试谈对照实验的设计与学生探究能力的培养，本文主要内容关键词为：能力论文,学生论文，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。
中学生不但应有升学、就业所必需的基础知识和技能，还必须有探求未知事物的能力，不能什么都靠教师教。这就要求中学教学特别是自然科学的教学，应该把科学知识的传授和自然科学的一般研究方法的训练很好地结合起来，使学生掌握一些探索客观世界的科学方法。
生物学是一门以实验为基础的自然科学，在生物实验教学中，其基本思想就是“对照”。新教材及时贯彻了“重视能力培养”的教改精神，针对初中学生正处在形象思维向抽象思维过渡的关键时期，在编写上进行了有益的尝试。课堂数学内容的安排大多数先从实验入手，由此引出问题（学习内容），让学生围绕问题思考、讨论，再探索更好、更多的思维方法。作为教师，应从科学的认识方法论的角度，设计并安排一系列的有针对性的实验，引导学生从观察实验入手，启发学生分析思考问题，使学生思维得以深化。学生思维能力发展的方向及质量，则体现在教师的教学思路和方法上，亦即设计实验的科学性、组合性、巧妙性。我认为，优化实验设计，培养学生探究能力，至少应从以下几方面做起：
1 以经典的对照实验教育学生，这是科学发现的最重要途径之一
在平时教学中，我适当介绍一些生物学家的生平事迹和一些重要的生命科学发展史，让学生追寻先入艰难曲折的足迹，培养学生不屈不挠的科学精神，培养解决问题的思维方法（归纳推理、演绎推理等等）。
例如，介绍人类征服疟疾病的历程：早在19世纪初，疟疾病是世界上最严重的疾病之一。当时，科学家们就发现居住在沼泽地区的人群患此病特别多，提出假设：疟疾病是由于沼泽地里的水被污染引起的，同时设计让人直接喝沼泽地里污水实验，结果喝污水的人并没有患疟疾病，假设显然不成立。
但是科学家还发现，在疟疾病发病区，抽干沼泽地里的水，这个地区患疟疾病的人数就大大减少，甚至完全消失了。这2个表面看起来似乎矛盾的实验，使研究陷入了困境。一直到19世纪的后半叶，随着显微镜的问世，发现疟原虫是疟疾病的致病“元凶”。科学家们又在思考疟原虫和沼泽地里的水又有什么关系呢？这又一次使科学家困惑。直到20世纪，科学家经过观察得出结论：蚊子传播疟疾病。蚊子的生活习性是必须在水中繁殖。如果抽干沼泽地里的水，就消灭了蚊子，消灭了蚊子就可以消灭疟疾病。
又过了若干年，有人设计了一个巧妙的实验验证：让蚊子去咬体内有疟原虫的麻雀，再解剖蚊子，发现蚊子的唾液腺有大量的疟原虫。这样人类才真正明白人体患疟疾病的原因，因此也有了治疗和预防疟疾病的方法。
人类征服疟疾病是人们有意识地为探索研究问题而设计的实验，有时科学发现还会在偶然中诞生，其实里面就含有了对照实验的思想。如生长素的发现、青霉素的发现等。1928年英国年轻的微生物学家弗莱明在一次培养金黄色葡萄球菌（引起肺炎的主要细菌）的实验中，由于操作不小心，空气中的点青霉偶然飘落到一只培养皿中。结果发现：被感染点青霉的培养皿中金黄色葡萄球菌不能存活，而没有感染的培养皿内金黄色葡萄球菌生长正常。经过仔细的研究发现，金黄色葡萄球菌不能生长是由于点青霉菌产生的代谢产物——青霉素对其抑制之故。人类因而发现了青霉素。
后来，霍德华·弗洛里成功挖掘了青霉素治疗疾病的潜力，青霉素成了轰动一时的神奇药物。在第二次世界大战中，青霉素功不可没，挽救了无数伤员的生命，弗莱明(A.Fleming)也因此获得了诺贝尔科学奖。可见，实验一时失败，努力找出失败的原因，往往会得到意外收获。
2 课堂教学设计系列演示对照实验，多侧面地研究事物变化过程中各因素的作用
我们知道，自然界的某种现象，往往是多种因素综合作用的结果。课堂教学中设计系列演示实验，以使学生逐层次、多方位的分析和讨论，使学生思维有序的转移，从而逐渐地形成了一个较为完整而系统的知识体系。
例如，学习植物的光合作用时，课前让学生协助教师做如下准备：
(1)将盆栽的天竺葵和银边吊兰放在黑暗处一昼夜，然后用锡箔遮盖天竺葵叶的一部分（叶表面、背面同时遮盖），再连同银边吊兰一起移到光下照射2h～3h，进行对比试验。
(2)准备两套装置。在甲玻璃槽里放NaOH溶液，乙玻璃槽中放入清水。将插有带叶枝条和清水的两只小烧杯分别放入甲、乙玻璃槽内，然后用大广口瓶倒扣在上述装置外，瓶口处用透明胶带封严。先放在黑暗处一昼夜，然后移光下2h～3h，进行对比试验。
(3)将生长旺盛的金鱼藻，扣在漏斗下面，置于大烧杯中，注入清水，水面高出漏斗柄；又将装满水的试管倒插在漏斗柄上，移光下2h～3h，产生的气体充满试管顶部1/3～1/2，漏斗内水面下降，准备做下一步试验。
做好准备后，教师课堂演示实验，要求学生观察并分析现象，同时填写比较表格。
最后，由表格出发，师生共同归纳总结：什么是光合作用？光合作用的公式、原料、产物、条件、实质各是什么？已经是水到渠成了。
3 认真指导课外实践活动，引导学生开展探究性课题的研究
课堂教学是培养学生探究能力的主渠道，课外科技活动指导学生设计对照实验是课堂教学的继续和延伸，也是实验型研究学习的典型代表。由于初一年级的学生还没有系统学习生物学知识，所以在活动中会碰到不少问题，其中最大的问题是学生不知道如何下手。教师作为研究性学习的组织者、指导者要指导学生遵循实验课题的选择原则、设置对照实验方案原则、实验过程控制原则和实验材料遴选原则等进行课题研究。
实验课题的选择：一是结合生物学教材内容；二是结合与人们生活生产实际紧密相连的内容，并应遵循由简单到复杂的原则。
例如，根据教材内容“探究鱼鳍在游泳中的作用”，让学生自行设计对照实验的探究方案，从而解决问题，得出结论。
又如，教材内容“探究根的生长方向”的实验，也是一个开放性的实验课题，教材上没有现成的实验可参照，而要凭借教师的指导，将学生现有知识与能力结合起来，探索性的进行。在课外探究活动中，发现学生设计的实验有许多种，其中不乏有精彩独到的设计，闪现了他们创造性思维的智慧火花。
以下是几位学生的设计：
学生一：将4粒浸泡过的蚕豆种子，按4种不同方向：将胚根垂直向下，垂直向上，水平向左，水平向右，用细线将种子分别固定在半块潮湿的毛巾上，两两相对，呈“十”字形；然后，将另半块毛巾覆盖在种子上面。再用衣架从中间挂起毛巾并保持湿润3d～5d。
学生二：将4粒浸泡过的蚕豆种子，按4个不同方向（同学生一），用细线将种子分别固定在方形纸杯四周的内壁上，然后用湿润纱布覆盖在种子上面，并保持湿润3d～5d。
学生三：将4粒浸泡过的蚕豆种子，按4个不同方向（同学生一），用细线将种子分别固定在环形铜丝上两两相对，然后将铜丝竖挂，用潮湿脱脂棉覆盖在种子上面，并保持湿润3d～5d。
现象：三位学生的实验现象均为4粒种子的胚根都向下生长。
结论：由于重力影响，根向下生长。
当然也有不少学生的设计虽有独到之处，但仍存在科学上的不严密性问题。例如，先将4粒浸泡过的种子的胚根按4个不同方向固定在4根毛衣针上，然后将毛衣针分别插入水中，让毛衣针上的种子能接触到水，即保证种子萌发对水分的需要。尽管结论一致，实际上存在必须改进的问题，教师指出不足，学生茅塞顿开。通过探究活动，有位学生竟提出让教师也必须深思才能回答的问题，如把上述按4个不同方向放置的种子放在月球上，胚根将如何生长呢？由此可见学生思维的深刻性和开阔性。
根据同样的要求，对“种子萌发产生热量”的对照实验的设计，其中有位学生1个人就设计了5套方案，而且都科学合理易操作。
课外活动实验研究课题的确定，我们还选择与生活生产实际紧密相连的内容。例如，杜鹃是镇江的市花，学生针对校园内有较多杜鹃，自行设计对照实验方案，探究光照、水分、养料等对杜鹃生长发育的影响。
这种学习途径，对学生而言，实验过程中问题的解决不仅仅是一个知识输出的再现过程，更是一个知识信息重组和整合的过程；对教师而言，把传授基础知识，训练基本技能和培养学生独立获得知识的能力三者统一起来，使知识、技能和能力融为一体。在这个活动中，学生能够享受到探索生物世界秘密的兴奋和揭密后的喜悦以及改进后获得的成功感，因而提高了学习的兴趣及自主性，既发展了智力，又锻炼了能力，也培养了人格力量，真正培养了学生的全面素质。
探究性教学是当前生物教材改革的重要方面，学生的能力也是社会对人才要求的重要内容。作为一线教师，要积极去探索实践。但是培养学生的探究能力是一项复杂的劳动，对教师提出了更高的要求，同时也需要诸多条件的配合，如良好的教学设备和实验条件，师生有一定的活动空间和时间，家长的支持和配合等。随着教学改革的不断深入和人们观念的改变以及意识水平的普遍提高，相信培养学生的探究能力的必要性和重要性将会越来越显现出来。