《初中生物实验改进与创新的专题研究》
《初中生物实验改进与创新的专题研究》
研究报告
执笔：王乃平
第一部分前言
一、研究背景
实验是学习生物学的基本方法，在课程教学中具有重要的作用。新课程改革，要求大力培养学生的实践能力和创新精神，更决定了实验的地位与作用。对实验改进与创新，可以使实验更具科学性、有效性、探究性、趣味性、新颖性、简便性和启迪性等特点，是培养学生创新意识和激发创新思维的重要途径，也是培养学生创新能力和创新精神的最佳途径。
1. 实验本身的现状分析。在组织实验活动时，有时会碰到一些影响实验顺利开展的制约因素，如因实验时间、季节的因素而导致实验不能在适当时间内开展；或因实验成本过高、材料不易获得而导致实验无法实施；或因实验技能要求较高而使实验无法面向全体学生，或因实验方法不佳而使实验现象、效果不太明显等。这些因素在一定程度上影响师生正常开展实验活动的积极性，需要加以改进才能有利于实验的开展。
2. 实验案例的现状分析。在新课程的指导下，各种教材（人教版、苏教版、苏科版、上海科学教材等）中都提供了大量的实验素材，这些素材各有特色，加之一些优秀教师积极参加课程改革，改进创新了许多实验设计，成果发表在各级各类刊物上，网络上也有较为丰富的资源，国外也有一些与生命现象有关的趣味实验，各种改进与创新的成功案例很多。但这些实验改进创新的的成果缺乏整合利用。学习优秀的实验创新案例是训练创新思维的有效资源。
3. 实验教学的现状分析。教师、学生是实验活动的主体，当前师生开展实验普遍以教材为蓝本，按照教材中的实验步骤完成实验活动，对实施实验中出现的问题缺乏质疑的态度，创新的意识比较淡泊，习惯于重复和验证教材中的实验。对在实验中出现的“问题或麻烦”要么回避，要么绕道，失去了训练创新思维和培养创新能力的大好机会。加强实验教学的改革，优化实验教学过程能激发师生
的创新意识，培养创新能力和创新精神。
基于以上背景及思考，将问题提炼，上升为课题，于提出本课题，省实验教学研究中心于同年9月30日批准立项。
二、课题界定与理论依据
课题界定：
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。它原意有三层含义，第一，更新；第二，创造新的东西；第三，改变。
初中生物实验改进与创新的涵义：对初中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和程序上有新的改进与创新。
本研究通过开展实验活动，确定研究问题，通过资料检索以及实践活动，将一些优秀的实验改进与创新的案例加以整合，一方面丰富实验教学的资源库，另一方面用创新案例激发教者和学生的创新思维，培养创新意识，在实践中不断改进和创新。从而使教者大胆改革传统的实验教学模式，科学地设计实验教学程序，优化实验教学过程、实验教学方法，培养创新能力。
通过课题研究，建立起“实验中发现问题，对问题加以探索与创新，开展教学活动完善案例”的实验改进与创新研究模式，更好地培养和提高师生的创新意识和创新能力。
理论依据：
1.新课程理念中的教师观：教师要更新教育观念,转变角色；重建教学方式，重构课堂教学；改善知识结构，转变工作方式；掌握新技能，学习新技术；积极参与课程开发，通过研发提高自己。确定课程意识。教师要由课程的执行者变为课程的设计者,开发者。要树立资源意识，有效开发利用资源。教师是教育的研究者，要具有反思意识，由知识传授者变为学生学习的指导者和创新思维的培育者。要强调自我反思(教学前、中、后三个阶段)潜能的开发者，学习的促进者，发展的伴随者，教育的探究者。
2.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、研究目标
1．通过专题研究，使初中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。
四、研究内容
1. 实验本身的改进与创新的研究。针对实验中材料、器材、药品、装置、方法、步骤、时间等存在的“问题”，找准创新点进行研究。
2. 实验改进与创新成果案例的开发与研究。他人发表的研究成果及国外中小学科学学科中的一些创新的趣味实验活动。
3. 实验教学的改进与创新的研究。研究学生进行自主探究实验的模式。研究一些抽象的理论性教学内容，通过设计模拟实验等来化抽象为具体。
4. 实验主体相关创新问题的研究。研究师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。
五、研究思路
1．从文献资料中获得启示。利用网络资源查阅实验文献，利用文献资料获得实验选题，利用文献资料提炼实验研究思路。
2. 在教学实践中发现创新点。从“问题”的实验情境中寻求创新点，在改进“缺陷”实验中产生创新点。
3．把改进案例进行前后类比论证改进的实效性。
4．把改进案例运用在实践活动中加以验证，将优秀的改进案例加以推广，扩大受益面。
第二部分主要研究工作
一．研究过程
1.课题申报论证阶段（2009.8——2010.9 ）
本阶段主要采用文献法、调研法开展研究活动。
主持人针对实践中的一些问题，在省实验教学研究中心的课题指南的引导下，收集相关资料，进行分析整合，提炼出研究的课题，确定研究的主要目标与内容，开展相关调研工作。组织部分人员进行研究前期准备工作，撰写课题申报议定书，完成课题的申报工作。课题获批准立项之后，根据课题发展需要，优化组合课题组核心成员。组织课题研究小组会议，通过文献检索收集资料，制定细致的研究计划，准备课题开题论证的相关工作。
本课题在市教育装备中心及市教研室的直接指导下开展工作，研究成员由几所学校教学经验丰富的一线骨干教师组成，姜堰教育局教研室生物教研员担任课题研究指导，省姜堰中学生物特级教师担任课题研究理论指导，为课题研究的顺利实施以及建设高度提供了保障。几所骨干学校的研究团队也保障了本课题研究的宽度。
2010.11.6 在泰州教育局召开开题论证会。课题的前期研究准备以及课题详细的实施方案得到专家组的肯定，在专家组的指导下，正式进入课题研究的实施阶段。
2．实验改进与创新案例研究阶段2010.11——2011.10
本阶段主要采用实验法、案例研究法开展研究活动。
组织参与课题研究的老师集中学习，提高教育科研的思想认识。对课题的运作与要求进行指导形成制度。
在南苑学校召开课题组全体成员会议。认真学习了整个课题研究方案，传达专家组成员的论证建议，对研究计划进行了微调。对课题组成员进行了分工，几个子课题组成员认真制定了本组的研究计划和实验方案，明确分工与研究任务，确定课题阶段研究计划。根据课题组成员的研究特长，在课题组长的统一安排下，课题研究组成员分工不分家，明确子课题第一责任人。
课题组成员根据分工，对每一个需要研究的内容利用文献检索查找其他人在该研究中所做的改进与创新工作，根据自己的实验设想，改进一些实验操作中的制约因素，因地、因时制宜，制定切实可行的实验设计；对实验效果不明显，实
验成功率较低的实验进行研究并加以改进；对成本较大或不易找到的一些实验材料，研究替代实验材料；对一些抽象理论性的内容，研究利用实验的方法突破难点。对小组讨论改进后的实验方案反复进行实验探索，确保实验改进之后的可操作性、可重复性。把各版本教材中实验除特殊情况，做一次完整实验操作，获得课题研究的第一手资料，撰写实验报告，记录实验操作中存在的主要问题，记录影响实验成功的关键因素。将各成员的实验记录收集汇总，确定研究的具体内容。形成实验改进与创新的研究思路：“问题——探索——改进创新”。
2011.4对课题研究阶段性成果进行梳理，通报给每位课题组成员，要求大家认真学习改进案例，分析改进的方法，带动学生参与实践，检验改进的效果。对部分改进案例又进行了补充性研究。在励才学校申明凤老师，高燕老师上了两节实验改进案例课，效果很好。
2011.5 课题主持人在泰州实验学校对参加省生物实验技能大赛的六位老师进行培训，将阶段性研究成果与大家交流，在三次培训中又对相关实验进行了改进与创新，积累一部分实验改进创新案例。所培训的六位学员中，有两人在江苏省初中生物实验技能大赛中获得一等奖。
2010.7-8 课题组成员利用假期阅读杂志等文献中相关实验改进案例，对相同实验的不同改进进行比较思考，实践，并在QQ上与课题组成员开展交流。
2011.9主持人对新学期的研究工作进行部署。对课题组的研究资料提出撰写研究论文。课题组的老师对自己研究的案例进行推敲整合，老师将前期研究资料报送。
2011.9.26-27参加省实验课题研究中心在扬州召开的课题研究中期评估现场会。
2011.9.28向课题组成员传达会议精神，要求对前阶段的研究成果加强整合和提升。组织课题组核心成员对前期研究资料进行审核。主持人对子课题一组资料进行审核、筛选、否定、评价等与各专题负责人进行沟通交流，反复修改和完善上报资料。主持人审核最后完成《实验改进与创新案例汇编》的中期成果汇报材料。并交课题组指导老师李鸿喜征求意见。
2011.11在省泰中附属初中通过专家组的研究中期论证，前期的阶段性研究成果得到与会专家的充分肯定。
课题组高燕老师代表泰州参加省优质课评比一等奖。。
3.课题研究案例实践阶段（2011.11——2012.9）
本阶段主要采用行动研究法开展研究活动。
将各小组研究方案集中整理，集体研讨方案的可行性，可操作性，可重复性。对每项优化的实验方案组织实验教学活动，对实验改进前后进行论证分析。
分别在南苑学校、励才学校、二附中三所学校开设了六节实验教学改进创新的研讨课，研讨活动向全市初中生物教师开放，激发了广大教师对实验改进创新的积极性。并将优秀实验改进案例向全市推广，有效带动了我市初中生物实验教学，提高了实验教学的实效性。
课题组成员集中听课，比较实验方案，确定研究成果，形成书面文字，撰写研究论文。组织实验课观摩活动，参与主管部门的赛课活动，组织学生实验兴趣小组，评价实验改进效果。在实验教学中尝试探究学生进行自主探究实验的模式：“选题——自主设计——合作探究——撰写报告”。（该研究还处于初级阶段，深入研究不够。）
在全市初中生物实验技能大赛中，课题组三位老师获得一等奖。申明凤、高燕老师的实验课在泰州市课堂教学评比中双获一等奖。
总结前期实验改进创新案例，整理汇编成册。
4.课题成果总结提炼准备结题阶段（2012.9——2012.12）
根据研究进度，将所有研究成果汇编（案例汇编、研究论文汇编、课堂教学案例汇编、课题研究成果汇编），整理过程性资料完成结题报告。提请专家组鉴定。
这一阶段，主持人参与省教研室组织的生物教材中部分实验的改进与修订研讨会，对苏科版生物教材（七年级下册）中的四则实验进行了完善与补充。二．研究工作
1. 抓好常规管理，注重研究过程。
开展长期实验研究与定期研讨，走出去，请进来的方法。课题研究中与省市级多所学校教师进行交流活动（南京、镇江、淮阴、泰州等），多次邀请市教研专家、高中生物学科带头人进行专题讲座与指导。
关注课题研究全过程，组织开展实验教学活动，定期开展研究总结，组织开展经验交流会，及时做好相关资料的收集和汇报工作。研究过程按序推进，不做表面文章，不流于形式，真正以研究带动教师成长，带动区域内实验教学的实效性。
2．坚持团队研讨，注重改进论证
课题组成员根据分工，明确自己的研究内容，通过检索、质疑、实验、发现、改进等活动形成改进与创新案例。在个人研究的基础上以子课题组为单位开展讨论改进后的实验方案，反复进行实验探索，确保实验改进之后的可操作性、可重复性，再通过课题组的集中论证。
以团队作战，既分享了大家的研究成果，又分享了集体的智慧；既增加了研究的数量，又提高了研究的质量；既改进了实验，又推进了创新思维。
3．强化改进检验，注重教学实效
对每项优化的实验方案组织实验教学活动，对实验改进前后进行论证分析。课题组成员集中听课，比较实验方案，确定研究成果，形成书面文字，撰写研究论文。组织实验课观摩活动，参与主管部门的赛课活动，组织学生实验兴趣小组，评价实验改进效果。
改进与创新不是为了论文，也不是为了课题，使改进的效果真正落实在实验教学活动中。课题组成员18人次获得省市级各项基本功评比一等奖，与实验改进创新的研究成果密不可分。
第三部分研究成果
一、课题研究的实践意义与理论价值
1.通过对实验的改进与创新让实验活动更易操作、更低成本、方案更优、成功率更高；有利于有效正常开展初中生物实验教学。
2.通过成果推广，推动了区域内实验教学活动的正常开展。
3.有利于激发师生的创新意识，提升研究能力，激发潜能，培养创新能力、创新思维和创新精神。
4.有利于学生在“做中学”，从而实现学习方式的转变。
二、提高课堂教学与实验的实效性
实验教学本来就是生物课堂教学最精彩的部分。而材料易取、操作简便、现象明显、效果显著的实验更是激活课堂的着力点。教材中的实验通常具有经典性，但因时、因地、因人、因物、因财等因素实验的实效性可能大打折扣。
从教学实际出发，借鉴广大基层教育工作者长期的实践经验，结合自身实际
情况所进行的改进与创新，这样具有“校本特色”的案例对课堂教学的效果是显著的。许多微型实验的改进与创新立竿见影（发酵实验改进过程），许多零成本实验的实验改进与创新（一袋一瓶一根枝条探究蒸腾作用），许多废物利用的实验改进与创新（眼球成像的实验改进），许多就地取材的实验演示（肾单位模型）对课堂的影响不仅是真知获得的快速显著，更是对时间的节约、材料的节省、方法的优化，更是对学生创新意识的熏陶，创新思维的启发。
校本式的实验改进与创新无论对课堂教学，还是对本身实验的实效性来说，其效果都是显著的。
三、提高教师专业水平和科研能力
“做实验”，“改实验”与“创实验”对教师来说，是实验教学工作中不同的三个层次要求，大多数教师习惯于依教材而教，缺乏质疑，缺乏反思，缺乏行动。在本课题的引领下，推动了一个研究团队化被动为主动，主动查找资料，主动寻找创新点，主动探求新材料、新方法，一些成员在生活中寻找到创新和改进的灵感，在改进与创新中获得成就感，为进一步的改进与创新蕴积持续行走的力量。一些实验经过一改，二改，甚至十多次的改进；一天，两天，甚至一两个月的反复尝试才获得实验效果的最终改进；一个人，两个人，甚至一群人的智慧结晶才使得实验更趋于完善。在行走中，教师看似辛苦，却在享受乐趣，无形中提高了专业水平和科研能力。（装片中气泡的消除过程）
四、通过实验提高技能，通过改进与创新培养创新能力
做实验体现的是技能，而改进实验则反映的是反思行动的过程，创新实验则可以看作是一个创造的过程。创新教育从何谈起，就从实验开始！既包含了思维的创新，又包含行动上的创新。如果教师都没有创新意识，没有创新能力，焉谈创新教育。通过实验的改进与创新的研究，其效果显而易见。实验改进创新的主体是师生，起主导作用的是教师，学生参与的过程也是一种创新教育的过程。改进创新总是建立在一定基础之上，原有实验都不知道，哪谈改进？在实验教学中，主要向学生渗透教师创新的思维与实践历程，在分享改进与创新的研究成果中也激发了学生主动创新的意识，学生也经常会提出一些小小的建议，也在就地取材、废物利用上动脑筋。在实验教学中，为了将一些单纯的验证转化为探究实验，启发学生小组自主设计方案，也极大调动了学生的创造性。
五、研究的直接成果
1.自主开发实验改进与创新案例33则，实验教学设计与模型创新案例16则。
2.撰写实验研究性论文20篇，发表与实验相关省级论文10篇，在国家核心期刊发表1篇，获奖多篇。
3.课题组教师在实验技能赛及课堂教学比赛中有18人次获各级各类奖项。省一等奖1项，省二等奖1项，泰州一等奖2项，泰州三等奖2项，姜堰一等奖11项，二等奖1项。
4.研究成果推广指导教师参加省生物实验技能大赛2人获一等奖，4人获二等奖。
第四部分研究的后续思考
1.实验改进与创新是一项没有终点线的教科研工作。
一则成功的实验改进与创新案例的开发有些看似“得来全不费功夫”（灵感的瞬间显现，即使灵感，也离不开日思夜想），而大多数则是踏破铁鞋无觅处（即使灵感，也离不开日思夜想）。当前开发的案例数量还是有限的，还需要持续研究下去，希望有更多的教师加入到这一领域的研究。虽然教师团队创新意识有所转变，但这项需要创造智慧的工作目前仍处于起步阶段，有些人行走得非常缓慢。但是通过研究，对一个团队的开发创新意识的作用却是非常显著的。
2.实验教学的改进与创新比对实验本身的改进创新更重要。
改进案例对学生的认知效率虽然有更大帮助，但真正创新的过程是在改进行动中。改进得再好，对学生的创新能力作用并不显著。目前改进创新的主体还主要局限于教师层面。只有对实验教学的改进与创新才能为学生开展创新搭建更大的舞台。那就需要学生更多的探究时间与空间，给学生失败和纠正失败的机会。我们在此也做了点滴尝试，给学生研究的思路，对过程、方法、器材的选择，甚至条件都没有明确的限制，允许他们适度的不规范，指导他们的失败反思。我相信，经历了这些过程的学生，其体验一定是丰富的，持久的，甚至还是具有发展性的。
对实验教学改进与创新的主体是教师，与学校领导层关系不大。完全在于教师的学科意识、教育精神。对实验都不做的教师空谈实验教学的意义就毫无价值了。我们需要实验技能上的标兵，我们更需要坚持实验教学的标兵；需要实验改进创新的标兵，更需要把实验转化为培养学生探究、创新能力的创新型教师。这一份责任无法用分数也考评。能够举证全校每班学生每学期做足十次实验的才是真实的实验先进学校，教师也才算得上是一个称职的科学教师。
3.实验教学的管理也是需要改进的。
省级花费巨资，当地政府投入资金，实验室建设得近乎完美，有些学校，人人都可以有独立动手的机会，然而真正的使用率有多少，几年前，我参与过一些调查，属于摆设的太多。上面的督查，结果皆大欢喜，做，未做，检查没有不过关的。其实上面知道，下面也清楚。为什么落实不到位。不外乎以下几个因素：做所获得的知识还不如通过讲解来得快和全；做实验是着眼长远发展，不做是图眼前方便；做对知识暂时掌握的效率未必明显，领导也懒得过问；实验教学过程太麻烦，弄不好还会惹安全麻烦；实验员近似于二线人员，或是不能做，或是不想做。所有的管理制度都成为墙上的制度。
把实验落实到位，我设想进行区域内资源整合，一是物质性整合，二是人员整合，三是实验教学过程性整合。将闲置的许多设备、仪器进行区域集中，实验人员集中，形成区域性实验中心，所有实验仪器、过程管理由中心落实，过程录像。这样设想的好处在于有利于物质资源的有效利用，有利于实验团队的协作行动形成实验研讨氛围，有利于对过程的监控管理，设备的保养维护等。采用工具箱（如美国POSS工具箱）进行流动化的区域内实验教学活动。