我国高中生物学实验教学研究的三种基本范式

王 飞 张 旭

(1 西北师范大学教育学院 兰州 730070； 2 陕西省西安博爱国际学校 西安 710000)

自2003年《普通高中生物课程标准(实验)》颁布以来，我国高中生物学实验教学得到了充分的重视和发展，高中生物学教师在实验教学过程中也积累了较多的经验，从教师教学实践的视角对实验及其教学进行了较多的研究。笔者认为这些研究表现出三种基本范式：①侧重于生物学实验改进和完善的“如何做实验”的研究范式；②侧重于生物学实验教学设计与实施的“如何教实验”的研究范式；③侧重于通过实验培养学生能力的“如何学实验”的研究范式。三种基本范式的研究主体多为一线生物学教师，研究主要来源于教师教学实践经验，以解决实验及其教学中的具体问题为目的，具有较强的实践性。

1 “如何做实验”的研究

此类研究主要以高中生物学教材中的相关实验为切入点，以生物学实验本身所涉及的“科学性问题”为研究对象和内容，目的在于对高中生物学实验中的实验原理、实验材料、实验方法等做进一步地改进和完善，以使得实验操作更加简单，实验取材更加容易，实验仪器的选用更加符合教学实际，实验方法和步骤更加合理。

1.1 对于实验材料的改进和完善 高中生物学教材中虽然提供了相应的实验材料，但由于生物学实验材料的特殊性，容易受季节、环境、学校条件等的影响，往往会造成实验材料获取不易、实验材料选取不当、实验现象不明显等问题出现。例如，“DNA的粗提取与鉴定”实验，教材中建议的实验材料为“鸡血”，但是由于新鲜的鸡血细胞不易获取，存放时间过长会影响最终的实验结果，故有教师对鸡血、猪血、鲤鱼的精巢、菠菜、花椰菜、香蕉、洋葱鳞片叶等实验材料进行综合性的比较，最终选出最优化的实验材料。

1.2 对于实验器具的改进和完善 生物学实验的进行需要专门的实验器具，但是一些学校由于硬件条件的限制，造成实验器具配置不齐，从而影响实验的开设。因此，教师对实验器具进行了相应的改进和完善。例如，有教师利用数码相机、手机照相功能等对显微观察实验进行了改进[1]；还有教师将生活中常见的注射器作为“实验药液的冲洗装置”等[2]。

1.3 对实验方法、步骤的改进和完善 实验方法和步骤的适切性、简便性、可操作性是直接影响高中生物学实验开设的重要因素。就高中生物学教材中的实验来说，虽然教材给出了实验方法、步骤建议，但是从生物学实验的“探究”属性来看，一个实验未必只有一种实验方案，而“哪种实验方案最优”“哪种实验方案最适合教师自身的教学”势必是实验教学研究领域的关注点。例如，有教师分别用改良过的苯酚品红染液、Schiff试剂、醋酸洋红染液、Giemsa染料、0.5%吕氏碱性美蓝染液、0.5%番红染液、结晶紫染液或龙胆紫染液等7种染色剂对植物细胞进行染色，以增强植物细胞有丝分裂的观察效果[3]；也有研究完全抛开教材中给定的“温度对蛋白酶活性的影响”实验方案，运用聚丙烯酰胺凝胶电泳技术对反应后的样本进行层析，判断酶活性的强弱[4]。

2 “如何教实验”的研究

“如何教实验”是高中生物实验教学研究的基本范式之二。此类研究主要以实验教学的有效性为出发点，以生物学实验教学的设计、组织、实施等“教学性问题”为研究对象和内容，目的在于对高中生物学实验的教学理念、教学设计、教学方法、教学实施、教学过程等进行详细地探索和研究。

2.1 实验教学设计的研究 教学设计是课程改革中大力提倡的一种教师“备课”方式，是在实施教学之前，依据学习论、教学论等相关原理，用系统论观点和方法对教学的各个环节进行统筹规划和安排，从而为学生的学习创设最优化环境的准备过程。由于此类研究比较切合教师的教学实际，也是教师进行教学研究比较容易的切入点，故教学设计的研究成为教师探讨“如何教实验”较好的突破口。关于实验教学设计的研究，多以教学设计的相关理论和方法为基础，按照教学设计所包含的基本规范(如：教材分析→学情分析→教学目标设计→教学重难点设计→教学方法设计→教学过程设计→教学反思)来进行，其中包含了教师对学生情况的把握，对教材内容的分析，对教学理念(如“倡导探究性学习”)的理解和落实等；研究多以“案例”的形式来呈现，如：“‘渗透作用’的实验探究教学设计与实施”“‘色素的提取和分离’一节的探究性教学”等[5，6]。

2.2 教学理论、模式的应用研究 高中生物学作为一门学科课程，其教学的开展和实施离不开教学理论的指导。当然在实践研究领域中，基于一门学科课程详细探讨某种教学理论、教学模式的应用研究也较多。此外，随着国际、国内课程改革的变化和深入，诸多的教育教学理论被广大研究者和教师熟悉，随之也产生了各种教学模式，如“5E”“PBL”“合作—探究式”等。生物学教师也将诸如此类的模式在高中生物学实验的教学中进行了应用探索[7]。

3 “如何学实验”的研究

实验教学有助于培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、批判性思维的能力、交流和合作的能力、创新能力、实践能力等。以此为研究背景和依据，“如何在实验教学中突出对学生能力的培养”成为高中生物学实验教学研究的基本范式之三。此类研究主要以生物学实验教学中的“学习结果”为研究对象和内容，将教师的“教”最终转化和落实到学生的“学”上来。同时，结合学习心理学相关理论，从学生的认知、能力、情感等特点寻求解决途径，以便达到学习结果的最优化，因此可将其概括为“如何学实验”的研究。

该研究范式多是在综合前两种研究范式的基础上，引入认知心理学、学习心理学的相关研究成果，在研究中突出对学生各方面能力发展的渗透和培养。首先，让学生参与到教师“做实验”的过程中来，结合生物科学实验探究的过程来突出学生的能力发展，常见的两种方法：①针对实验中出现的问题进行再探究，来培养学生的科学探究能力。让学生大胆质疑，然后通过一系列的探究过程来进一步完善“做实验”的过程，培养学生“质疑能力”“科学探究能力”[8]。②变验证性实验为探究性实验，使学生在其中感受科学探究的过程，从而提高科学探究能力。例如，高中生物教材中的“植物细胞的吸水和失水”“植物生活需要无机盐”“光合作用产生氧气”“光合作用吸收二氧化碳”“种子和叶片在呼吸作用中是否释放二氧化碳”等实验，都可以设计成探究性的实验让学生自主完成。其次，在教师“教实验”的过程中，结合学生的实际情况和能力发展的需要，创设特定的教学情境，有针对性地对学生某个方面的能力进行培养。例如，有教师在教“绿叶中色素的提取和分离”实验时，以“为什么白化苗植株不生长反而会死亡？”“为什么同一叶片夏季时翠绿醉人，而秋季时金黄斑斓？”“为什么有的植物叶片嫩绿色，有的植物叶片紫红色？”三个问题进行导入，引导学生提出问题进行自主探究，从而培养学生“提出问题的能力”[9]。再次，将认知心理学、学习心理学的相关研究成果引入到实验教学中，从能力发展和形成的一般过程来探索学生能力提升的方法。例如，基于认知负荷理论对洋葱根尖细胞的有丝分裂实验教学进行例析[10]；又如，有教师本着提高学生实验操作技能的目的，将中学生物学实验操作技能的学习掌握划分为“认识”“分解练习”“整体练习”“应用和熟练”四个阶段，认为“学生已有的理论与技能”“教师的指导与示范”是影响生物学实验操作技能学习的重要因素[11]。

4 结语

“范式”支配着看待某个领域研究问题的视角、研究的行为以及解释资料的方法[12]；目的在于搭建某个研究领域的基本框架，以便为后来的研究者带来启示。对我国高中生物学实验教学研究的基本范式进行归类，一方面可以为教师进行教学研究指明方向，提供研究的基本途径；另一方面对我国当前高中生物学实验教学的改革、课程标准的修订、教材的编写等具有一定的借鉴意义。

(基金项目：甘肃省“十三五”教育科学规划课题“藏区高中生物实验教学有效性的策略研究，No.GS〔2016〕GHB 0230；西北师范大学青年教师科研能力提升计划项目“普通高中生物实验教学有效性的行动研究，No.SKQ N15003；甘肃省社科规划项目“创新人才背景下高师院校教师培养方法研究，No.YB042；甘肃省高等学校科研项目“初中生情感态度价值观教育的实践研究，No.2015B-028)