的学生自主探究。总之，从0至2B级学生对教师的依赖性减少，而小组合作程度增加。

⒈1987年，陈浩兮编者的《中学生物学教学法》一书指出，生物实验因目的之不同而有探索性实验和验证性实验的区分。验证性实验对于巩固基础知识和掌握实验技能很有好处，但学生比较被动。为此，应逐步增加实验的探索研究成分，提高学生的积极主动性，加强实验能力的培养。生物学实验教学的组织形式主要有3种：边讲边实验、分段并进式和独立作业式。㈡国内研究⒉1988年，赵锡鑫编著的《生物学教学论》将生物学实验分为8类：①形态解剖实验；②分类实验；③生理生化实验；④生态学实验；⑤生殖发育与遗传实验；⑥生产实验；⑦工具操作性实验；⑧野外观察实验按其实验目标的不同，他将实验分别列入发现教学法和复习教学法之中，前者的实验可分为：观察性实验、引导发现实验、独立发现实验，后者的实验为巩固和验证实验⒊1992年，周美珍主编的《生物教育学》一书中，按实验教学方式的不同，将其分为：演示实验、学生实验和课外实验。学生实验分为：验证型实验和探索型实验，前者达到巩固和验证已有知识，以及进行实验技能训练；后者将获取新知识、训练基本技能和培养独立探索能力三者统一起来。课外实验不受课堂45分钟的限制，广开实验途径，学生亲自动手操作，扩大视野和知识面，培养独立工作能力。⒋1996年叶佩珉和赵占良两位专家的实验分类探索性实验观察判决实验析因实验定性实验定量实验验证性实验调查模拟探究提供方法自我设计

实验类别ⅠⅡ实验类例观察实验生理生化分析模拟探究调查研究验证实验探究实验判断析因定性定量部分全程鉴定组织内可溶性糖…√√√高倍镜观察叶绿体√√探索酶及其作用特性√√√探究影响酶活性的因素√√√质壁分离及复原√√√植物向性运动实验设计…√√√√实验类别ⅠⅡ实验类例观察实验生理生化分析模拟探究调查研究验证实验探究实验判断析因定性定量部分全程性状分离比率的模拟实验√√√调查人群中遗传病√√种群密度的取样调查√√√设计、制作生态瓶…√√√调查环境污染对生物的影响√√√√⒌1986～1999年间，北京四中生物必修课教学先后选定36个实验内容。借鉴国外研究成果和根据实践经验，将这些实验内容按其探究活动水平的不同加以分级如下：

章课题实验内容分级绪论⑶蜾蠃生殖行为的观察与研究媒体报道生命科学动态的调查用电光源显微镜观察叶表皮及保卫细胞ⅢⅣⅠ生命的基础⑻食物中营养成分的鉴定观察原核细胞和真核细胞形态探究透析膜的扩散原理探究活细胞膜的通透性观察细胞质的流动现象观察叶绿体和有色体观察细胞有丝分裂观察人体白细胞的癌变ⅠⅠⅢⅢⅠⅠⅡⅡ新陈代谢⑺比较过氧化氢酶与Fe3+的催化效率探索淀粉酶的特异性探索温度和PH值对酶活性的影响提取和分离叶绿体的色素观察植物细胞的质壁分离及复原观察离子的交换吸附现象制作实验装置和测定食物中能量ⅢⅢⅢⅢⅡⅡⅣ生殖和发育⑶观察酵母菌的出芽生殖观察蝗虫精母细胞的减数分裂牡丹花粉母细胞减数分裂的研究ⅠⅠⅣ生命的调节⑵生长素类促进生根的实验设计和观察细胞分裂素生理作用的实验设计和观察ⅣⅣ遗传和进化⑼DNA的粗提取和鉴定设计和制作DNA双螺旋结构模型DNA复制的模拟性实验概率在遗传研究中的应用观察玉米杂种后代粒色的分离现象人类几种性状遗传表现的调查研究观察生物体大小的变异观察果蝇唾液腺染色体永久装片人工诱导多倍体的实验设计与观察ⅠⅤⅤⅡⅢⅣⅢⅠⅣ生物与环境⑷不同环境下温度和湿度差异的比较研究培养基中酵母种群数量动态的研究制作小生态瓶和观察生态系统的稳态酸雨影响种子萌发的实验研究ⅢⅢⅣⅣ二、高中生物新课程的实验规划㈠学生活动分类和实验分级⒈活动类别演示实验学生实验技能性实验探索性实验验证性实验：动作技能训练：获得新知：检验已知研究性课题实验探究调查研究文献资料分析实习活动课堂上学生参与的实验活动分为3类：以实验操作技能训练为主的技能性实验以检验已知的事实、概念或原理的真实性为主的验证性实验以引导学生通过探究获得新知和接受科学方法训练为主的探索性实验。⒉生物新课程的实验分级

分级实验目标例证性实验观察或鉴别观察对象“是什么”，或鉴别实验材料中“有什么”观察线粒体和叶绿体DNA粗提取和鉴定验证为阐明“为什么”或“怎么样”提供实验依据，或证实物质或结构动态变化观察细胞有丝分裂观察质壁分离及复原引导式探究教师提出实验结构或程序，学生参与“干什么”和“发现什么”的探究探究生物膜的透性提取和分离叶绿体色素分级实验目标例证性实验自主式探究学生自主探究，设计和执行实验方案来检验对“有什么”和“为什么”的解释探究影响酶活性的因素探究低温诱导染色体加倍模拟或制作设计和制作实验研究的某种对象，或人为条件下模拟研究对象的动态变化制作DNA双螺旋结构模型模拟性状分离的杂交实验㈡生物新课程的实验内容⒈必修部分模块序号实验课题类别级别生物Ⅰ1-011-021-031-041-051-061-071-081-091-101-11观察细胞中DNA和RNA的分布检测组织中还原糖、脂肪和蛋白质使用显微镜观察多种细胞观察线粒体和叶绿体通过模拟实验研究生物膜的透性观察植物细胞的质壁分离和复原探究影响酶活性的因素叶绿体色素的提取和分离探究酶母菌的呼吸方式模拟研究细胞表面积与体积的关系观察细胞有丝分裂技能技能技能技能探究验证探究探究探究探究验证ⅠⅠⅠⅠⅢⅡⅣⅢⅢⅢⅡ模块序号实验课题类别级别生物Ⅱ2-012-022-032-04观察细胞减数分裂制作DNA分子双螺旋结构模型模拟植物或动物性状分离的杂交实验低温诱导植物细胞染色体加倍验证技能验证探究ⅡⅤⅡⅣ生物Ⅲ3-013-023-033-043-053-063-07探究植物生长调节剂对插条生根的作用利用计算机辅助模拟人体内稳态的维持模拟尿糖的检测探究培养液中酵母菌群的数量动态变化土壤中动物类群丰富度的研究探究水族箱（或鱼缸）中的群落演替设计并制作生态瓶探究验证验证探究探究探究技能ⅣⅡⅡⅢⅢⅣⅤ⒉选修部分的实验活动主要实验内容微生物的利用⒈平面培养和分离大肠杆菌菌落⒉用土壤浸提液进行细菌培养（仅以尿素为氮源），并测定菌群的生长状况⒊分离并观察土壤中纤维素分解菌，讨论这类微生物的应用价值。酶的应用技术⒋检测果胶酶活性，观察其对果汁形成的作用⒌尝试在适宜温度、pH等条件下，用脂肪酶、蛋白酶洗涤衣物上的油渍、汗渍、血渍⒍尝试制备和应用固相化乳糖酶，并检测牛奶中乳糖的分解状况主要实验内容生物技术与食品加工⒎设计简单装置并用于提取某种芳香油⒏制作米酒，再由酒酿醋，设计并安装生产果汁酒或醋的装置⒐制作腐乳并分析影响腐乳品质的条件⒑制作泡菜并用比色法测定其亚硝酸盐含量生物技术的其他利用⒒用植物组织培养法培养花卉幼苗，并进行露地栽培⒓提取血清中乳糖脱氢酶、并分离其同工酶⒔将某个DNA片段进行PCR扩增基因工程⒕DNA的粗提取和鉴定㈢选择实验内容的依据⒈新课程的理念和目标《标准》倡导探究性学习，力图促进学生学习方式的变革，引导学生主动参与探究过程，勤于动手和动脑，培养和发展学生的科学探究能力。对发展学生的科学探究能力提出的具体要求是：⑴客观地观察和描述生物现象⑵通过观察或从现实生活中提出与生物学相关的、可以探究的科学问题⑶分析问题，阐明与研究该问题相关的知识⑷确认变量（包括调节变量和应变量）⑸作出假设和预期⑹设计可行的实验方案（或调查方案）⑺实施设计方案，搜集数据⑻利用数学方法整理和解读数据⑼根据实验或调查提供的证据作出合理判断⑽用准确的术语、图表介绍研究方法和结果，阐明观点⑾听取他人的意见，利用证据和逻辑对自己的结论进行辩护以及作必要的反思和修改⒉根据学生的知识基础、心理特点和认知规律高一学生迫切希望通过自主学习进一步认识生命的本质，以及生物与环境之间相互作用的实质。与此同时，他们的思维活动正在完成由形象思维为主向抽象思维为主的过渡。根据学生的知识基础、心理特点和认知规律，新课程的实验内容注重动作技能训练的作用，在完成必要的实验操作技能训练的前提下逐步开展验证性和探究性实验教学。⒊根据课程内容的性质新课程的必修部分建议安排22个实验。“分子与细胞”模块不仅实验数目多，而且有各种实验类型，其原因是该模块知识涉及到细胞结构的动态变化，以及细胞内物质的代谢变化，便于安排一些适合学生观察、测定、验证或探究的实验活动。“遗传与进化”模块的知识，主要是从细胞水平和分子水平阐述生命的延续性，适合学生在课堂上完成的实验课题则偏少。⒋根据实验条件和教师能力水平还有许多实验对于达到高中生物教学的预期目标是十分必要的，如制备生物膜、观察细胞质流动、探究酶及作用特性、探究细胞核的功能、DNA的粗提取和鉴定、果蝇的杂交实验、观察果蝇唾液腺染色体等。这些实验对实验条件要求较高，一些教师还难以完成这些实验的操作。三、实验教学的组织㈠技能性实验⒈实验教学目标技能性实验分为动作认知和动作技能两类：前者指对实验对象进行操作的运动规则，包括实验内容、实验目的、实验原理、材料用具、药品试剂、方法步骤、实验结果、分析结论等认知成分后者指对实验对象进行的准确、连贯、协调、自动化的操作性动作。《标准》对动作技能训练的基本要求是：能够正确的使用一般的实验器具，掌握采集和处理实验材料、进行生物学实验的操作、生物绘图等技能。其内容及目标如下：初中年级动作技能训练的目标⑴*明确实验或观察的目标和对象⑵*知道常用药品试剂⑶会使用常见生物实验仪器、工具⑷*记住实验或观察的方法和步骤⑸熟练使用放大镜和低倍显微镜⑹*会做简单的实验或观察记录，会初步地分析实验数据并得出相应的结论⑺会栽培实验用植物，识别校园植物、制作腊叶标本⑻学会饲养某种小动物，观察某些动物行为⑼制作徒手切片和简单的装片⑽解剖常见的小型无脊椎动物⑾制作昆虫标本⑿绘制生物体的轮廓高中年级动作技能训练的目标⑴*明确实验目标，领会实验原理⑵*熟悉常用仪器、器具⑶称量药品、配制常用试剂⑷熟练使用实体镜、解剖用具、高倍显微镜⑸学会检测细胞内营养物质⑹*学会用小动物作实验材料进行的的观察实验和生理实验⑺*制作DNA分子双螺旋结构模型和生态瓶⑻绘制生物图⑼进行人类遗传病的调查和生态调查⑽参与细菌分离、观察、接种与培养、植物组织培养和无土栽培等学习活动⑾尝试米酒、腐乳、泡菜等小食品制作活动⑿参与提取某种芳香油，提取血清中乳糖脱氢酶，DNA的粗提取和鉴定，对DNA片段进行PCR扩增等实验活动⒉动作认知和动作技能1972年，A.J.哈罗和E.J.辛普森出版《教育目标分类学-第三分册：动作技能领域》，提出技能目标分类的原则。

在辛普森分类系统中，第一、二层次是观察不到的学习行为，属于认知成分；第三、四层次是学习者处于连续学习某种特定动作技能的过程中，也包含一定的认知成分；后三个行为是可观察的学习者的动作技能水平。A·J·哈罗系统E·J·辛普森系统⒈反射动作⒉基础性动作⒊知觉动作⒋体能⒌技巧动作⒍有意沟通⒈知觉（领会）⒉定势（准备）⒊重复尝试（模仿）⒋正确反应（习惯操作）⒌自动化反应（熟练操作）⒍适应（调整动作）⒎创造（产生新的动作方式）1992年，汪古逊编著的《生物教育目标分类学》中明确提出动作技能目标分为动作认知和动作技能两大类。2001年，项伯衡、郑春和编著的《生物学教育与评价》中，对实验动作技能目标的动作认知类和动作技能类均作出具体区分分类层次基本要求见习知觉知道原理要领，形成动作表象定势明确程序方法，产生模仿心理练习模仿操作仿照示范进行不连贯操作独立操作独立、准确、连贯性操作熟练自动化迅速、协调、技巧性操作创造性设计并完成有创意性操作生物学动作技能目标分类⒊实例——观察细胞中DNA和RNA的分布见习（原理、要领或方法步骤）模仿操作独立操作自动化创造性⒈取血⑴麻醉蛙体⑵趾端皮肤伤口取血√√⒉制片⑴稀释血液⑵涂布法制片⑶水浴法酸解⑷冲洗血涂片⑸吡咯红-甲基绿染色√√√√√⒊观察⑴低倍镜观察⑵高倍镜观察√√⒋结论⑴DNA的分布⑵RNA的分布㈡验证性实验⒈实验目标认识到习得的科学知识的真实性，可以通过相关的实验活动来检验以实验结果为论据的论证过程，有利于学生的思维方法的训练⒉基本程序确定论题——其真实性需要检验的命题，也就是将用论据推出的结论获得论据——论据是用于确定论题真实性的命题，如实验数据、调查材料、文献资料等。论据是推理的前提。进行论证——论证是论据与论题之间的推理过程和推理形式。论证方式分为演绎论证和归纳论证。科学研究的论证通常是演绎论证，有直接论证和间接论证两种，反证法是常用的间接论证方式之一⒊实例——植物细胞质壁分离及复原论题：成熟的植物细胞能够与外界溶液发生渗透作用论据：①在高浓度蔗糖溶液作用下，洋葱鳞片叶外表皮细胞发生质壁分离②在清水溶液中，洋葱鳞片叶外表皮细胞发生质壁分离复原论证：①液泡体积变小、紫色加深现象所揭示的事实是什么？——水分渗出细胞，蔗糖分子不能渗入②假设原生质层为全透性结构，其实验结果将会怎样？——细胞内外溶液浓度相等，水分进出细胞数量相等，不发生质壁分离③假设原生质层使不透性结构，其实验结果又会怎样？——水分不能进出细胞，不发生质壁分离论点：①水分渗出（或渗入）细胞，蔗糖分子而不能进入细胞，说明原生质层具有选择透性；②外液浓度高时，水分渗出细胞，外液浓度低时，水分渗入细胞，表明原生质层两侧存在浓度差，并决定细胞液与外液之间水分子运动方向结论：由于成熟的植物细胞具备渗透实验装置的两个基本条件，因此能够与外界溶液发生渗透作用㈢探究性实验⒈探究实验的基本程序及界定盖拉格和施帝芬(Gallagher&Stepien，1995)等认为，对科学问题的探究最好像科学家那样完整地履行6个探究步骤：想出或鉴别一个有趣、重要并可以解决的问题学习与问题有关的大量信息确定有助于解决这个问题的实验、观察、计算进行实验、观察或计算确定结果是否能帮助解决问题……交流研究结果在义务教育《生物课程标准》的内容标准部分指出，科学探究通常包括：提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论和表达、交流；进而从5个方面解读科学探究的内涵，并以表格形式概述科学探究过程各个程序的基本要求（见下页）；最后，以“探究影响鼠妇分布的环境因素”为案例，对探究实验的基本程序加以解说。探究程序基本要求提出问题尝试发现与生物学相关的问题；尝试书面或口头表述这些问题；描述已有知识与这些问题的冲突所在作出假设应用已有知识和经验对问题答案提出可能的设想估计假设的可检验性探究程序基本要求制定计划列出所需要的材料、用具和试剂；拟订探究方案；选出控制变量，设计对照实验；预测实验结果并作出解释实施计划进行观察、调查和实验；收集数据；评价数据的可靠性分析结论描述实验现象；整理和解读数据；论证并得出结论表达交流撰写探究报告；交流探究过程和结论普通高中《生物课程标准》在“课程的基本理念”部分阐明了探究性学习目标；在发展科学探究能力方面提出的11项要求中，蕴含着实验探究的基本程序借鉴资料：[美]培生教育集团：“科学探索者”，浙江教育出版社出版。全套共15册，生命科学、物质科学和地球科学各5册。该教材的“技能手册”中，有关科学探究的论述可作为《标准》对科学探究程序界定的补充说明制定计划提出问题作出假设搜集数据得出结论交流反思材料设备方案预测控制变量给出操作定义⒉引导探究和自主探究中学生物学的探究实验分为引导探究和自主探究两种类型，源于1978年赫加蒂.黑兹尔()将2级分为2A级和2B级2A级系由教师提出问题、学生作出假设和设计实验方案，检验假设的必要资料和设备也是教师准备；2B级的整个探究过程由学生的合作学习小组独立完成，教师仅以学习者身份参与探究过程，也是学生自主探究的辅助者、组织者。多数科学探究实验仅仅关注探究程序的第二和第四个步骤，而简略了其他几个步骤。因此，探究实验又有部分探究和全程探究之分⒊生物科学探究模式乔伊斯（B.Joyce）等编著的《教学模式》（荆建华等译）一书中，专门介绍了生物科学探究模式，并列举“种子的发芽”“肌肉结构和功能”等实验活动，阐明这种教学模式的体系、组织结构、教师作用、支持系统，以及教育和教学效果等实验教学的组织有双重含义：广义上的组织工作包括：选择实验课题和确定实验内容、确定实验教学目标、营造实验教学环境、制定实验活动计划、调控学生实验进程、评价实验活动结果等。狭义上的组织工作专指按照实验导学计划逐步进行的学生实验活动体系，例如，引导探究实验活动依次分为：创设问题情境、学生确认问题、诱发实验探究、分析-结论、交流-反思等阶段，其中，实验阶段是教学组织的核心。⒊引导探究实例——酵