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實驗設計之生命科學論文

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一、迷你實驗———簡易探究,訓練科學技能

實驗設計之生命科學論文

迷你實驗在學習過程中出現,在中譯本中均置於旁欄,每個迷你實驗僅由實驗過程和分析兩部分組成,展現了實驗的核心內容,可在實驗室或者家庭中完成,簡單易行,側重於從訓練學生的科學技能角度強化補充概念,貼近學生的生活。相對導航實驗而言,迷你實驗的實驗過程和分析更加具備了科學探究的一般過程,很明顯,迷你實驗也是作爲一種科學方法的線索來體現的。迷你實驗大多以模擬動手操作的實驗爲主。迷你實驗在全套5本教材中共有52個,是幾類實驗設定中數量最多的一種,大致可分爲模型建構型、技能探究型、知識運用型。例如,在《生命科學人體》這一冊中共有迷你實驗14個,涵蓋了上述3種不同的類型。在模型建構型迷你實驗中,有圖表繪製類(如繪製激素水平圖,將一段時間內的激素水平數據轉變爲曲線圖);有模擬類(如模擬小腸內的吸收過程、模擬疤的形成、模擬腎的功能)。在“確定繁殖速度”這一迷你實驗中,利用硬幣來模擬細菌的分裂,並且要求將數據繪製成圖表。這個實驗基本上可以說是人教版教材高中生物“探究酵母菌數量的動態變化”這一探究實驗的模擬版本,但操作更簡單,結論更直觀。在技能探究型迷你實驗中,透過觀察、比較、感受、體驗等得出有關結論,從而訓練並提高學生相關的探究技能,特別是訓練學生與整個探究過程相關的某一技能,如“比較食物的脂肪含量”這一迷你實驗,將3份不同的食物依次放在牛皮紙包裝袋上,放置30min後移走食物,觀察牛皮紙上的油膩印跡和溼的印跡來比較不同食物中脂肪的含量。

二、實驗室———完整實驗,強調科學方法運用

相比於導航實驗設計和迷你實驗而言,“實驗室”在教材目錄中已經呈現,這充分顯示了“實驗室”在美國生物教材中的重要性,同樣,“實驗室”在實驗整個的設計流程上顯得正規而完整,一般有“現實世界的問題”、“實驗過程”、“結論和運用”等。根據不同的目的,有的實驗還有“制定計劃”、“執行計劃”、“分析數據”等實驗過程。同時,“實驗室”強調科學方法運用概念解決現實世界的問題,如“色盲測試———形成一個關於男女色盲的普遍性的假說”,還有利用互聯網、模型建構等方法進行的實驗。這些實驗都強調了科學方法的運用,透過學生動手做實驗來解決現實生活中的問題。在《生命科學人體》這一冊中共有“實驗室”實驗14個,平均分佈於七章,每章兩個。具體的14個實驗是:測量面板的面積、利用互聯網、測定維生素C的含量、顆粒大小與吸收、心臟如同一個泵、自主設計———血型反應、腎的結構、模型和發明、提升反應時間、自主設計———面板敏感度、解釋插圖、改變身體比例、微生物和疾病、自主設計———有抵抗作用的唾液。在這些實驗中,無一例外地都是先提出現實世界的問題來引導學生思考,再提出實驗目標,提供備選的實驗材料,按照提供的實驗過程來進行操作,然後得出結論並加以應用。因爲這套教材對應的是美國初中階段的學生,所以大多數“實驗室”中的實驗並沒有對學生有實驗方案設計方面的要求,但對於實驗的結論和應用,已經蘊含着一定的理科思維,將實驗提升到了一個新的高度。如“測定維生素C的含量”實驗,其結論和應用一是比較所檢測的橙汁中維生素C的含量;二是推測爲什麼維生素C的含量有差異?另外,必須要提到的是,在“實驗室”中有部分實驗是“自主設計”,如《生命科學人體》這一冊14個“實驗室”實驗中有“自主設計”實驗4個,在這些“自主實驗”中,一般的流程是:現實世界的問題———形成假設———驗證假設———分析數據———結論和運用。很明顯,“自主實驗”的要求要遠遠高於其他的“實驗室”實驗,已經有了實驗方案設計上的要求,對學生綜合能力的要求也更高,旨在透過讓學生自己去體會科學探究的整個過程,培養他們形成自主學習和探究的能力。

三、家庭實驗室———拓展延伸,提高科學探究能力

導航實驗屬於學習前實驗,由學生在家中完成;迷你實驗屬於學習中的實驗,大多由學生在家中完成,少部分在學校完成;實驗室實驗由於其要求的增加,基本上都是在學校完成。而“家庭實驗室”則是在書末單獨列出,是來自廚房、裝廢品的'抽屜或者庭院的實驗設計,明確要求學生在家中自主完成。家庭實驗室在每冊書中通常有4~7個,這些實驗透過解決現實世界的問題,提示科學概念是日常生活中常會用到的,它不僅僅用於課堂,也在生活中無處不在。在《生命科學人體》中共有家庭實驗室7個:測量黑色素、維生素調查、血液的組成、構建葡萄糖模型、瞳孔的本領、辨識碘、酸性防護。從實驗流程上看,都是相似的:現實世界的問題———實驗過程———結論和應用。從實驗內容上看,有的是調查和數據收集(如維生素調查),有的是測量(如測量黑色素),有的是模擬實驗(如血液的組成、構建葡萄糖模型等)。作爲上述3類實驗的補充,“家庭實驗室”基本上涵蓋了實驗的各種類型,但實驗材料更加容易得到,實驗過程更加簡單直觀,實驗結論更加清晰明瞭,實驗應用更加聯繫生活實際。這些“家庭實驗室”更進一步地增強了學生的動手能力,透過最後的“結論和應用”,也將學生的科學探究能力提升到了一個新的層次和高度。綜上所述,美國中學生物教材強調在實驗中體驗學習,體現了“透過做實驗來解決生活中的問題”的理念。美國中學核心理科教材《生命科學》中實驗欄目的設計,從引領學習,進行實驗後批判性思考的“導航實驗”到簡易探究,訓練科學技能的“迷你實驗”,再到透過完整的實驗流程,強調科學方法運用的“實驗室”,然後以“家庭實驗室”作爲拓展延伸,提高了學生的科學探究能力。這些實驗設計符合學生的認知過程,凸現了生物學科的理科性,培養了學生的理科思維。所以說,該教材從解決現實中的實際問題出發,引導學生自主進行科學探究,及時修正錯誤概念,最終實現提高學生的生物科學素養這一目標。這些實驗設計的理念與操作,對中國中學生物的實驗教學有很大的借鑑和幫助。