探究“花生果实大小变异”实验方法的改进

唐 锐 （贵阳市第一实验中学 贵州贵阳 550081）

0 引言

1）研究的缘起。在“探究花生果实大小变异”实验的教学过程中，经常遇到这些现象，例如：下课铃声响后实验尚未完成，学生提出问题、作出假设之后就不知所措，在实验中学生不清楚如何选择测量方法与工具，绘图和数据处理耗时较长。在整堂课中虽然学生很忙，但还是会因为时间原因，未完成实验，不能深入分析、思考、推理、总结得出引起生物变异的2 种原因，致使无法完成教学内容、达成教学目标，实验效果也不理想。为此，笔者对本实验进行改进和创新。

2）相关文献研究。对于探究花生果实大小的问题，目前的研究文献和参考资料主要分为2 类：一类是专门针对教学问题的期刊文章，另一类是教学问题的研究论文，笔者总结这2 类文献中关于探究花生果实大小变异教学存在的问题，主要包括探究方案、工具选取、工具测量误差、绘图及数据处理等问题。

3）研究的目的和意义。生物学是一门以观察和实验为基础的科学。生物学课程标准指出，通过开展探究实验活动，学生应掌握实验操作的基本技能，学会科学探究的一般方法，以及提高科学探究的能力。在某初中生物学教材中，就有许多实验与探究活动，希望通过开展这些活动，让学生掌握一般的方法、技能，以及培养学生的探究能力，但是由于教材的局限性、地域的差异性等原因，导致有些实验在实际教学过程中难以完成，所以教师要对实验步骤、实验材料、工具等做适当的改进和创新，以适应本地域具体情况的教学。本文以“探究花生果实的大小变异”的实验为例，介绍实验改进的原因及改进的方法。

1 教学过程中存在的问题分析

1）实验方法、步骤不明确，导致实验难度提升。在之前的学习中，学生虽接触过探究实验，但要在短时间内完成一个探究实验的全部步骤，对很多学生而言较困难，再加上本实验中涉及到表格设计、数据统计计算、绘图等诸多问题，对学生的综合能力要求较高，无形中提高了实验的整体难度。

2）测量方法和测量工具规定不明确。教材“提示”中只提到用适当的方法和工具进行测量，但应如何测？用什么工具测？这些问题的思考会花费大量的课堂时间，测量方法、工具的不统一及测量工具的准确性，都会直接影响到之后的绘图和实验数据的准确性，最终影响结论的得出。

3）数据记录、平均值的计算时间消耗长。学生在测量的同时，还要完成数据的记录；在完成测量之后，需计算每一个花生品种长轴长度的平均值，这些均要消耗大量时间。

4）坐标纸描点绘图，操作难度大，绘图效果差。要完成将数字信息转换成图像信息的任务，对于数学功底薄弱的学生而言，难度较大；在完成测量和数据统计之后，再完成精确的绘图任务，实属不易。

2 实验的改进措施

针对实验中存在的诸多问题，经过多次尝试，笔者对原实验作出以下改进，以便更快、更有效地完成实验，得到更准确的实验结论。

2.1 制作学案 学案是引导学生完成探究实验的方向标，教师将本实验的实验步骤写清楚，学生就不至于完成假设以后依旧茫然无措。其实每个步骤需完成的事都很简单，但多数学生不会从教材众多的提示中提取有效的信息，得出明确的实验步骤。学案能引导学生参与完成探究实验、处理数据与绘图，能节省大量时间让学生分析、思考、推理、交流，最终得出结论。

2.2 利用自制橡皮卡尺进行测量 教材中没有提到测量的方法，教师可给学生示范，以统一测量方法，获得科学的数据和结论。对于测量工具的选取，笔者也有所思考，由于花生果实凹凸不平、形状各异、有立体性，测量工具的不同也会出现不同的实验数据。为得到更准确、更快的测量工具，设计以下实验：选取3 种不同的工具（学生随手可得的工具），分别让4 位学生先后利用同一种工具，测量同样的铜仁花生和贵阳本地花生各30 颗，记录所测数据、求平均值并记录测量所用时间。为使实验数据更准确，将同一工具测得的平均值和时间再进行平均，最后计算同一工具所测2 种花生的平均值之差，以及测量2 种花生所消耗的时间之和。具体数据如表1。

表1 不同工具测量花生长度和消耗时间

从表1 数据可知，用3 种不同方法所得到的平均值之差分别为：12.03、11.88、13.07。从误差的角度可看出用直尺，以及结合圆规和直尺测量的结果平均值之差比较大，而用橡皮卡尺测量的结果平均值之差要小。因此橡皮卡尺能提高实验的准确性，从而可知，实验的测量用橡皮卡尺是比较合适的。从以上表格数据还可得知，用3 种不同方法测量所用的时间分别为：4.29、3.93、6.17。从测量所用时间的长短分析，利用橡皮卡尺测量所需时间最短。综合以上分析可得出：利用橡皮卡尺测量是最快、最准确的工具。

2.3 运用Excel 记录数据及计算平均值 学生在完成测量和记录后，还要计算数据的平均值，一般的方法是利用计算器计算，费时、费力。为了让实验数据更具说服力，笔者利用计算器和Excel软件做以下对比实验：请10 位学生分别用计算器和Excel 求同一组数据的平均值，并记录每种方法所消耗的时间，最后求出时间的平均值，具体实验数据如表2。

表2 不同工具计算平均值消耗时间

从表格中的数据可得：用计算器计算和Excel计算的时间平均值分别为：36.05、4.64。2 个学生在配合计算过程中有时会报错数字，进而导致结果出错，而利用Excel 求平均值的功能可快速、准确完成计算，能节省大量的时间，以便让学生有更多的思考。

2.4 运用Excel 直接选取数据绘制柱状图和折线图 手绘图是难度最大、耗时最长的一个实验过程，实验中数据较多，也很容易出错，学生手绘的图像效果不明显，不易观察、分析、判断。为了让实验数据更具有说服力，利用手绘图和Excel 进行以下对比实验： 请10 位学生分别用手绘图和Excel绘制同一组数据的折线图，并记录每种方法所消耗的时间，最后求平均值，具体实验数据如表3。

表3 不同工具绘图消耗时间

从表3 中的数据可得：用手绘图和Excel 绘图的时间平均值分别为：196.7、12。利用Excel 的功能，可直接选取数据，绘制相应图形，图像清晰、效果明显，能节省大量的时间，提高实验效率。

随着互联网+教育模式的不断深化，以计算机为核心的信息技术手段必将渗入生物学实验教学。生物学实验教学在重视定性实验的同时，还应加强定量实验。在定量实验中，必然有大量实验数据采集、测量与记录，而这些数据是一些孤立的、零星的现象记录，如果在实验中借助Excel 对数据进行统计分析，绘制饼状图、折线图或柱状图等，可将数据直观表现，从而揭露生物内部的联系及规律性。例如探究“花生果实大小的变异”实验中，运用Excel 将采集、测量的数据求平均值，并根据平均值绘制花生果实大小的曲线图。利用信息技术手段，既可使实验现象直观展现，也可利用计算机软件进行数据分析、结果交流等活动，以便学生得到更直观、更深刻的认识，为学生开拓了新的视野，给传统的实验教学带来了生机和活力。信息技术在本实验中的应用，既是对学生能力的一种培养，又是对实验有效性的提升。学生根据数据手绘图形的能力固然需要培养，但是结合本实验的情况，利用信息技术手段进行处理更为省时，是更好地选择。

倡导探究性学习是生物学课程标准的重要理念之一，设计好科学的探究活动，是落实这一理念的关键所在。在具体探究活动中，教师的引导、工具的选取及方法的使用，都会影响探究实验的效果。本次实验由于信息量大，多数学生没能体会到完整的探究过程，最大的问题就是时间不足。通过改进可节省大量时间，让学生有时间思考、讨论、交流，以实现学生真正的主体地位,达到探究的最终目的。

总而言之，要完成好探究活动，就要组织好探究活动的教学过程，即有明确的探究目标，做好分工合作、观察、记录、分析，鼓励学生讨论交流，勇于发现问题，表达自己的看法或提出新一轮的探究问题。在探究活动中，教师可少讲少问，让学生多思考、多讨论、多提问，多引导他们发现问题、提出问题。同时，也要掌握好各个探究活动所要求达到的目标和侧重点，不要为了活动而活动。