实验设计之生命科学论文
一、迷你实验———简易探究，训练科学技能
迷你实验在学习过程中出现，在中译本中均置于旁栏，每个迷你实验仅由实验过程和分析两部分组成，展现了实验的核心内容，可在实验室或者家庭中完成，简单易行，侧重于从训练学生的科学技能角度强化补充概念，贴近学生的生活。相对导航实验而言，迷你实验的实验过程和分析更加具备了科学探究的一般过程，很明显，迷你实验也是作为一种科学方法的线索来体现的。迷你实验大多以模拟动手操作的实验为主。迷你实验在全套5本教材中共有52个，是几类实验设置中数量最多的一种，大致可分为模型建构型、技能探究型、知识运用型。例如，在《生命科学人体》这一册中共有迷你实验14个，涵盖了上述3种不同的类型。在模型建构型迷你实验中，有图表绘制类（如绘制激素水平图，将一段时间内的激素水平数据转变为曲线图）；有模拟类（如模拟小肠内的吸收过程、模拟疤的形成、模拟肾的功能）。在“确定繁殖速度”这一迷你实验中，利用硬币来模拟细菌的分裂，并且要求将数据绘制成图表。这个实验基本上可以说是人教版教材高中生物“探究酵母菌数量的动态变化”这一探究实验的模拟版本，但操作更简单，结论更直观。在技能探究型迷你实验中，通过观察、比较、感受、体验等得出有关结论，从而训练并提高学生相关的探究技能，特别是训练学生与整个探究过程相关的某一技能，如“比较食物的脂肪含量”这一迷你实验，将3份不同的食物依次放在牛皮纸包装袋上，放置30min后移走食物，观察牛皮纸上的油腻印迹和湿的印迹来比较不同食物中脂肪的含量。
二、实验室———完整实验，强调科学方法运用
相比于导航实验设计和迷你实验而言，“实验室”在教材目录中已经呈现，这充分显示了“实验室”在美国生物教材中的重要性，同样，“实验室”在实验整个的设计流程上显得正规而完整，一般有“现实世界的问题”、“实验过程”、“结论和运用”等。根据不同的目的，有的实验还有“制定计划”、“执行计划”、“分析数据”等实验过程。同时，“实验室”强调科学方法运用概念解决现实世界的问题，如“色盲测试———形成一个关于男女色盲的普遍性的假说”，还有利用互联网、模型建构等方法进行的实验。这些实验都强调了科学方法的运用，通过学生动手做实验来解决现实生活中的问题。在《生命科学人体》这一册中共有“实验室”实验14个，平均分布于七章，每章两个。具体的14个实验是：测量皮肤的面积、利用互联网、测定维生素C的含量、颗粒大小与吸收、心脏如同一个泵、自主设计———血型反应、肾的结构、模型和发明、提升反应时间、自主设计———皮肤敏感度、解释插图、改变身体比例、微生物和疾病、自主设计———有抵抗作用的唾液。在这些实验中，无一例外地都是先提出现实世界的问题来引导学生思考，再提出实验目标，提供备选的实验材料，按照提供的实验过程来进行操作，然后得出结论并加以应用。因为这套教材对应的是美国初中阶段的学生，所以大多数“实验室”中的实验并没有对学生有实验方案设计方面的要求，但对于实验的结论和应用，已经蕴含着一定的理科思维，将实验提升到了一个新的高度。如“测定维生素C的含量”实验，其结论和应用一是比较所检测的橙汁中维生素C的含量；二是推测为什么维生素C的含量有差异？另外，必须要提到的是，在“实验室”中有部分实验是“自主设计”，如《生命科学人体》这一册14个“实验室”实验中有“自主设计”实验4个，在这些“自主实验”中，一般的流程是：现实世界的问题———形成假设———验证假设———分析数据———结论和运用。很明显，“自主实验”的要求要远远高于其他的“实验室”实验，已经有了实验方案设计上的要求，对学生综合能力的要求也更高，旨在通过让学生自己去体会科学探究的整个过程，培养他们形成自主学习和探究的能力。
三、家庭实验室———拓展延伸，提高科学探究能力
导航实验属于学习前实验，由学生在家中完成；迷你实验属于学习中的实验，大多由学生在家中完成，少部分在学校完成；实验室实验由于其要求的增加，基本上都是在学校完成。而“家庭实验室”则是在书末单独列出，是来自厨房、装废品的'抽屉或者庭院的实验设计，明确要求学生在家中自主完成。家庭实验室在每册书中通常有4～7个，这些实验通过解决现实世界的问题，提示科学概念是日常生活中常会用到的，它不仅仅用于课堂，也在生活中无处不在。在《生命科学人体》中共有家庭实验室7个：测量黑色素、维生素调查、血液的组成、构建葡萄糖模型、瞳孔的本领、辨识碘、酸性防护。从实验流程上看，都是相似的：现实世界的问题———实验过程———结论和应用。从实验内容上看，有的是调查和数据收集（如维生素调查），有的是测量（如测量黑色素），有的是模拟实验（如血液的组成、构建葡萄糖模型等）。作为上述3类实验的补充，“家庭实验室”基本上涵盖了实验的各种类型，但实验材料更加容易得到，实验过程更加简单直观，实验结论更加清晰明了，实验应用更加联系生活实际。这些“家庭实验室”更进一步地增强了学生的动手能力，通过最后的“结论和应用”，也将学生的科学探究能力提升到了一个新的层次和高度。综上所述，美国中学生物教材强调在实验中体验学习，体现了“通过做实验来解决生活中的问题”的理念。美国中学核心理科教材《生命科学》中实验栏目的设计，从引领学习，进行实验后批判性思考的“导航实验”到简易探究，训练科学技能的“迷你实验”，再到通过完整的实验流程，强调科学方法运用的“实验室”，然后以“家庭实验室”作为拓展延伸，提高了学生的科学探究能力。这些实验设计符合学生的认知过程，凸现了生物学科的理科性，培养了学生的理科思维。所以说，该教材从解决现实中的实际问题出发，引导学生自主进行科学探究，及时修正错误概念，最终实现提高学生的生物科学素养这一目标。这些实验设计的理念与操作，对中国中学生物的实验教学有很大的借鉴和帮助。
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