试论“实验的参观者”角色及转换，本文主要内容关键词为：参观者论文,试论论文,角色论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、问题的提出
课程标准规定的内容，较以往增加了许多科学史，这些内容多以经典实验的形式呈现。多数科学史实验是不能在课堂上重现的。在这些实验的教学过程中，一般的教学设计都会把学生置于“实验参观者”的角色，即当年的实验设计与实施者为科学家，讲解者为课堂中的教师，倾听者为学生。这种教学方法很像一次旅游中的参观学习活动，上述三者分别对应“历史古迹的创造者”、“导游”、“参观者”。因此，本文把这种教学过程中学生所处的角色称作“实验的参观者”。
“实验的参观者”角色的学习效果仅止于对实验步骤与结论的了解与记忆，其结果仍逃脱不了死记硬背，不能让学生真正理解实验的本质与内涵；也不能引导学生领悟科学家如何提出问题，寻找证据，不断深入解决问题的思路和方法；更不能达成知识迁移的教学目标。在教学实践中，笔者尝试将学生“实验的参观者”角色转换为“实验的设计者”，让学生以研究者的姿态去思考科学史实验的设计、实施、结果分析等，就能较好地解决上述问题。
二、“实验的参观者”不能从实验背景出发，从宏观上思考实验
由于科学史实验很难在课堂上再现，传统的学习方式常常为教师讲授式的“介绍”，而学生居于“实验的参观者”角色。这种师生身份的定位，使教师急于把实验过程和方法“展示”给学生，忽略了实验的背景，即当时的研究背景如何？为什么要做这个实验？实验要证明什么？实验的理论依据是什么？忽略了上述问题，学生便不能从源头上理解实验，实验目的都不清楚，只能很肤浅地记忆实验步骤和结果。
如“噬菌体侵染细菌的实验”，教师往往展示实验图片，按照以下步骤进行实验的讲解：同位素标记噬菌体→侵染细菌→搅拌→离心→放射性检测。许多教师会设计一些问题，让学生思考搅拌的目的是什么？为什么要离心？实验结果证明了什么？仅此而已。学生主要是记住了实验步骤和结论，在分析实验方面，局限于零散的实验步骤，很难从全局把握实验的设计，亦不能体会实验设计的精妙。教师介绍，学生听讲，间或提几个问题，学生对科学史实验的学习局限于“听明白”和对实验步骤与结论的记忆，这就是将学生定位于“实验的参观者”角色的学习方式，其弊端是显而易见的。
将学生定位成“实验的设计者”，效果则大不相同。如此，教师须先介绍实验背景，将有关问题抛给学生思考。先介绍具有传奇色彩的科学家德尔布吕克（Max Delbruck）由物理学改行遗传学研究的故事。对此，学生非常感兴趣。然后介绍德尔布吕克和卢里亚（Salvador Luria）的研究成果，他们推测出噬菌体侵染细菌的基本过程：吸附→侵入→复制→组装→释放，但这仅仅是一个根据大量实验数据的推测，限于当时的技术不能直接观察到。后来赫尔希（Alfred Hershey）加入了这个噬菌体研究小组，他想到了一个问题：“噬菌体侵染细菌的基本过程”正好可以证明遗传物质是什么，而在当时，DNA和蛋白质到底哪个是遗传物质正在争论。此时，教师可将噬菌体侵染细菌的过程图解呈现给学生：噬菌体侵染细菌的哪个步骤可以很好地证明DNA是遗传物质？又具有一定的可行性，为什么？
这个问题具有一定的挑战性，不可小觑，更重要的是把学生置于“实验的设计者”身份，从问题的发现者角度宏观思考实验设计，避免将实验分解得支离破碎，只见树木不见森林的结局。这样学生就能更加明白实验设计的方向性，知道实验设计的难题是什么，下一步的讨论就会更加深入，就能从一个更高的层次上设计实验方案。
在这个问题的基础上，再引导学生讨论怎样标记？用什么元素标记？如何检测放射性？怎样将噬菌体蛋白质外壳和细菌脱落并分离？预期实验结果等问题。这样，学生就从“实验的设计者”角度寻找和分析实验的方法，从而更好地领悟科学家的研究思路和科学方法。学生的思维推理路线图可如图2表示：
三、“实验的参观者”容易导致实验步骤的单纯记忆，不能达成能力培养的目标
科学史实验过程的教学，最常见的方式是教师以“导游”角色对实验步骤进行介绍，学生以“实验的参观者”角色倾听。尽管教师对实验步骤讲解得精彩、分析得透彻，但由于学生的学习过程仍被教师替代，难以避免接受式学习单纯记忆的结果，并且对实验设计的精髓部分难以提升到较高层次的认识，最终导致科学史实验的学习仅限于“了解”或“知道”的水平。
如“孟德尔的豌豆测交实验”。把学生定位于“实验的参观者”身份进行教学，常常会使教学过程简单化：介绍孟德尔的假说→选择实验材料→进行杂交实验→分析实验结果→得出实验结论。从正面介绍，实验过程显得非常简单，介绍结束后，学生会有一种“很容易”的感觉，并不能理解实验中蕴含的演绎推理过程，也不能体会孟德尔假说的精妙和测交实验的巧妙，只是记住了测交实验的步骤与结论。
将学生定位于“实验的设计者”角色，不一定让学生进行独立的实验设计，而是让学生从“实验的设计者”角度去思考和分析。孟德尔通过豌豆杂交实验发现了问题，提出了著名的遗传因子假说，而假说的核心是“Dd（子一代）在产生配子时，D和d要分离并且进入不同的配子”。要证明这个假说应该如何设计实验？以学生的思维能力和经验，不可能回答这个问题，但这不是一个无效的问题，经历短暂思考后，他们能体会到这个问题的复杂性和创造性，为后续的探究性思考埋下伏笔。
依次提出一系列小问题，引导学生进行基于问题串的课堂探究活动。①实验为了证明什么？（证明
的D和d是否真的分离。）②怎样证明D和d分离并进入不同配子？（如果产生2种配子，分别含有D和d，就说明D、d分离了。）③产生的配子种类可以直接观察到吗？（不能，因为配子的区别只是遗传因子的不同。）④让配子发育为个体并表现出相应的性状，应该怎么办？（某种配子，所含有的遗传因子不影响配子中的任何遗传因子对性状的控制，能找到这样的配子吗？）⑤实验如何进行？教师循序渐进地提出这些问题，给学生留下思考时间，也可以让他们分组讨论，依次解决上述问题。这就是基于问题串的课堂探究活动。在解决这些问题的过程中，学生的思考会逐步深入，最终通过独立思考解决问题。学生思维推理的过程可表示为图3：
四、“实验的参观者”不能领悟科学家提出问题、解决问题的思路和方法
科学史实验的教学目标之一是：引导学生领悟科学家如何提出问题，寻找证据，不断深入解决问题的思路和方法。将学生置于“实验的参观者”角色，由于其视角的原因，仅仅听“导游”将实验分解为各个知识点进行讲解，只是简单了解被拆解后的知识点，动脑筋思考的机会很少，所以不能达成上述目标。
如Meselson和Stahl的“验证DNA半保留复制实验”，如果由教师以“导游”角色介绍该实验过程，学生以“实验的参观者”角色进行接受式学习，学生只是对实验过程有了初步了解，知道实验结果支持半保留复制假说。这种学习方式很难从实验的实施者角度理解实验设计的思路和推理过程，无法体会科学家解决问题的思路和方法。但是，如果转换学生的角色，把学生定位于“实验的设计者”，引导学生从逻辑推理方面分析实验，就可避免上述问题。
首先介绍早期科学家提出的3个模型：全保留复制模型、弥散复制模型、半保留复制模型。然后介绍CsCl密度梯度离心技术，再介绍Meselson和Stahl的实验过程。
转换角度，将实验的各步骤进行分析，从每一步骤是否支持相关假说的角度提出问题，学生才能深入理解实验的推理过程，并得到推理思维训练。提出下列问题：该实验的第2步结果足以否定“全保留复制模型”吗？也可以排除了“弥散复制模型”吗？为什么？第3步能否定弥散复制模型吗？为什么？实验结果支持3个假设模型中的哪一个？如果实验继续进行，在14N培养基上得到子三代，提取DNA离心后，离心管内会出现几条带？比例如何？
上述问题通过学生讨沦解决，学生必须深入思考每一个步骤的实验现象和实验目的之间的联系，从而通过推理分析：这个结果能否排除某些假说？是否支持某个假说？这些问题都需要推理分析，有一定难度，对学生来说新颖且具有挑战性，所以学生很乐意思考和分析，不仅可以提高学生的演绎推理能力和创新能力，对于提高学生的学习兴趣，培养学生的非智力因素也有好处。学生的思维线路图见图5。
科学史实验是培养学生科学素养的绝佳素材，但是许多实验很难在课堂上再现，导致以“教师介绍实验过程，学生记忆实验步骤和结论”为主线的传统教学过程大行其道，学生的角色类似于“实验的参观者”，而这种身份则导致以单纯记忆为主的低效学习过程。让学生从“实验的参观者”角色转换为“实验的设计者”身份，从“实验的设计者”角度思考和分析实验，既避免了上述问题的出现，又可以让学生得到推理思维能力的训练，体会科学家提出问题、寻找证据、寻找解决问题的思路和方法，真正达成培养学生科学素养的教学目标。