高中生物新课程探究学习技能的实验分析研究.docx

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高中生物新课程探究学习技能的实验分析研究

高中生物新课程探究学习技能的实验研究

摘要

生物新课程实施以来，开展生物探究学习已成为生物教师的共识，取得了令人信服的成果。

但也暴露出一些问题。

尤其是对于探究技能的训练，往往被教师忽略或一带而过，使探究学习流于表面化、形式化。

因此，本研究以现代教育理论为指导，新课程标准和生物教材为依据，以国外课程标准对探究技能的界定为参考，依据教案进度和学生的实际情况，在分析资料技能<文字、图、表等）、数据处理技能两个方面进行实验。

实验结果表明，通过以上技能和探究思维的教案指导，有利于提高学生学习生物的兴趣和动机；有利于提高探究能力和思维能力；有利于提高生物成绩，从而更好地实现新课程的改革目标。

关键字：

高中生物探究学习分析资料技能数据处理技能

一、问题的提出

新课程的实施让教育者们意识到转变学生的学习方式是本次课程改革的核心任务和成功与否的显著特征。

布鲁纳指出：

“学习任何学科，主要是要使学生掌握该学科的基本结构”，“掌握学科结构就是要获得相应学科的科学观念”。

探究的学习就是获得基本观念、基本方法的途径。

令人欣慰的是近些年我国教育界关于探究教育、探究学习等有关问题的研究可谓是轰轰烈烈，也取得了很多成绩，但同时我们也发现随着探究教案和探究性学习的不断深入，问题也随之出现：

科研文章“无探究不成文”、课堂教案“唯活动暨优秀”、过分强调探究活动的形式而不讲求方法、逐渐形成了探究的形式主义。

综上，所谓有效探究学习不是仅以学生理解或学会了知识为标准，而是学会控制研究过程、展开多向度思维以及掌握探究的基本技能。

探究学习要求具备的技能有很多，本研究归纳并集中在“分析资料技能<文字、图、表等）、数据处理技能、”两个方面进行训练。

二、高中生物探究学习技能的实验研究

<一）研究目的

本研究以新课程标准和生物教材为依据，以国外课程标准对探究技能的界定为参考，以实验研究为方法，深入挖掘培养资料分析和数据处理技能与探究思维的途径与方法，增强探究学习的有效性。

<二）研究假设

通过探究学习的分析资料技能和数据处理技能的教案指导，对学生有效探究学习有积极的影响。

<三）研究变量

自变量：

分析资料技能<文字、图、表等）、数据处理技能

因变量：

学生自主探究能力和思维水平的提升。

<四）实验对象

随机指定高二、4<42人）班为实验班，高二、5<40人）班为对照班。

<五）教案选材

高中生物必修一和必修二两册书中的部分内容

表1.探究思维和探究技能的内容

技能训练

必修一

必修二

解读图表

类比推理

分析数据

识图作图

解释数据

设计实验育种程序

解释现象

提出假说，得出结论

设计实验

分析图解

<六）对学生技能培养的教案指导策略

<1）对学生分析资料技能的训练

纵观生物科学研究成功的历史，不难发现作为自然科学的一个重要分支的生物学，要想在研究上有所突破取得成功，很大程度上依赖于缜密精准的分析资料的能力。

这些资料包括：

文字信息、图形式信息、表格形式信息等。

对于学生而言，参考近几年的高考理综试卷，生物题中以“图、表”作为辅助条件来表达试卷信息的越来越多了，这就要求考生对常用的图、表所表达的内容和含义有正确的理解，另一方面是考生能用数学中常用的二维坐标曲线图、统计数据表格、直方图、等不同方式来描述生物学现象。

在解这类问题时，学生要能够正确理解图表所提供的信息，能够运用相关的生物学知识或原理做进一步的分析和判断并可以对数据进行加工或换算，能够根据数据做出适当的推论等，当然更重要的是学生要善于从各种信息中获取有用的因素，加以分析综合归纳，最终达到解决问题的目的。

根据教案进度结合课堂内容，对实验班和对照班进行区别训练。

内容包括：

表2.教材依据

必修一

解读图表P73

解释现象P114

必修二

识图和作图P25-26

分析材料图解P122

生物学科中充满着各种形式的信息，缜密、精确的分析能力是学生探究解决一切问题的能力的基础，本研究具体操作如下：

表3.教案实施的对比示例

实施课题

师生活动<实验班）

师生活动<对照班）

解读图表

教师导航问题“物质进出细胞膜方式有哪些、其特点如何？

”，进而提示注意坐标图中特殊部位的变化，学生自主复习相关知识，结合图表分析出答案。

教师拓展问题“低温会影响跨膜运输么?

”，学生思考解决并印证上述特点。

教师指出从左或从右看图表的不同，学生分析得出进出细胞的不同离子。

解释现象

教师提示细胞大小与膜表面积的关系、细胞核的功能等。

学生思考后结合材料中的关键字得出结论。

教师指出细胞太大需核物质和需要交换的物质也多。

学生联系本材料得出结论。

识图和作图

教师提示注意横纵坐标表示什么，并引导同学用数学的坐标法描点绘图，学生思考后进行绘图，展示时学生自评。

教师导航问题“绘图的拐点应该在哪?

”学生通过反思比较得出标准图示。

教师直接指出识图绘图的注意事项，学生进行绘图后，展示后由教师提出曲线图的拐点移位行不行？

讨论后教师归纳标图。

分析材料图解

教师提问什么原因形成两个“种”？

生殖隔离的意义?

学生结合材料进行假说的训练，并自主利用已知加以解释。

教师指出两种鱼存在生殖隔离，学生分析图解利用已知加以解释。

在解决问题时，学生对于文字信息的分析能力尤为重要。

<2）对学生数据处理技能的训练

许多生物学的重大发现离不开数据的支持，“科学事实要求数量的精确性。

科学仅有定性是不够的，还要进行定量研究，而且对定量也要求有相当程度的准确性。

”如孟德尔对遗传规律的阐述。

近年来生物高考中的问题解决与工具学科——数学学科的结合也越来越紧密，解题思维的数学化越来越明显，即借助数学工具、数学思想来分析、解释生命活动中的某些现象和规律。

根据教案进度结合课堂内容，对实验班和对照班进行区别训练。

内容包括：

表4.教材依据

必修一

解释数据P30

解读图表P73

分析数据P124

必修二

识图和作图P25-26

生物学作为科学的重要分支学科，科学的严密性与定量化是其重要特征。

利用数学思想方法的迁移来定量研究生物学问题，能够收到良好的效果。

表5.教案实施的对比示例

实验班

对照班

师生活动

给出数据

给出数据

教师提示学生自主找出特殊数据和整体规律

教师引导关注某个数据或某行数据

学生分析说明问题并归纳分析数据的一般思路

学生分析说明问题

例如：

在解释数据的训练中，教师引导提问“这些数字中有特殊的么”提醒实验班学生注意众多的数据中混杂的特殊数据。

而在对照班则直接告诉学生“注意最后一行数字表示的问题”：

时间/D

细胞无核部分的存活个数

1

81

2

62

3

20

4

0

上图中“0”就是特殊数据，再结合数据说明的相应教材内容很容易就能够加以解释“无核的细胞是不能够存活很久的”进而分析原因等得出结论，从而通过数据本身就能看到现象揭露的本质。

经过类似的训练使实验班学生明白从数字中为什么看最后一行数的理由即特殊数字，从中找出规律,并学会收集整理数据的基本方法：

绘制表格、进行记录，能用统计学的基本方法进行统计。

<七）实验结果与分析

1．测试工具

本研究所采用的测试工具是调查问卷和考试成绩。

<1）探究学习技能的调查问卷

研究者根据被试对象的基础和自身在训练过程中的表现水平自编问卷，包括分析资料技能<文字、图、表等）、数据处理技能。

每张问卷各10道题，涵盖了学生的逻辑思维能力、学生学习生物的兴趣、思维发散度三个维度。

题型为选择题，要求学生选择与自己观点或行为接近的选项，

共发放问卷164份，收回有效问卷164份，回收率100%。

将回收问卷进行赋值，赋值方法为：

选A计4分，选B计3分，选C计2分，选D计1分，问卷满分分别为40分，统计结果详见附录。

<2）考试成绩

前测、后测使用天津市河北区2009-2018学年度第一学期期中和期末测试试卷，各试卷均满分100分，分数分布如试卷，测试时间90分钟，闭卷测试，统一判卷。

该试卷为全区统一试卷。

2．统计方法

运用Z检验，运用Excel软件进行统计分析。

3．实验数据的统计结果及分析

<1）过程性技能的自评结果

表6.实验班和对照班关于探究学习技能训练调查阶段检测统计比较表

工程

测试

班级

人数

平均分<

）

标准差

方差

统计量

差异显著性检验

P值比较

显著性

分析资料技能

实验班

42

28.30952

3.86983

14.97562

1.913584

P<0.1

在0.1水平上有差异

对照班

40

26.9

2.72764

7.44

数据处理技能

实验班

42

30.11905

3.47921

12.10488

1.942878

P<0.1

在0.1水平上有差异

对照班

40

28.7

3.13209

9.81

图1：

实验班和对照班关于探究学习技能训练调查阶段检测统计比较

数据说明与分析：

本组数据分别为自编调查问卷表进行检测，各10题，满分为40分。

根据数据，显示两项技能实验班与对照班差异稍显著，经过分析原因有以下几点：

第一，教师在对实验班进行的技能训练方式中大量渗透了发散思维的训练，教师给学生提供了一个自由发挥的空间，对学生的自信意识的提升有很好的效果，也活化了探究思维。

分析技能数据显示对比对照班在0.01水平上差异显著。

第二，教师在实验班的导航问题设置并不是仅以解决问题为目的，而是意在激发学生的能动性。

给予让学生够得着的提示性问题，发动学生自己给自己提问题，这样做有助于把科学发现的思维路线传递给学生，使学生养成分析问题、解决问题的思维方式，所以在数据处理技能方面实验班与对照班体现的差异也尤为明显，在0.1水平上有显著差异。

本研究结果表明，通过教案指导，对学生分析资料技能、数据处理技能的综合提高有积极的影响。

<2）生物学习成绩前后测数据分析

表7.实验班和对照班生物测试成绩统计比较表

工程

测试

班级

人数

平均分<

）

标准差

方差

统计量

差异显著性检验

P值比较

显著性

期中

实验班

42

78.7381

6.88705

47.43141

1.154592

P>0.1

在0.1水平上差异不显著

对照班

40

77.075

6.14975

37.81938

期末

实验班

42

82.52381

6.31415

39.86848

1.73699

P<0.1

在0.1水平上有显著差异

对照班

40

79.5

9.12414

83.25

图2.实验班和对照班生物测试成绩平均分统计比较图

数据说明与分析：

期末考试的成绩两班成绩在0.1水平上差异显著，分析原因：

本研究实验中对于实验班的技能训练自变量的控制更注重让学生把探究学习过程中有用的操作技能转化为自己的解决问题的思维能力，学生知其然，也知其所以然，在应试中这种能力进而转化为解题的流畅性和速度，解答的正确率也有所提高。

实验班期中和期末平均分差异p<0.01，差异显著，而对照班平均分差异p>0.1，差异不显著，由于本研究实验训练内容贯穿整个学期，而期中和期末考试所处的时间段不同，造成从数据上看无论实验班还是对照班的期末生物成绩较之期中成绩都有所提高，但实验班提高更为明显。

说明通过技能的培养和探究思维的教案指导，更有利于学生对试卷问题的理解分析。

综上，本研究结果表明，通过探究学习中技能的培养和教案指导，对学生学习生物的成绩提高有积极的影响。

三、研究结论

本研究在实际操作中，通过结合教材内容对学生进行适当的分析能力的培养和训练，引导学生体会图像图表的典型特征是信息以图像图表的形式呈现，许多信息不能直接获得，需要经过图文转换，训练学生把这种转换的能力内化在自身的思维模式中，该类资料的分析基本解决模式可以概括为：

“信息解读+生物学概念=问题解决”

对于曲线图与表格两类资料信息的解读对数学能力的依赖尤其明显，通过本研究的训练，让学生能够更自如的运用数学知识来解决相应问题，在一定意义上也落实了新课程“跨学科综合运用”的理念，进行数据处理技能的培养与训练，能够明显提高学生对于数据的归纳、分类、甄别、判断等数据处理能力。

同时在技能训练中渗透大胆假设，勇于探索的思维意识，也能够让学生在进行自主探究学习时有的放矢，做到具体问题具体分析，针对矛盾解决问题，精确地作出判断，合理地解释数据。

此外还提高了学生灵活转换数据的能力与意识，把死板的数据以一定的数学思想进行加工改造，把数字以坐标图或柱形图等多种形式再现，从而达到丰富信息表述形式的目的。

从数据处理调查结果看，通过技能的培养和探究思维的教案指导，在这方面实验班的学生明显优于对照班。

总之，扎实的探究技能的训练才更有利于学生从科学探究像一般探究能力的迁移，才更有利于科学素养的培养。

参考文献：

[美]布鲁纳著．邵瑞珍译．教育过程[M]．北京：

文化教育出版社，1993.第1页

2刘大椿．科学哲学通论[M]．北京：

中国人民大学出版社，2001，66－68

附录

调查问卷：

分析资料技能<图、文字等形式）

学习过程动态评价表：

1．我对所看到的文字资料<）

A很感兴趣B一般C不太感兴趣D没兴趣

2．我能把文字资料不漏掉细节的全部看完，并独立找出关键字句<）

A完全能B经常C有时Ｄ很少

3．我能独立明确资料与研究内容的关系<）

A完全能B基本能C有点模糊Ｄ完全不能

4．我对图表、图形资料所要说明的问题<）

A．对图表，图形完全看不懂

B．需要在老师的帮助下看懂图表、图形的意思

C．能独立理解出大部分图表、图形所表示的含义

D．能独立而全部正确地理解图形、图表的含义

5．我对于图表图形所联系的生物学规律特点等知识点能<）

A．完全能独立清楚准确地联想到所有相关的生物知识

B．一般能联想到联系明显的重点的相关生物知识

C．很少能联想到，但在老师或同学的提醒帮助下才能想到相关的生物知识

D．根本不能想到，依靠老师的讲解

6．我能用准确的生物术语把资料表达的生物现象或规律加以描述<）

A完全能B基本能C偶尔能Ｄ完全不能

7．我对各种形式的资料能独立找出看上去特别的细节来说明探究目的<）

A完全能B经常C有时Ｄ很少

8．我会思考图形走势的原因，并与老师或同学讨论<）

A．经常B.有时C.很少D.不会

9．我尝试独立解答资料后的提示性问题，并用准确的语言表达出来<）

A．能独立解答，表达出正确的结论，并提出改进方案或发现更多问题

B．能独立解答，表达基本正确的结论

C．需要老师的帮助才能解答，但表达模糊

D．不知道应该如何解答，只能抄老师的答案

10．我能用数据作为依据说明我想研究的目的或结论<）

A熟练应用B经常能C偶尔可以有时需要一点老师的启发Ｄ很少能，但老师讲了就明白了

数据处理应用技能：

学习过程动态评价表

1．我对所要研究的数据课题<）

A很感兴趣B一般C不太感兴趣D没兴趣

2．我能独立明确数据与研究内容的关系<）

A完全能B基本能C有点模糊Ｄ完全不能

3．我对数据所要说明的问题<）

A．对数字完全看不懂B．需要在老师的帮助下看懂数字的意思

C．能独立理解出大部分数据所说明的含义D．能独立而全部正确地理解各种数据的含义

4．我对于数据所表现的规律特点能<）

A．完全能清楚准确地找到所有规律特点

B．一般能找到所有规律特点就是时间长点

C．能找到一部分规律特点，在老师得到帮助下能找全其他的

D．很少能找出数据的规律特点

5．我能用准确的语言把找到的数据特点加以描述<）

A完全能B基本能C偶尔能Ｄ完全不能

6．我对所罗列的数据能想到找出看上去特别的数据来说明探究目的<）

A完全能B经常C有时Ｄ很少

7．我会思考个别不符合数据规律的原因，并与老师或同学讨论<）

A．经常B.有时C.很少D.不会

8．我能把数据以数学方式加以处理如：

绘制成柱形图或坐标曲线等<）

A．能独立处理数据，得出正确的结论，并提出改进方案或发现更多问题

B．能独立处理数据，得出基本正确的结论

C．能独立处理简单数据，复杂数据的处理需要老师的帮助

D．不知道应该如何处理复杂数据

9．我能用数据作为依据说明我想研究的目的或结论<）

A熟练应用B经常能C偶尔可以有时需要一点老师的启发Ｄ很少能，但老师讲了就明白了

10．我能设计严谨的实验数据记录表

A．非常熟练B.简单的表可以C.参看其他同学的时候可以Ｄ.不能

实验班对照班各项技能问卷成绩

实验班

对照班

分析

数据

分析

数据

31

31

24

32

38

38

28

30

32

32

27

29

30

30

26

31

32

32

25

24

22

28

25

25

25

30

22

31

28

28

31

28

30

30

27

23

22

26

28

27

26

31

24

28

30

30

34

29

28

28

26

28

39

39

25

30

26

26

28

22

23

25

26

24

32

32

26

27

26

26

30

34

25

25

27

30

25

25

30

29

34

34

29

31

35

35

24

33

25

34

25

30

28

28

27

30

26

26

26

26

26

26

25

27

30

30

28

28

27

32

34

29

30

34

29

33

31

31

25

35

24

32

29

26

25

34

27

30

27

27

30

27

26

31

29

24

25

32

24

33

28

28

27

24

34

34

22

31

29

29

29

29

25

25

24

33

29

29

24

28

28

28

26.9

28.7

27

34

40

40

28.30952

30.11905

42

42

实验班和对照班期中、期末成绩

实验班

姓名

期中

期末

对照班

姓名

期中

期末

（4>班

李明泽

77

75

（5>班

张　岩

75

90

（4>班

詹鲁平

75

83

（5>班

刘　惟

74

76

（4>班

朱　羽

85

87

（5>班

汪　宇

69

82

（4>班

闫玥天

86

76

（5>班

张　强

77

83

（4>班

沈冬睿

87

92

（5>班

洪振剑

74

78

（4>班

胡一雄

67

90

（5>班

王　浩

80

78

（4>班

杨晓萌

80

70

（5>班

方　刚

62

78

（4>班

张　瑞

79

72

（5>班

韩慈航

76

89

（4>班

都昊鹏

71

92

（5>班

吴树旺

75

80

（4>班

陈子昂

78

70

（5>班

王忠男

83

85

（4>班

王舒升

84

88

（5>班

郭　玮

80

83

（4>班

车　原

89

90

（5>班

刘鹏远

78

69

（4>班

郝志鹏

82

94

（5>班

齐　超

83

96

（4>班

尹国斌

80

80

（5>班

张　扬

72

75

（4>班

徐维泽

72

85

（5>班

陆宏宇

71

70

（4>班

袁瑞辰

75

79

（5>班

朱霄重

83

75

（4>班

李梦楠

92

87

（5>班

刘　畅

79

85

（4>班

姚金玺

62

83

（5>班

陈　爽

82

82

（4>班

马英超

84

86

（5>班

张可欣

86

81

（4>班

冯子寒

79

75

（5>班

刘　纯

84

89

（4>班

宋少春

81

75

（5>班

李维嘉

76

79

（4>班

宋　静

73

92

（5>班

林　琳

80

69

（4>班

李春晓

80

87

（5>班

姜　倩

92

65

（4>班

张美琦

82

84

（5>班

杨佳媛

72

81

（4>班

赵　静

84

84

（5>班

陈　莹

80

95

（4>班

唐千淳

84

89

（5>班

闫晨微

77

84

（4>班

张　晶

89

92

（5>班

张　艳

81

82

（4>班

许若一

88

89

（5>班

王天祎

60

85

（4>班

阎　旭

84

78

（5>班

隋　欣

75

60

（4>班

曹元卅

73

75

（5>班

刘　畅

84

90

（4>班

张曼玥

79

79

（5>班

曾　璐

69

70

（4>班

张　莹

82

80

（5>班

吴　爽

81

86

（4>班

卢丝佳

80

81

（5>班

靳　晶

73

63

（4>班

朱婷婷

81

84

（5>班

胡希予

79

75

（4>班

李子蒙

74

83

（5>班

张　津

75

88

（4>班

胡　正

84

82

（5>班

连高燕

77

57

（4>班

王卓群

73

73

（5>班

于　汐

82

82

（4>班

朱旻洁

75

80

（5>班

刘帅琦

79

92

（4>班

陈　杨

75

80

（5>班

孙　默

80

84

（4>班

姚　静

62

79

（5>班

张建坤

68

69

（4>班

张玉婷

68

82

40人

77.075

79.5

（4>班

华士庆

72

84

42人

78.7381

82.52381