学生“实验探究能力”的培养与评价

邰玉韦

摘 要 从“提出问题能力的引导策略”“方案设计与实施能力的评价策略”和“收集和展示数据能力的方法策略”等方面，对学生的实验探究能力进行有效培养和评价。

关键词 实验探究能力 培养与评价 生物学教学

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

科学探究是生物学科的核心素养之一，也是一种学生学习科学知识、发展理性思维、形成科学态度和科学精神的重要过程和方式。实验探究是科学探究素养的重要组成部分，而实验探究能力作为关键能力之一，主要由提出问题能力、作出假设能力、方案设计与实施能力、收集展示数据能力、分析解释结果能力等组成。不同探究能力的培养其侧重点和策略有所不同，因此，在教学实践中，教师要针对学生不同探究能力发展的目标，进行有效的培养和评价。

1 提出问题能力的引导策略

教师要针对特定的情境并依据学生日常生活的经验，提出有价值的可探究的生物学问题。“提出问题”是实验探究素养中的重要组成部分，也是学生顺利完成实验探究的前提和保证。目前，教师在常规课堂中对于学生提出问题能力的专题训练较少，学生大都只是依据自己的直觉提出问题，他们提出的很多问题是无法解决的问题，而且大多学生都没有经过推理再提出问题的经验，也没有意识去思考提出的问题是否能够用实验来探究和验证、实验是否具可操作性等。因此，学生提出问题的能力需要教师适当引导和针对性培养。

1.1 重视提出问题的思维过程显性化

教师可将问题的形成过程进一步显性化，使学生了解提出问题的思维活动过程，激发学生发现并提出问题。

案例1：教师展示韭菜和韭黄的图片，并附加文字提示：韭菜和韭黄是同一种生物。教师可以循序渐进地引导学生提出以下问题：

（1） 韭菜和韭黄都是生活中常见的蔬菜，营养成分一样吗？韭菜和韭黄，哪种更有营养？

（2） 韭菜和韭黄既然是同一种生物，那么农民是怎样种出了颜色不同的蔬菜？

（3） 韭菜和韭黄既然是同一种生物，难道韭菜和韭黄的细胞结构中成分不一样吗？植物细胞的叶绿体含有绿色的叶绿素，是叶片呈现绿色的主要原因，难道韭黄中不含叶绿素吗？

（4） 韭菜和韭黄既然是同一种生物，什么原因造成叶片颜色不一样呢？根据农民培养韭黄过程，猜测难道叶绿素形成需要光吗？

问题（1）联系生活。若想探究营养成分，学生则要知道各种成分的鉴定方法，这对于初中生来说实现起来有一定的难度。对问题（2），教师可以引导学生上网搜索，或到农田里实地观察其整个发育过程。但这个问题的外延较大。针对问题（3），教师可以引导学生徒手制作叶片结构的临时玻片，利用显微镜观察。问题（4）是一个揭示事物本质并能通过多种植物进行实验探究的好问题。

产生好问题的思维过程：首先，找出两个事物之间的区别；再依据所找到的区别，利用学过的知识进行简单推理；进而依据一定的事实去假设推理，提出一个能用实验来研究的生物学问题；最后，再用科学、准确的语言描述出来。

1.2 设置“认知冲突”，引导学生提出问题

认知冲突是指学生学习的新知识与学生原有的认知结构无法包容时所产生的矛盾。认知冲突是激发学生学习的主要动力，能促进学生提出问題。

案例2：苏教版七上“探究植物的呼吸作用”实验中，在选取植物进行呼吸作用所需的实验材料环节时，笔者为学生提供了多种生活中常见的新鲜蔬菜、水果等，并提出问题：哪些材料可以做“探究植物的呼吸作用”的实验？学生毫无迟疑地选择了“菠菜叶”。因为在许多学生的前概念中，植物的叶片可以进行光合作用，植物的叶片也一定能进行呼吸作用。学生不知道甚至不相信植物的其他器官也会进行呼吸作用。因此，教师想帮助学生解决这些认知冲突，就要有意识地引导学生提出新的探究问题：“植物的不同器官都能进行呼吸作用吗？”这个问题是可以通过实验来探究的、有价值的生物学问题，该探究的实验变量就是植物的不同器官。教师可以提供等量新鲜的根、茎、叶、花等，以便于学生进行对照实验。

1.3 创设情境，激发学生自主提出问题

提供直观的实验材料、实验现象或结果、生活案例等是激发学生自主提出问题的有效情境。

案例3：“探究植物光合作用的实质”实验中，很多实验现象和实验装置材料都可以启发学生自主提出问题。上课时，教师带一盆绿色植物走进教室，其中该植物的部分叶片的正反两面都用透明胶带遮住。学生看到后会立即提出许多问题：

（1） 被透明胶遮住的植物叶片还能进行光合作用吗？

（2） 植物光合作用需要空气吗？

（3） 植物光合作用需要二氧化碳吗？经过教师引导和师生共同分析，确定第三个问题是可探究的好问题。

案例4：在“探究植物的蒸腾作用”这节课，教师课前可以为每个小组准备一个实验装置：一棵完整的富贵竹植物插入装有稀释红墨水的锥形瓶中（这里红墨水中的红色色素代表无机盐），水液面上方滴一层油，锥形瓶上方罩有一个透明塑料袋。该装置已放在阳光下几天，在塑料袋内壁已经聚集了很多小水珠。课堂上，学生很快就可根据所观察到的实验现象提出如下问题：

（1） 透明塑料袋内壁上的水珠是怎样产生的？

（2） 水液面上方为什么滴一层油？

（3） 促进水分在植物体内运输和离开植物体的这一现象是光合作用，还是呼吸作用？

（4） 植物生长需要的无机盐一般溶解在水中，水离开植物体时，无机盐为什么没有离开植物体（塑料袋上看不到红色水珠）？

（5） 植物蒸腾作用散失水分是通过叶片还是茎？……

2 方案设计与实施的评价策略

方案设计与实施在整个实验探究过程中起着承前启后的重要作用。《美国国家科学教育标准》中强调评价与学习的同等重要性；中国华东师范大学课程与教学研究所所长崔允漷教授认为，学会评价比学会教学更重要。

2.1 常规评价工具的使用情况比较

教师作出良好的教学决策和学生作出改进学习的评价都需要准确、充分的证据的支持。课堂层面的评价能够及时提供相关信息，满足持续的信息需求，有助于保证评价的正确性和有效性。因此，有效的评价需要借助一定评价工具、情境或策略，把学生在学习活动中所处的水平以各种方式反馈出来，即隐性水平显性化。教师从评价活动中获得的结果用于改进教与学，体现出一种建设性的评价观。目前教学过程中常见的评价工具其优缺点比较可以给教师提供参考（表1）。

2.2 积极开发能力评价工具与框架

随着课程改革的深度推进，关注发展学生的核心素养，以学科关键能力为突破口，重塑教育质量观，对生物学课程进行重整，转变教学方式和评价方式，才能实现“立德树人”的教育目标。纵观国际科学教育改革，从20世纪60年代开始，教育界一直在探索实验探究能力的评价方式，主流的评价方式包括现场观察、工作单、纸笔测试等。但在国际上，更多的评价项目则采用工作单进行科学探究能力评价。结合实践，针对学生能力的提升，建立实验探究能力的评价框架（图1），开发多种评价工具和学生表现水平标准等，是发展学生生物学科关键能力的有效策略。

2.3 方案设计与实施能力的评价工具开发

方案设计与实施评价工具的开发要遵循一定的原则。① 科学性原则：实验目的要明确，实验原理要正确，实验材料和操作的选择要恰当；② 可操作性原则：设计实验时，选择的实验材料简单易得，装置简单、操作简便，步骤少，实验时间比较短；③ 设计对照实验原则：只有设立了对照实验，才能排除无关因素对实验结果的影响，增强实验结果的可信度和说服力；④ 单一变量原则：确保其他因素（无关变量）不变，只改变其中一个实验因素，观察这个实验变量对实验结果的影响；⑤ 平行重复性原则：在同样的条件下可以进行重复实验。

案例5：“探究人体需要的主要营养物质”的方案设计与实施能力的评价工具开发（表2）。

3 收集和展示数据能力的方法策略

在收集和展示数据环节，教师主要通过创设具体的情境和任务，培养学生“观察、分类、绘制图表”等技能和方法。具体策略如下：

① 让学生了解观察是探索生命奥秘的一种常用的基本方法。案例6：活动一：让学生观察思考事物常常需要注意哪些事项。请学生在空白方框内把思考成果写出来并在小组内展示。活动二：交流和完善观察的方法。活动三：播放一段蚯蚓生活的視频，让学生交流：怎么观察？观察到了什么？有什么思考？提出了什么问题？② 先让学生了解分类的基本常识和意义。如把某些特征相似的物体归类到一起的方法称为分类；用分类的方法可以把信息或者事物有序地组织起来，使相互之间的关系变得清晰易懂；再让学生根据大小、形状、用途和其他一些重要特征来进行分类。案例7：请学生根据所选择的一种特征，把10朵不同的花分成两类，然后再选择另一种特征，把这些花分成三类或四类……③ 绘制图表。教师要让学生明白怎样才能使科学实验得到的数据变得更有价值，就是要对数据进行有效整理，以便更好地理解它们的含义。图表是一种有用的整理数据的工具，并在具体的案例中学生能认识数据表、柱形图和折线图等常见的整理数据的方法。案例8：有关新闻报纸上有这样的信息：某地区6月份的总降水量为4 cm；7月份为2.5 cm；八月份为1.5 cm。请学生尝试选择合适的图表类型，在空白方框内亲自动手做图表来显示这些数据。教师依据学生所画的图表，指导学生了解图表中的属性和含义。

总之，科学探究素养反映出生物学科的本质属性，“实验探究能力”的培养与评价是培养学生能力的重要组成部分。因此，教师要坚持不断地进行尝试，在具体实践中，积累经验并寻找和探讨教学中存在的问题，针对学生“实验探究能力”的培养与评价，逐步形成可操作的有效策略。