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佛山市南海区里水镇旗峰中学 利凯飞
摘要：实验设计能力是较高层次的实验能力，学生在进行实验设计的同时，其综合分析问题、解决问题的能力以及创新精神都得到了提高和发展。因而在生物实验教学中重视学生实验设计能力的培养显得尤为重要。本文就初中学生的学习特点出发，阐述在教学过程中构建学生实验设计的认知支架点、情感支架、能力迁移支架三方面的作用。
关键词：实验设计、构建、认知支架点、情感支架、能力迁移支架
近年来的生物学教学中，实验设计已经成了一个热点教学内容。实验设计能力是较高层次的实验能力，学生在进行实验设计的同时，其综合分析问题、解决问题的能力以及创新精神都得到了提高和发展。因而在生物实验教学中重视学生实验设计能力的培养显得尤为重要。
1、构建认知支架，夯实创新的知识基础
著名教育学家布鲁姆认为决定教学效果有三个主要因素：认知的前提能力 (基础知识 )、情感的前提特性 (参加学习的动机情感 )、教学的质；它们对学习速度的影响分别是50％、25％、25％，虽然有了知识不等于就有了能力，但没有知识则不可能提高能力，由此可见基础知识的重要地位。
1.1、将实验内容融于构建的知识体系中
初中生物学中的动手实验和教材中提到的众多实验，是生物学知识体系中的重要组成部分。学习实验内容应以知识体系为基础，并与知识体系有机地融合在一起。
如孟德尔发现和证实两个遗传规律的杂交、测交实验的内容是“遗传和变异”的知识体系中的重要部分。其中，问题的提出、实验的设计、实验现象的表述、对实验结果分析的假设、对假设的验证、实验结论的得出和表述等内容，是学习的重点。这部分内容的教学将有助于学生逐步形成分析实验和设计实验的能力。
1.2、挖掘教材中的实验设计理论知识
在现行的教材中对生物学实验设计的基本原则和方法等内容没有专门的系统阐述，而是把它们隐含在教材的实验内容和生物学史的内容之中，这就要求教师应善于发现并挖掘出教材中的隐含信息，帮助学生了解和掌握实验设计的理论知识。例如复习“唾液淀粉酶对淀粉的消化作用”实验时，通过对实验原理、操作步骤的细致分析，帮助学生形成科学、严谨的实验设计思想；通过比较对照组实验在实验过程中的重要作用，使学生学会运用实验设计科学性原则一设立对照组；通过实验内容的剖析，使学生掌握实验设计准确性原则一设置单因子变量。
1.3、补充经典实验，优化实验设计理论知识
教材中的实验，内容少且缺乏系统性的方法指导，这对于学生全面了解实验设计的理论知识是不够的。因此，在教学中可以适当地补充生物学的经典实验，着重让学生了解实验者的实验意图，认识实验的形成过程，分析实验中设置的实验条件的目的。这对于学生进一步理解实验设计的原则，掌握实验设计的方法，都是十分重要的。
总之，实验与基础知识的教学融为一体，为分析、解决新的实验问题和设计新的实验，以及形成实验能力，奠定了知识基础。
2、建立情感支架，奠定创新的心理基础
2.1、模仿课本实验的重新设计，激发实验设计的兴趣
课本实验是学生既熟悉又亲切的知识，教师在课本实验的教学中从实验材料的重新选择、某个实验条件和实验方法的改变，让学生模仿课本实验的程序重新设计，使学生从中获得成功感，增强对实验设计的兴趣；同时在“模仿”的过程中训练学生实验设计的思维方式，使学生初步形成实验设计的思路，为实验设计实施奠定良好的心理基础。例如动物激素饲喂小动物的实验，取材困难、蝌蚪变态缓慢实验时间长、操作过程不方便；了解该实验之后，我引导学生尝试用胰岛素代替甲状腺激素，用金鱼代替蝌蚪当堂实验。学生的兴趣被激发了，好奇心中涌动着灵性，闪耀出惊人的火花，经过短时间讨论，学生往鱼鳃部注射适量的胰岛素， 15分钟左右鱼昏厥，显示了动物激素对动物生命活动的影响。那么是否是由于胰岛素致使血糖浓度降低而导致昏厥呢？学生再由鳃部注射适量的葡萄糖液。随着金鱼的苏醒，学生自信的力量倍增。
2.2、坚持多元化和互动性评价，体验成就感
对学生的实验设计方案，教师应多挖掘其闪光点，肯定他们进取精神的可贵，认真观察的难得，大胆创新的价值，使学生体验成功，愈学愈乐，愈乐愈学。
首先，鼓励学生进行自我评价，能帮助学生全面了解自己的实际实验水平，有助于培养学生的独立性、自主性和自我发展、自我成长的能力。通过学生的自评，教师也可以及时了解学生的具体情况，在辅导中对症下药，有重点地加强训练，提高教学的效率。
其次，学生对他人评价的过程也是学习和交流的过程。若想准确地评价别人，自己就必须做得更好，这样就促进了学生学习的主动性，同时能从他人的实验设计中学习创新的思维，从不同的角度去完善实验方案，进一步提高自己的实验能力。
3、建立能力迁移支架，优化思维品质，提高实验设计能力
实验教学中要想发展学生的实验设计能力，必先使其思维高度活跃，引发其认知冲突，实现问题的解决。教师完成这一任务的最好工具是建立能力迁移支架，引导学生把相关材料或信息进行重组，找出问题的关节点，发现和创造出一些新的东西。这里设计问题材料是构建能力迁移支架的一个重要方面，因为只有问题才能促动思维，有思维才可牵动能力的发展。
3.1、剖析典型习题，理顺实验设计的思路
无论哪种类型的生物实验设计，其本质都是根据实验题目所提出的问题，构思出解决问题的方案，这有助于培养学生思维的发散性，综合知识和解决实际问题的能力。提高学生实验设计的能力，教师不但要让学生明确实验设计的理论知识，更重要的是应通过典型例题让学生掌握实验设计的正确思路。如下面实例：
人教版《生物学》七年级下册P26原题的实验步骤是：比较不同蔬菜或水果中维生素C的含量。首先，师生共同把文字转化成图解，通过比较，同学们很快找到最佳实验设计方案。据此例，应让学生懂得实验设计的基本思路为：明确要求和目的→联系理论原理→确定实验思路→设计实验步骤→实验结果的预期、分析和讨论。由于实验设计题常常开放度较大 ,设计的实验步骤甚至在方法上可能不统一，但只要是科学的、合理的、可行的，都应给予认可。
3.2、分类训练，优化学生的思维品质
3.2.1、通过对照性实验设计，培养思维的比较性
通过对事物之间相同及相异方面的比较，有助于发现和揭示事物的内在本质。例如“唾液淀粉酶促进淀粉水解”，运用与唾液等量的清水作对照，排除了“淀粉本身就可以在水溶液中快速水解”这一非本质思维特征。
3.2.2、通过控制性实验设计，培养学生思维的严密性
思维的严密性，主要表现在通过细致缜密的分析，从错综复杂的联系与关系中认识事物的本质。例如设计“光对鼠妇生活的影响”实验，单一变量是光。如果不控制无关变量 (鼠妇大小、温度、湿度等 )就不能得出正确结论，使结论具有说服力。
3.2.3、通过矛盾性实验设计，培养学生思维的批判性
矛盾性实验设计是指设计的实验所展示的现象与学生的先验知识相悖，或与预测的结果不符，以及在不同情况下所出现的实验结果相矛盾的情况。通过矛盾性实验设计，置学生思维进退维谷两难境地，使学生通过积极的思考作出判断，进而培养学生善于独立思考问题和精细地检察自己思路的批判性思维能力。例如,探究酒精对水蚤心率的影响的实验设计中，一般学生都会认为随着酒精的体积分数的增加，水蚤的心率会减弱。这时教师就要有意识提出，当酒精的体积分数大于1%时，对水蚤心率的影响一样吗？这一矛盾性实验设计势必引起学生深刻的反思和批判，并带着强烈的求知欲望与迫切的心情去探寻“真谛”。
3.2.4、通过联系生活经验，培养学生思维的迁移
思维的灵活性主要体现在发散性思维活动中。学生从不同角度、不同侧重点对问题进行分析研究，积极地进行各种猜测和联想、摸索出解决问题的各种新颖途径。例如，对于探究鲫鱼适于水中生活的特点这一活动，我首先由学生的生活入手，让他们设身处地想：如果自己不会游泳而被迫下水，此时会出现什么样的情况？学生纷纷表达：会使劲地扑腾，从而保证自己能够顺畅呼吸和保持身体的平衡。根据学生的这外体验，我把课题细化为3个子课题：①探究鱼鳃适于水中呼吸；②探究鱼鳍适于水中运动（再分为探究胸鳍、腹鳍、尾鳍、臀鳍、背鳍的作用）；③探究侧线适于水中生活的特点。然后分组来研究各个子课题，学生对于这种探究实验兴致盎然，尽职尽责，并能准确地总结出实验的结论。
3.3、训练多样化，深化实验设计的理解
如前所述，不同类型的实验设计对学生的思维品质和学生创新能力的培养有不同的训练作用。因此，教师要拓宽思路，力争实验设计训练的多样化。在实现生物实验设计训练多样化方面可考虑以下几条策略：首先教师提出实验课题和实验原理，实验材料的准备、实验步骤的安排由学生独立完成。例如教材“采集和测算空气中的尘埃粒子”、“探究种子萌发的外界条件”等。其次,教材中的课外实验、研究性学习课题也可以当成学生设计实验的训练。如家庭酸牛奶的制作等。
综上所述，实验教学中建立支架点，能够缩短学生认知发展的第一发展区 (已达到的水平 )与第二发展区 (欲达到的水平 )之间的距离，其目的是帮助学生解决在学习上的困难，使学生认知不断深化，思维品质不断优化，实验设计的科学性、严密性、准确性日渐增强，从而达到提高实验教学质量，使学生的学习沿着从效仿性到程序性到创造性的方向发展的目的。
参考文献：
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[4]汪安圣 思维心理学 上海： 华东师范大学出版社 1992
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