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二次探究法在生物实验教学中的尝试
作者：俞小琴
[关键词]生物实验教学 探究性实验 二次探究
一、生物实验二次探究法的概念
《全日制义务教育生物课程标准（实验稿）》明确指出，通过生物学的学习，学生要“初步具有生物学实验操作的基本技能、一定的科学探究和实践能力，养成科学思维的习惯。初步形成生物学基本观点和科学态度，为确立辩证唯物主义世界观奠定必要的基础。”于是，探究性实验教学成为生物教学的必然要求。
探究性实验教学不仅能够为学生充分发挥实验能动性提供重要途径，而且还是有效实施中学生物实验教学目的、落实培养科学素养目标的重要且必要的条件实验。二次探究法就是针对教材中的一个实验，进行两次，以便给学生不同的体验，第一次是验证性实验或是依据教材的模仿探究实验，第二次则是针对第一次实验中产生的问题，依据同样的原理或同样的教学目的从不同角度或同一个角度，尝试重新设计进行的探究性实验（如图1）。这是在传统生物实验教学的基础知识和基本技能培养的基础上进行探究性实验教学的一种尝试，目的是培养学生的创新精神和创造能力。
二、生物实验二次探究法的特点
1.基础性。第一次实验是传统的、验证性的，是老师指导的，让学生了解基本原理和基本技能；而第二次实验又用到了基本原理和基本技能，所以再次巩固了基本原理和基本技能。与传统实验教学和当前的探究性实验教学相比，它更强调了基础性，特别是针对当前的探究性实验教学。
2.创新性。第一次实验后的讨论重在培养学生质疑精神，鼓励提出问题，再加上第二次实验前的尝试设计，目的都在于培养创造性思维，这一点是传统的生物实验教学所欠缺的。
3.可操作性。第二次实验是探究性实验，但探究的问题在第一次实验中产生，探究时学生已在第一次实验过程中掌握了一定的基本原理和基本操作技能，第二次实验的进展就会顺利得多，可操作性会更强。虽然探究法一度受到青睐，但在生物教学实践中探究法的应用并不容易，这就更需要改善探究法的使用，而二次实验法让探究法应用更是可操作性。
4.易接受性。作为探究性实验，二次探究法的探究主题与教学内容密切相关，不打乱原有的教学程序，加之没有升学考试的压力，不过多占用学生的课外时间，容易被教师、学校、学生所接受。
三、生物实验二次探究法的尝试
人教版《生物学》七年级上册有“种子萌发的环境条件”实验，学生往往觉得该实验复杂，“考察多个因素、多个水平对种子萌发的影响”这样一个探究问题，对初一学生而言确实是有较大难度的，使用二次探究法有利于突破这一难点。具体的二次探究实验活动过程如下：
1.第一次的模仿探究实验。实验过程完全按照教材提供的方案进行（如图2）。第一次实验结束后，学生对于实验的方法步骤及操作中的注意事项已经基本掌握，对于对照实验的特点及变量的设置有所体会，可用以指导第二次探究方案的设计。学生就实验产生的许多问题，归纳起来有如下几种：①琢磨2号瓶和4号瓶的不同，学生讨论提出：这两组水分和空气都是变量吗？②学习小组实验时1、2和4号瓶放的地点都在橱柜中，有同学想到为什么放那里？考虑到那里光照的强度，有学生想到：不同光照强度对种子萌发有没影响呢？③关于种子萌发的环境条件，学生想到土壤并提出疑问：土壤对种子萌发会产生影响吗？
针对学生的问题，进行二次探究：每个小组根据提出的问题，讨论设计一份探究方案，要求按照探究活动的一般步骤，体现出对照实验的特点。
2.第二次的探究性实验。各小组根据所设计的探究方案进行实验，得出结论。
（1）针对2号和4号瓶的不同，学生提出的问题是“水分和空气都是变量吗？”据此作出的假设是“假设2号和4号瓶的变量只能是空气”；检验其假设的思路是“重新设计对照实验，在水分、温度等条件都相同的情况下，设置有充足的空气（一定的水分）与无充足的空气（一定的水分，加入较多的植物油）两种环境（如图3），观察并记录种子萌发情况”；实验后得出结论：“改进后的实验设计符合单一变量的原则”。
（2）针对光照强度对种子萌发的影响，学生提出的问题是“光照强度对种子萌发有影响吗？”据此作出的假设是“假设光照强度对种子萌发有（没有）影响”；检验其假设的思路是“设计对照实验，在温度、空气和水分等条件都相同的情况下，设置黑暗、10W以及50W光照三种环境，观察并记录光照强度对种子萌发的影响”；实验后得出结论：“光照对种子萌发时间有影响，对种子萌发数量无明显影响”。
（3）针对土壤对种子萌发有无影响，学生提出的问题是“土壤对种子萌发有影响吗？”据此作出的假设是“胚被破坏对种子萌发有（没有）影响”；检验其假设的思路是“设计对照实验，在温度、空气和水分等条件都相同的情况下，设置无土、干土两种环境，观察并记录土壤对种子萌发的影响”；实验后得出结论：“土壤让种子萌发时间延长，对种子萌发数量无明显影响”，学生讨论原因为可能土壤吸水了。
有了第一次实验的基础，学生在第二次实验中小组内同学的分工合作也流畅了许多，能够各司其职。实验后，小组间交流各自的实验方案和结论，相互启发、促进。教师参与学生的交流，通过提问设疑的方式帮助学生更好地理解对照实验的特点。本次实验的学生评价部分采取的是组间互评、组内自评的方式，教师对学生的评价主要从实验过程中的表现及探究报告的完成情况两方面来进行。其中，考虑到这是学生第一次进行探究活动，没有要求学生独立完成探究报告，而是由老师印制下发统一的格式，学生根据探究过程填写完成。老师主要依据学生第二次探究性实验方案的设计情况及自评情况作以评价。
四、二次探究实验对学生的影响
开展二次探究性实验后，学生对于生物课程学习的态度、学习方法，尤其是科学探究的能力都有了不同程度的发展变化。
1.学习态度的变化。学生的主体性得到了充分的发挥，学生感到自己是实验真正的设计者和操纵者，具备了有意义学习的心态。因此，学生不再仅仅对某个实验、某一节课感兴趣，而是对生物学、对生物课程本身产生兴趣，学习生物的积极性很高。同时，二次探究法相对于简约化的课堂知识学习而言，丰富了学生体验完整的学习过程的经验，无形中增加了学生独立处理问题时的自信，课堂上极易出现学生自发的讨论、辩论活动，学生乐于表达自己的观点，也已经比较善于正确表达自己的观点。
2.学习方法的改进。二次探究实验需要学生在实验前进行预习、在实验结束后独立完成探究实验报告，学生由最初的按照预习提纲的提示去思考问题，逐渐变为主动翻阅教材去发现可思考的问题；由最初填写完成老师编制的探究报告，逐渐变为能独立设计并完成探究报告。这对学生的学习方法产生了很大的影响，以往的学生习惯于在考试前按照老师下发的复习提纲进行复习，而经过二次探究实验教学的学生，在考试前自己从教材中摘录复习要点，形成复习提纲，充分体现了学生的学习主动性。
3.探究能力的提升。目前来看，学生的科学探究能力中变化最明显的就是实验设计能力的提高，绝大部分学生能在规定的时间内写出一份较完整的实验设计，能抓住课题关键所在，对课题作出合理的预期，正确设置对照，妥当安排实验操作程序，设计格式规范，并注意到语言的科学性、严密性。通过二次探究性的实验活动，学生不仅丰富了经验、开阔了视野、活化了知识，而且可以根据自己的兴趣选择自己爱好的活动，发挥自己的特长，培养创新的意识和实践能力。因此，在生物实验教学中，应重视二次探究法的尝试与探索。
五、对教师专业素养提出新挑战
二次实验法实验教学模式中的第二次实验重视学生的自主体验和探究，但这并不意味着放弃教师的指导，而是对教师的要求更高。对教师而言，教学过程不再完全按照教师的设计程序和思路进行，教师将面对的是学生突然提出的五花八门的实验方案和层出不穷的问题，这显然是对教师的指导能力、自身的实验操作能力、解决实际问题的能力、判断能力和应变能力的一个巨大挑战。例如，实验教师还要充分考虑到学生实验设计所带来的安全隐患，并及时给予正确的引导。教师要善于“启疑”，启发学生提出问题、假设。因此，教师要有较高的职业理想、丰富的知识结构、创造性的教育观、较高的教学监控能力和较强的管理艺术。
参考文献：
[1]教育部.全日制义务教育生物课程标准(实验稿)[S].北京:人民教育出版社,2001.
[2]陈继贞.生物学实验教学研究[M].北京:科学出版社,2004.
[3]冯莉.体验生物科学探究[M].北京:高等教育出版社,2004.
[4]刘毓森.生物学实验论[M].南宁:广西教育出版社,2001.