浅析中学生物教学中的制定计划与设计实验

杨华 陶颖婷

随着《普通高中生物课程标准（实验）》把“倡导探究性学习”作为课程的基本理念提出来，并将科学探究列入内容标准，探究性教学越来越被教育教学工作者所倡导。“制定计划与设计实验”作为科学探究过程中重要环节之一，它要求探究者从操作的角度把猜想与假设具体化、程序化，为科学探究的具体实施做出规划[1]。本文将从制定计划与设计实验在教学中的作用、在教学中的具体实施步骤、实施中应注意的问题等三方面进行探讨。

1 制定计划与设计实验在教学中

的作用

制定计划与设计实验是一种决策，没有计划的行动是盲目的行动，计划的好坏直接影响到科学探究的成败。研究计划的制订过程也是一个探究的过程，是提高学生探究能力的一个重要方面。将科学探究的这一重要要素应用于实践教学中，具有重要的意义。

1.1 培养学生的科学素养

学生依据各种资料和以往相关经验，模仿科学家在正式开始研究前进行实验的设计，亲历科学探究的主要过程，体验科学研究的过程和方法。学生在积极参与和主动探究的过程中，可自主获得科学知识，掌握科学方法，并形成一定的科学态度和科学精神[2]。

1.2 确保实验或调查活动有序、有效地展开

古语云：凡事预则立，不预则废。正式进行实验或调查活动前，合理恰当的计划可大量减少实际操作中遇到的不利因素。如在“探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度”实验设计中，在正式实验前先设计一个预实验，可以检验实验设计的科学性和可行性，以免盲目展开实验带来不必要的时间和财物浪费。

1.3 提高学生探究性试题的解题能力

新课改后，高考试题越来越注重考查学生自主探究的能力。实验题中常给出已知的条件和实验试剂与仪器，让学生自主设计实验步骤，这类试题实则是对制定计划和设计实验能力的考查。实践教学中让学生真正经历科学探究中制定计划与设计实验的过程，使其形成科学的实验设计思路，必能提高学生对这类题目的解题能力。

1.4 将多元智力理论充分运用于中学课堂教学

现代社会处于需要各种人才的时代，多元智力理论倡导教育必须促进每个人各种智力的全面发展，让个性得到充分的发展和张扬。制定计划与设计实验教学以小组形式为载体，在实践教学中，使每个学生都发挥了自己的特长，促进学生能力的全面发展、个性的充分发挥。

2 制定计划与设计实验在教学中

的实施步骤

2.1 查阅相关资料

依据提出的问题和合理的假设，学生需要进行实验具体步骤和方案的制定。在这之前，学生需要查阅一定的相关资料。

1）关于该探究内容已有的研究成果。在科学探究的过程中，学生要借鉴科学家的做法，站在前人的肩膀上继续探究。这样不仅节省了大量不必要的工作量，还能使制定计划与设计实验的前期工作更具科学性。如沃森和克里克在发现DNA分子的双螺旋结构之初，就借鉴了威尔金斯和其同事富兰克林提供的DNA衍射图谱。

2）相关科技书刊。科技书刊中有许多对科技知识的介绍，条件好的学校图书馆对相关书刊提供借阅。对中学生科学素养提升较高、帮助较大的书刊有《环球科学》《牛顿科学世界》等。

3）教材中提供的资料。教材中涉及的探究性实验在制定计划与设计实验模块常有一定的资料作为参考，如人教版必修三中“土壤中小动物类群丰富度的研究”中就给出研究计划表的雏形供学生参考与进一步完善，对学生顺利进行实验设计提供了模板。

2.2 明确探究目的和已知条件，制定实验方案

要制定实验方案，必须明确实验目的。实验目的来自于科学理论上的猜测与假设，制定实验方案，实际上就是从操作的角度把探究的猜想或假设具体化、程序化。如“影响酶活性的条件”实验中，学生就必须明确探究目的是说明酶促反应都具有最适温度和最适pH，高温、过酸、过碱都会导致酶失活。

根据探究假设来确定实验目的，根据实验的目的来思考实验的原理，按照实验的原理来设计实验的程序和步骤，这是构思实验方案的基本线索。在制定实验方案的实施技巧上，还可根据实验目的来分析实验需要解决的各个问题，然后提出解决每个问题的各种方法，经比较、选择、优化后，形成最终的实验方案。

2.3 尝试选择适宜的实验方法及所需要的材料和装置

按以上两步确定好实验方法后，要细化实验材料和装置的选择，该选择涉及的面很广，如实验原理、实验的误差要求、实验器材的功能、实验器材的安全、实验操作的方便性以及实验器材的代用品等，这些方面都会对实验材料和装置的选择产生影响。学生在具有多次选择实验经历以后，可以总结一些在选择实验器材方面的基本思路。

1）选择简便的实验材料。实验选材在实验中的重要性不言而喻，如遗传学之父孟德尔在探究生物遗传规律时，选择豌豆作为研究的实验材料，正是因为豌豆相对性状明显、生长周期短，是实验材料的佳选；且为自花授粉，省去了套袋的麻烦。

2）选择合适的实验装置。探究性实验旨在培养在探究过程中学生的思维能力和创造能力，故同一实验可有不同的装置，但哪一装置更适合，学生就需要考虑到学校现有的设备水平、自己现有的操作能力等。如“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”这一实验，人教版考虑到权衡各地实验条件，采用的是运用血球计数板对酵母菌种群数量进行计数的方法；而浙教版则依据当地经济发达状况，采用比浊计测定菌液的浑浊度，利用分光光度计测定菌液的光密度，先测定菌液浑浊度与菌液密度之间的关系，再通过浑浊度间接反应菌液密度[3]。

2.4 考虑影响问题的主要因素，确定实验变量及其控制方法

高中生物实验设计的基本原则主要有单因子变量原则、平行重复原则、设置对照原则、随机性原则。这些基本原则教师应在科学探究活动之前进行系统性讲解，供学生在具体实验设计中参照选择。例如在“探究加酶洗衣粉的洗涤效果”实验中，首先应确定自变量和因变量。自变量就是不同类型的洗衣粉，即蛋白酶洗衣粉、复合酶洗衣粉和普通洗衣粉，因变量就是洗衣粉对油渍、汗渍、血渍的去污能力。然后，找出无关变量并制定控制措施。该实验中，实验所用的洗衣粉量、污渍的污染程度、洗涤材料的大小、水量的多少等，都是无关变量。在这一实验中，教师必须引导学生保持各组中无关变量一致性，消除这些受控制的因子对实验可能引起的影响。

3 培养学生制定计划和实验设计

能力应注意的问题

3.1 教师应由知识的传授者转换为知识的引导者

在实验设计过程中，有些问题学生自己讨论后，可以自行解决；有些问题学生较难解决。对于后者，教师应利用学生已有的知识基础，用适当的方式点拨学生解决问题，指导疏通学生思路的中断点。学生在思考问题时造成思路阻塞或中断的因素较多，主要是学生头脑中所形成的概念、规律与实际问题的联系相互隔绝。教师要引导学生克服思维定势，寻找解决问题的方法。教师还应该善于发现学习的难点，在点拨学生时，不宜讲得过多，只要把关键的问题点到即可。

3.2 给学生安排足够的设计时间

教师需要科学合理地安排时间，保证学生有足够的时间去设计实验，在学生头脑中形成一个清晰的实验方案后才能动手实验。一节课的时间非常有限，教师应先强调实验设计中应注意的事项，再鼓励学生在课余时间进行制定计划与设计实验，最后课上让各小组分别汇报实验设计方案，教师给予评定和指导，学生进行改进后开展实验。

3.3 注意实验安全性问题

在设计实验的预实验环节中，教师必须格外重视实验室安全性问题，防止发生安全事故。在条件允许情况下，教师可提前组织培训各小组组长，教给他们正确的安全事故应对措施，保证学生在自主预实验环节，能对突发性事故及时处理。

3.4 注意培养团队合作精神

新课程倡导合作性学习，促进学生之间的相互交流、共同发展，促进师生教学相长。在以小组为单位的制定计划与设计实验过程中，教师应尽量让学生科学组建合作性小组，明确小组内各成员的分工，让学生养成互相信任、团结互助的意识和技能。

4 总结

制定计划与设计实验意识与能力的培养，可随科学探究七大要素全面性的训练展开，也可设计具体问题，单独进行[1]。由于计划和方案易于书面表达，可测性强、评价简便，在国家课程标准颁布实施之际成为各类考试检测的热点，成为学生科学探究能力测试的重点。提高学生制定计划与设计实验，研究生物及其相关问题的意识和能力，有助于学生增强综合决策的意识和能力，使学生从生活走向生物、从生物走向社会的新理念的体现。

参考文献

[1]赵承忠.培养学生“制定计划与设计实验”的意识与能力[J].学科教学,2003(2):40-43.

[2]黎云祥,赵广宇.新课标中学生物学教学实用教程[M].北京:

科学出版社,2011(10):95-96.

[3]赵奂.“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”实验研究[J].生物学通报,2011,

46(5):53-55.

（作者单位：广西师范大学生命科学学院）