《新课程背景下中学生物实验教学的创新研究》课题设计方案
常州市武进区礼嘉中学 章吉 陈京疆
一．研究背景
2000年6月颁布的《中共中央国务院关于深化教育改革，全面推进素质教育的决定》进一步强调了“实施素质教育就是全面贯彻党的教育方针，以提高国民素质为根本宗旨，以培养学生的创新精神和实践能力为重点。”因此，在学校教育中贯彻创新精神、进行创新教育实践，已成为当代我国教育改革与发展进程中责无旁贷的新使命。可以这样讲，未来世界的竞争实际上就是创新能力的竞争,所以创新是我们教学的永恒主题。
“创新是一个民族的灵魂”，在知识经济的社会中，人最重要的素质是创新能力。所以在生物教学中培养学生的创新能力是实施素质教育的重要内容。而生物学从本质上说是一门实验科学，生物规律的发现和生物理论的建立都必须以严格的生物实验为基础，并受到实验的检验。因此在生物教学中，尤其是在实验教学中，注意不断激励学生通过观察、比较、实验、归纳、类比等探索手段提出种种假设和猜想发展他们的创新意识就显的尤为重要。正因为如此，如何充分发挥生物实验的优势，有效培养学生的创新能力，就成为当今新课改背景下的生物实验教学着眼点。基于上述分析，结合本教研组的研究，提出“中学生物实验教学的创新研究”的概念，并将它界定为：“在中学生物学知识的基础上，以改进完善、拓展设计实验为手段，形成不同于生物学教材中实验的新实验。”并以此理念把它开发成适合新课改，符合生物学科特点及创新精神的研究课题。
二．有关概念的界说和理论依据
本研究课题中研究的主体是师生，研究的对象是高中生物学实验。研究的内容是对实验进行改进与创新。
创新是以新思维、新发明和新描述为特征的一种概念化过程。起源于拉丁语，它原意有三层含义，第一，更新；第二，创造新的东西；第三，改变。
中学生物实验创新的涵义包括生物实验本身的改进与创新以及实验教学的改进与创新。实验本身的改进与创新包括对传统或现有实验自主改进与创新，他人实验改进资源的开发和对原来没有的实验进行创新设计。实验教学的改进与创新是在实验教学方法合程序上有新的改进与创新。实验改进与创新的目的不是验证和重复教材中的方法，而是在于通过研究获得新的实验方法。
支撑性理论：创新教育思想
人在创造性思想方面具有连续性的思维品质，对一个人来说它不是全有全无的，或突然出现的。创造性思维和其它形式的思维没有绝对的界限。每一个人都有创造性思维，创造性思维不是凭空产生的，而是在实践中逐步培养的。从心理学的角度看，青少年的创造性思维和科学家的创造性思维没有本质的不同，它们的共同点都是创造出自己独特的新颖的东西。
创新意识是创造人才所必需具备的。创新意识的培养和开发是培养创造人才的起点，只有在教学中注重创新意识的培养，才能为培养创造性人才打下良好的基础。教学应以创新意识的培养为重点之一。
三、课题研究的目标与内容
1．研究目标：
1、通过专题研究，使中学生物实验的设计更科学、更切实可行；实验操作更简洁、更生活化；实验效果更直观、更有说服力。
2、在研究中转变教师的创新意识，提升教师的研究能力。激发学生的创新思维，培养学生的创新精神。
3、使生物实验活动能够真正成为培养学生创新能力的平台。
研究重点：实验本身的改进与创新。
研究难点：实验教学的改进与创新。
2．研究内容
新课程背景下中学生物实验教学的创新研究，主要分三部分展开研究，一是促使教师实验教学方式的多样化。二是增加和完善实验内容。三是研究学生在实验中问题意识的产生、研究的态度、创新的思维，实验改进与创新的评价等问题。
(一)、促使教师实验教学方式的多样化的研究
1、开展“菜单式”实验教学研究
菜单式”实验教学，是指学生在教师提供的或学生自行设计的实验“菜单”基础上选做、设计实验，大胆构思，通过实验研究和验证，获得知识、掌握技能的一种开放式教学方法。学生按照“目的—原理—方法—步骤—现象—结论”的思维顺序研究所选的实验，教师对各实验组进行简要指导，对提出的问题进行解答，通过操作、观察、记录、讨论和修改等，对实验结果进行分析、讨论，整个教学活动强调了师生互动和双向交流，强调了教师对学生的尊重和指导。学生从“菜单”中选择出自己感兴趣的实验，设计实施，课堂上主动参与，充分满足了学生自我探索、自我思考、自我创造、自我表现的心理需求。通过实验教学中的理论分析和实验具体过程的操作，培养了学生思维的逻辑性；通过实验，加深了学生对相关问题的理解，步步设疑，发展了学生的思维。尽管有的学生实验做得不太成功，但他们都能分析讨论自己真实的实验结果，分析实验失败的原因，及时调整思路，培养批判性的思维习惯。通过“菜单式”实验教学，学生的求异发散思维能力和联想思维能力得到了提高。可以认为，“菜单式”实验教学是由基础型实验向研究型实验转化的一种尝试。
2、加强实验教学的横向和纵向结合
横向结合是指将课堂实验教学与生物科技活动、研究性学习结合起来，纵向结合是指将课外实践活动与课内实验教学结合起来。这特别适用于展示一个过程持续较长时间的实验，如探究酵母菌细胞呼吸方式、DNA提取过程、葡萄酒的制作试验、组织培养的实验等。课外，教师指导若干学生去做，或记载，或每阶段制成标本保存，学生用实验过程的记载、标本、实物等，拿到课堂里来作报告、演示。这不仅大大有利于课堂教学的活跃，而且使课堂学习向课外延伸。开展课外活动，扩展实践和创新的空间。某些实验具有连续性和完整性，在一堂实验课内难以完成，这在一定程度上削弱和限制了学生的创新思维的流畅性以及实践和创新的机会。例如，结合高二新教材中“生长素的发现”这部分内容，带领学生不仅重复达尔文等科学家的经典实验，还在实验过程中引导和鼓励学生发现、解决新问题。如向光性与胚芽鞘的关系，胚芽鞘尖端以下部位明显伸长的画线实验，精确测量出胚芽鞘尖端的长度等，都是对课本知识的突破，培养了学生的创新精神和实践能力。但这不是课堂上所能完成的，而是通过课内外结合实现的。
3、课堂实验教学与科学探究相结合
把课堂教学与绿化校园、生态调查相结合；加强课外实践性作业，减轻学生的课外负担(如当堂巩固练习)；把开展生物科技活动和研究性学习的重要性提高到有利于快出人才、出好人才、培养有创造性的人才的高度来认识。同时还可以利用假期组织各种生物学的校外活动，如林学夏令营、昆虫学夏令营、爱鸟周、识别百种昆虫竞赛、植物学实验技能竞赛、动物学解剖技能竞赛、百种树木识别竞赛等等。在活动中及时对学生的发现和创新给予肯定和赞扬，让学生体验成功的喜悦，强化自信和对创新的渴望。
4、尝试进行虚拟实验
设计生物创新实验室，按照学校领导的设想，装备成数字化实验室。除了显微镜观察能数字化外，还可以建成在计算机系统中采用虚拟现实的技术仿真或虚构各种实验环境，学生可以像在真实的环境中一样观察、操纵、建构其中的对象，完成各种预定的实验项目，以获得体验或有所发现的虚拟实验室。
5、实验教学与信息技术的整合
信息技术与中学生物实验教学有机地整合，大大优化实验过程，拓宽实验教学渠道，提高实验教学效果。运用现代信息技术，可以解决诸如实验过程太快，只能看到实验结果而无法观察到中间的过程；有的实验耗时而缓慢，在课堂上无法完成；有的因场景太大或常有危险性而无法进行等问题。实验教学与信息技术的整合可以在以下几个方面发挥作用：
(二)增加和完善实验内容的研究
1、增加探究性实验内容和设计性实验内容
现行的生物学教材中实验形式虽有所改变，增加了一些实习和探究性实验，但毕竟验证性实验还占多数。从培养学生创新能力的角度入手，将一些验证性实验加以改造，变成探究性实验。例如，高中生物教材中，先讲述叶绿体的形态及细胞质的流动，然后安排实验加以验证。不妨先由学生实验观察，去探究发现叶绿体的形态及细胞质的动态。这似乎是仅仅将讲课与实验的顺序颠倒，但实质是将验证性实验变为了探究性实验。学生亲自参与了知识的建构过程，其心理体验是前者无法相比的。
2、完善现有实验的内容
现有生物学实验的内容过于肤浅和直观，有一些实验缺乏操作的灵活性及思维的深刻性，因此，很有必要将实验过程加以延伸，适当地深化书本知识。将现有实验加以拓展延伸，进一步突出实验在培养学生能力方面的作用。比如在“植物细胞吸水和失水”的实验中，不仅仅只是用定性的“放入盐水中萝卜条变软”来描述，还应增加“用打孔器取相同口径、长度的萝卜条两组，分别称重并记录，实验后用吸水纸吸干萝卜条外面水分，再测量长度及重量填写下表(甚至还可改变盐水的浓度)”等实验内容，让学生通过制表统计，学会通过绘制曲线图分析实验结果，是一项重要的能力。
(三)、学生在实验中问题意识的产生、创新的思维的提升，实验能力的提高等问题的研究。
1、增加学生自行设计的实验，营造富有趣味性和挑战性的环境中，激发学生的发现欲望，创造性开展实验工作。
适当增加生理、生化的实验内容。增加学生自行设计的实验，即教师提出课题，学生设计，归纳出最佳的，或几个不同方案，由学生去做，以培养学生的创造精神。例如在“植物的繁殖”一章，还可以增加下列实验内容：“深度对种子发芽的影响”、“湿度对种子发芽的影响”、“土质对种子发芽的影响”、“浸种对种子发芽的影响”和“种子发芽的时间”等。激发学生的发现欲望，创造性开展实验工作。
2、指导学生设计实验，重视对学生实验技能的训练和实验设计的指导，启发学生的创造性思维。
实验教学应引导学生在了解实验设计方法、原则的基础上，进行一些相关或类似的实验设计。让学生根据实验目的、实验原理及实验要求的基本条件，指导学生精心策划实验方法、设计实验过程，设立对照或变量，并引入科学的测量方法；做到有效预测实验结果和科学描述实验结果，最终得出科学的实验结论。从而启发学生的创造性思维。
3、深化书本知识，适当将实验过程加以延伸，进一步突出实验在培养学生能力方面的作用。
适当将实验过程加以延伸，能激发学生进行实验的兴趣以及持之以恒完成实验的毅力。在每一个实验主题下，不时地提出一些问题，让学生思考。学生在这样的环境中，就会激发自身的探究欲望，在这种情形下进行科学实验，有利于学生集中注意力，并能创造性地开展工作。另外，可让学生描述实验过程。将实验的设计、实验的对照等知识融合进去，进一步突出实验在培养学生能力方面的作用。
四、主要研究方法
以行动研究法为主，以活动为主要开展形式，强调以学生的生活经验为基础，注重学生的感受和体验。同时注意其他方法的运用，如：文献研究法；调查分析和实验研究法；测试法；观察法；个案研究法等，在活动中提高教师的实验研究能力。
五、研究计划
1、准备阶段：（2013年1月—2014年3月）成立课题组，确定6位老师为本课题研究的成员。收集材料，组织课题组成员学习有关理论和先进教改经验。根据课题总体设计方案，编制本项目研究行动方案，明确研究的目标、内容、方法和措施。召开开题会议，明确本课题研究的价值、目标、内容、方法及基本要求，并落实各成员任务。
2、理论研究阶段：（2013年4月-2013年7月）收集与课题有关的资料，组织课题组成员学习新课程理论，如阅读相关书籍，做好读书笔记。调查研究哪些生物实验教学方式学生欢迎？及我校学生的实际情况是什么，研究现行教材中哪些实验内容,实验器材、实验材料等可做恰当改变,以完善实验体现创新(解决创新的问题)
3．行动研究阶段：2013年8月―2015年7月。各成员在日常教学中认真落实行动方案。开展集体备课和集体教研，开展教学实践和教学反思。每人每学期开设一堂教学研究课，撰写一篇教学案例分析，撰写一篇教改论文或实验报告。组织开展课堂教学观察分析研讨活动。并编写校本生物创新实验用书和研究生物创新实验的评价方式。
4．分析总结推广阶段：2015年8月―2015年12月。各成员在教学中继续研究实践，认真总结前阶段研究成果和教改经验，进一步完善教改行动方案，收集有关课题研究的案例、论文、总结，推广成功经验。推荐一些青年教师参加区级以上的研究和教学评比活动。依托校园网建设本校生物教研网页，宣传、推广研究成果。
六、课题组成员及其分工
章吉：全面主持课题组研究工作。
陈京疆：协助主持人做好课题研究的管理工作，具体负责课题的理论研究及实施方案的制订。
朱爱卿、邵俊阳、张晔、毛敏刚、：负责分课型、分年级的实验创新的研究，典型课堂实录及典型课堂案例的资料积累。
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