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實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之生命科學(xué)論文
一、迷你實(shí)驗(yàn)———簡易探究，訓(xùn)練科學(xué)技能
迷你實(shí)驗(yàn)在學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)，在中譯本中均置于旁欄，每個(gè)迷你實(shí)驗(yàn)僅由實(shí)驗(yàn)過程和分析兩部分組成，展現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的核心內(nèi)容，可在實(shí)驗(yàn)室或者家庭中完成，簡單易行，側(cè)重于從訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)技能角度強(qiáng)化補(bǔ)充概念，貼近學(xué)生的生活。相對導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)而言，迷你實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)過程和分析更加具備了科學(xué)探究的一般過程，很明顯，迷你實(shí)驗(yàn)也是作為一種科學(xué)方法的線索來體現(xiàn)的。迷你實(shí)驗(yàn)大多以模擬動(dòng)手操作的實(shí)驗(yàn)為主。迷你實(shí)驗(yàn)在全套5本教材中共有52個(gè)，是幾類實(shí)驗(yàn)設(shè)置中數(shù)量最多的一種，大致可分為模型建構(gòu)型、技能探究型、知識運(yùn)用型。例如，在《生命科學(xué)人體》這一冊中共有迷你實(shí)驗(yàn)14個(gè)，涵蓋了上述3種不同的類型。在模型建構(gòu)型迷你實(shí)驗(yàn)中，有圖表繪制類（如繪制激素水平圖，將一段時(shí)間內(nèi)的激素水平數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榍�圖）；有模擬類（如模擬小腸內(nèi)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(shí)驗(yàn)中，利用硬幣來模擬細(xì)菌的分裂，并且要求將數(shù)據(jù)繪制成圖表。這個(gè)實(shí)驗(yàn)基本上可以說是人教版教材高中生物“探究酵母菌數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化”這一探究實(shí)驗(yàn)的模擬版本，但操作更簡單，結(jié)論更直觀。在技能探究型迷你實(shí)驗(yàn)中，通過觀察、比較、感受、體驗(yàn)等得出有關(guān)結(jié)論，從而訓(xùn)練并提高學(xué)生相關(guān)的探究技能，特別是訓(xùn)練學(xué)生與整個(gè)探究過程相關(guān)的某一技能，如“比較食物的脂肪含量”這一迷你實(shí)驗(yàn)，將3份不同的食物依次放在牛皮紙包裝袋上，放置30min后移走食物，觀察牛皮紙上的油膩印跡和濕的印跡來比較不同食物中脂肪的含量。
二、實(shí)驗(yàn)室———完整實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)科學(xué)方法運(yùn)用
相比于導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和迷你實(shí)驗(yàn)而言，“實(shí)驗(yàn)室”在教材目錄中已經(jīng)呈現(xiàn)，這充分顯示了“實(shí)驗(yàn)室”在美國生物教材中的重要性，同樣，“實(shí)驗(yàn)室”在實(shí)驗(yàn)整個(gè)的設(shè)計(jì)流程上顯得正規(guī)而完整，一般有“現(xiàn)實(shí)世界的問題”、“實(shí)驗(yàn)過程”、“結(jié)論和運(yùn)用”等。根據(jù)不同的目的，有的實(shí)驗(yàn)還有“制定計(jì)劃”、“執(zhí)行計(jì)劃”、“分析數(shù)據(jù)”等實(shí)驗(yàn)過程。同時(shí)，“實(shí)驗(yàn)室”強(qiáng)調(diào)科學(xué)方法運(yùn)用概念解決現(xiàn)實(shí)世界的問題，如“色盲測試———形成一個(gè)關(guān)于男女色盲的普遍性的假說”，還有利用互聯(lián)網(wǎng)、模型建構(gòu)等方法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)都強(qiáng)調(diào)了科學(xué)方法的運(yùn)用，通過學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)來解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題。在《生命科學(xué)人體》這一冊中共有“實(shí)驗(yàn)室”實(shí)驗(yàn)14個(gè)，平均分布于七章，每章兩個(gè)。具體的14個(gè)實(shí)驗(yàn)是：測量皮膚的面積、利用互聯(lián)網(wǎng)、測定維生素C的含量、顆粒大小與吸收、心臟如同一個(gè)泵、自主設(shè)計(jì)———血型反應(yīng)、腎的結(jié)構(gòu)、模型和發(fā)明、提升反應(yīng)時(shí)間、自主設(shè)計(jì)———皮膚敏感度、解釋插圖、改變身體比例、微生物和疾病、自主設(shè)計(jì)———有抵抗作用的唾液。在這些實(shí)驗(yàn)中，無一例外地都是先提出現(xiàn)實(shí)世界的問題來引導(dǎo)學(xué)生思考，再提出實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，提供備選的實(shí)驗(yàn)材料，按照提供的實(shí)驗(yàn)過程來進(jìn)行操作，然后得出結(jié)論并加以應(yīng)用。因?yàn)檫@套教材對應(yīng)的是美國初中階段的學(xué)生，所以大多數(shù)“實(shí)驗(yàn)室”中的實(shí)驗(yàn)并沒有對學(xué)生有實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)方面的要求，但對于實(shí)驗(yàn)的結(jié)論和應(yīng)用，已經(jīng)蘊(yùn)含著一定的理科思維，將實(shí)驗(yàn)提升到了一個(gè)新的高度。如“測定維生素C的含量”實(shí)驗(yàn)，其結(jié)論和應(yīng)用一是比較所檢測的橙汁中維生素C的含量；二是推測為什么維生素C的含量有差異？另外，必須要提到的是，在“實(shí)驗(yàn)室”中有部分實(shí)驗(yàn)是“自主設(shè)計(jì)”，如《生命科學(xué)人體》這一冊14個(gè)“實(shí)驗(yàn)室”實(shí)驗(yàn)中有“自主設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)4個(gè)，在這些“自主實(shí)驗(yàn)”中，一般的流程是：現(xiàn)實(shí)世界的問題———形成假設(shè)———驗(yàn)證假設(shè)———分析數(shù)據(jù)———結(jié)論和運(yùn)用。很明顯，“自主實(shí)驗(yàn)”的要求要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他的“實(shí)驗(yàn)室”實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)有了實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)上的要求，對學(xué)生綜合能力的要求也更高，旨在通過讓學(xué)生自己去體會(huì)科學(xué)探究的整個(gè)過程，培養(yǎng)他們形成自主學(xué)習(xí)和探究的能力。
三、家庭實(shí)驗(yàn)室———拓展延伸，提高科學(xué)探究能力
導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)屬于學(xué)習(xí)前實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生在家中完成；迷你實(shí)驗(yàn)屬于學(xué)習(xí)中的實(shí)驗(yàn)，大多由學(xué)生在家中完成，少部分在學(xué)校完成；實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)由于其要求的增加，基本上都是在學(xué)校完成。而“家庭實(shí)驗(yàn)室”則是在書末單獨(dú)列出，是來自廚房、裝廢品的抽屜或者庭院的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，明確要求學(xué)生在家中自主完成。家庭實(shí)驗(yàn)室在每冊書中通常有4～7個(gè)，這些實(shí)驗(yàn)通過解決現(xiàn)實(shí)世界的問題，提示科學(xué)概念是日常生活中常會(huì)用到的，它不僅僅用于課堂，也在生活中無處不在。在《生命科學(xué)人體》中共有家庭實(shí)驗(yàn)室7個(gè)：測量黑色素、維生素調(diào)查、血液的組成、構(gòu)建葡萄糖模型、瞳孔的本領(lǐng)、辨識碘、酸性防護(hù)。從實(shí)驗(yàn)流程上看，都是相似的：現(xiàn)實(shí)世界的問題———實(shí)驗(yàn)過程———結(jié)論和應(yīng)用。從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上看，有的是調(diào)查和數(shù)據(jù)收集（如維生素調(diào)查），有的是測量（如測量黑色素），有的是模擬實(shí)驗(yàn)（如血液的組成、構(gòu)建葡萄糖模型等）。作為上述3類實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，“家庭實(shí)驗(yàn)室”基本上涵蓋了實(shí)驗(yàn)的各種類型，但實(shí)驗(yàn)材料更加容易得到，實(shí)驗(yàn)過程更加簡單直觀，實(shí)驗(yàn)結(jié)論更加清晰明了，實(shí)驗(yàn)應(yīng)用更加聯(lián)系生活實(shí)際。這些“家庭實(shí)驗(yàn)室”更進(jìn)一步地增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，通過最后的“結(jié)論和應(yīng)用”，也將學(xué)生的科學(xué)探究能力提升到了一個(gè)新的層次和高度。綜上所述，美國中學(xué)生物教材強(qiáng)調(diào)在實(shí)驗(yàn)中體驗(yàn)學(xué)習(xí)，體現(xiàn)了“通過做實(shí)驗(yàn)來解決生活中的問題”的理念。美國中學(xué)核心理科教材《生命科學(xué)》中實(shí)驗(yàn)欄目的設(shè)計(jì)，從引領(lǐng)學(xué)習(xí)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后批判性思考的“導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)”到簡易探究，訓(xùn)練科學(xué)技能的“迷你實(shí)驗(yàn)”，再到通過完整的實(shí)驗(yàn)流程，強(qiáng)調(diào)科學(xué)方法運(yùn)用的“實(shí)驗(yàn)室”，然后以“家庭實(shí)驗(yàn)室”作為拓展延伸，提高了學(xué)生的科學(xué)探究能力。這些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)符合學(xué)生的認(rèn)知過程，凸現(xiàn)了生物學(xué)科的理科性，培養(yǎng)了學(xué)生的理科思維。所以說，該教材從解決現(xiàn)實(shí)中的實(shí)際問題出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生自主進(jìn)行科學(xué)探究，及時(shí)修正錯(cuò)誤概念，最終實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)這一目標(biāo)。這些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理念與操作，對中國中學(xué)生物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)有很大的借鑒和幫助。
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