北京市第13中学分校周宇芳老师在试教北京版初中生物学教材时,用探究学习和教学模式组织了一节《化学物质影响水蚤心率》的实验教学活动。这节课的教学目标在于:使学生通过探究学习活动领悟不同化学物质对心率产生不同的影响,使学生接受科学方法训练,培养他们的科学探究能力,以及实事求是的科学态度和小组合作精神。在这节课之前,学生学过心脏的结构与功能、心脏生理等知识,观察过水蚤心脏的跳动,测量过水蚤的心率,探讨过温度、氧气对心率的影响,因此,本节课的探究学习内容是“影响心率的外界因素”的一部分。这节实验探究教学的主要程序如下。
课前组织学生收集信息。具体做法是:首先让每个学生通过向家长请教或调查,获得成年人喝酒后心脏跳动的变化,心脏病人的心动过速时应给予哪种药物,阿斯匹林对心率有哪种作用等有关信息。然后,学习小组长将本组成员的调查结果加以归纳,在课堂上与其他小组进行交流。
在课堂上,首先通过复习提问让学生复述温度、氧气对心率的影响。然后组织学生交流课前各组的调查资料,并启发学生在综合分析全部调查资料的基础上,用简明的语言概述这些调查信息揭示的事实,即70%的人喝酒后感到心慌,阿斯匹林能使心动过速的病人缓解病情,从而诱导他们发现和提出“药物是否影响心率”的问题。为了启发学生运用已有知识作出假设,周老师让学生从心率变化的角度,对酒后出现心慌和阿斯匹林缓解心动过速病情的事实作出解释,这样使学生领悟到各种药物作用的一般原理在于加速或缓解心率,从而引导各组学生分别作出本组的假设。在引导学生进行实验设计的阶段,先让学生回忆观察水蚤心率的实验操作过程,使之明确通过实验测定不同化学物质对水蚤心脏跳动的作用是探究药物是否影响心率的一项有效措施;进而让每组学生通过讨论选择一种化学物质作用于水蚤的心脏,设计出具体实验方案并对本组实验处理及方案可能取得的实验结果作出预测;然后,通过小组交流对实验方法及步骤取得共识,设计出用于观察记录水蚤心脏跳动次数的表格如下。(表格 略)
为了减少学生实验操作过程中出现的错误,教师用投影将实验步骤及注意事项呈示在屏幕上,将上述观察记录的表格分发给各组。在学生实施实验操作过程中,教师巡视各组的材料处理、方法步骤、记录数据等状况,及时地发现问题并提醒学生加以纠正。当每组学生完成本组实验项目后,师生共同用计算机将实验处理相同组别获得的实验数据加以集中、分析和解读,从而得出公认的实验结果如下。(表格 略)
学生通过分析上述的实验结果,是不难得出相应的实验结论的。但是,周老师在引导学生分析实验结果时,首先让学生们注意到不同水蚤个体之间的心率不同,但两个大组测定的对照组心率平均值相近说明实验材料相同,那么实验结果出现的差异必将与其实验处理的不同有关。然后,启发各组学生用简明语言表述各自的分析结论。有的学生在分析实验结果和得出实验结论的过程中,发现本组测定的某只水蚤心率与平均值之间存在较大的差距,老师则启发他们从选择实验材料、实验处理操作、收集数据等方面查找产生实验误差的可能原因。学生们通过反思和讨论能够从水蚤个体差异与生活力,滴加药物量的差异,计时和计数的准确性等方面查找产生误差的具体原因。周老师并不满足于学生能够找出实验操作过程存在的问题,进一步诱导他们认识个别的实验失误是否会影响到大组实验结果的准确性,以及怎样才能最大限度地减少误差对实验结果准确性造成的影响。学生通过讨论不仅认识到局部与整体的密切联系,而且领悟到收集的实验数据越多,则实验结果就会越准确。
上述的《化学物质影响水蚤心率》实验教学活动,包含着一个完整的探究过程的基本方面。但是,在课堂教学过程中不能将探究活动的方面(aspects)与步骤(steps)等同起来。因为学生在课堂上进行的科学探究活动,很少是按照上述方面组织的一个连续、有序的方式来进行,而是按照任何一种合乎逻辑的次序组织活动,或者是将某个方面展开,或者是将几个方面同时展开。例如,“问题——阅读——归纳——结论”、“问题——实验——归纳——结论”、“问题——阅读——实验——总结——练习”等,都属于探究学习和教学模式的范畴。这是因为探究式教学过程基本上分为提出问题和解决问题两个阶段,提出问题实质上是尝试对一个问题进行识别和解说,发现自己的观点或认知结构中存在某些不足或不协调的过程,它是诱发探究思维的动力和方向。解决问题则是提出假设和检验假设的过程,其实质上是重新构建自己的观点或认知结构,使其更加充实和协调。由于各种问题的来源和性质不同,提出和检验假设的途径和方式也必然各不相同。事实上,如果不从教材内容和学生水平出发,一味地追求比较完整的科学探究活动,也会使教学过程呈现出类似传统教学模式那样的呆板、形式化、机械和肤浅等弊病,学生也会逐渐产生一种逆反的学习心理。