基于假设开展有效实验探究
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摘 要 以“探究蚂蚁的通讯”为例，引导学生基于合理科学进行假设，对课本实验方案进行改进，取得了良好的实验效果，在过程中关注了学生的科学思维的发展，提升了学生的实验探究能力。
关键词 合理假设 有效探究 实验方案改进
中图分类号 G633.91 文献标志码 V
探究教学是将科学探究导入教学实践中，并通过学生自己的探究来形成对知识的理解与掌握。生物是重要的实验学科，因此在实验教学中，教师引导学生从实验中获取知识、发展能力具有重要意义。此外，生物学科的核心素养之一即培养学生的实验探究能力。但有些实验探究表面非常热闹，看似学生“动”起来了，但其实过程中缺乏科学性，学生思维偏离探究方向。这样的科学探究并不能有助于学生形成科学缜密的逻辑思维，更不能真正培养学生的独立实验探究能力。出现这种情况的原因之一往往是学生对要探究的问题没有科学的认识及假设，同时也缺乏有逻辑的思考和分析。
1.1 假设与实验探究的关系
实验探究的一般步E有提出问题、做出假设、设计及实施实验、得出结论、表达交流。探究活动的核心是“做出假设”与“设计及实施实验”两个环节。恩格斯说：“只要自然科学还在思维着，他的存在方式就是假设。”“假设”是指学生根据已积累的学习经验，对需要探究的问题猜想出来的一种或多种可能的答案或结论。它是科学探究的重要特征之一，也是设计及实施实验的基础。任何假设与猜想都必须通过实验“验证”。在这个过程中，教师引导学生通过逻辑与推理，把假设变成可行的、具体的实验方案并进行验证。
1.2 合理假设与实验设计的关系
面对探究问题，学生作出的假设若是荒谬或明显错误的，后面的实验设计与实施也必定漏洞百出，此探究实验也是无意义的。只有依据科学常识或日常经验作出假设，才能确保实验探究的有效性。在实验探究的过程中再来判断假设的合理性，并不断进行改进和完善。
2 基于假设的实验探究及案例分析
“蚂蚁的通讯”是人教版八年级上册“社会行为”一课中的探究实验。对于“蚂蚁如何进行通讯？”这一探究问题，很多学生依据自己从书籍、视频资料中积累的经验给出了“通过气味通讯”这一合理假设。接着，学生就需根据假设，设计并实施可行、具体的实验方案来判断假设是否正确。
2.1 实验1：原方案
方案：将ABC三块石头放在盛有水的盘中，形成三座小岛（图1）。将诱捕到的多只同窝饥饿处理的蚂蚁放在B岛，食物放在C岛，在BC与AB之间用细木条架设小桥，一段时间后将BC与AB交换，观察蚂蚁的动向。
预期：基于蚂蚁依靠气味通讯的假设，最初蚂蚁应沿BC桥来到C岛觅食。换桥后，蚂蚁应沿留有气味的原BC桥到A岛。从而可以证明假设。
实际结果：实施实验后发现，从实验开始B岛上的蚂蚁就四处乱爬，约一半的蚂蚁无心觅食。换桥后，蚂蚁也没有丝毫预期的行动迹象。
分析：学生经过讨论分析，初步判断蚂蚁从自然环境到陌生的实验室环境，行为慌乱，因此无法正常开展实验。改进办法便是将实验地点搬到自然环境中。
2.2 实验2：改进后的实验
方案：学生课间在校园中四处寻找蚂蚁窝，终于找到了几处蚂蚁数量较多的蚂蚁窝。在清晨，蚂蚁饥饿感最强的时候来进行实验。为方便爬向所架设的实验器材，学生创设了一座新桥，命名桥1，连通蚂蚁窝与中转岛B。桥2连通岛BC，桥3连通岛AB（图2）。一段时间后，将桥2与桥3互换，观察蚂蚁动向。
预期：换桥前，大量蚂蚁沿着桥1来到岛B，又沿着桥2来到岛C觅食，桥3上的蚂蚁虽有但数量很少。互换后，大量蚂蚁沿着桥2的气味到岛A，而桥3蚂蚁较少。
实际结果：实验进展得很顺利，换桥前与预期一致，但换桥后，却没有看到预期的现象。虽有一些蚂蚁沿桥2来到了岛A，但更多的蚂蚁却沿桥3来到了岛C。
分析：学生在怀疑假设正确性的同时，也在反思着自己的实验设计。他们发现如果假设正确，换桥后，此实验存在了桥上留有的气味和食物的有无2个变量。但对照实验强调单一变量，学生再次调整，去掉换桥后的食物，重新实验。
2.3 实验3：再改进的实验
方案：保留实验2的前半段，换桥后，学生重新替换了岛C，确保岛C没有食物及食物气味残留，保证此实验只有桥上的气味这一变量（图3）。
预期：在排除干扰后，更多的蚂蚁沿着桥2来到了A岛。
实际结果：与预期一致。
分析：证明了假设是正确的，蚂蚁的确在桥上留下了气味，而蚂蚁确实也依靠气味来进行通讯。
总之，实验“蚂蚁的通讯”能够成功，原因便是学生做出了科学的假设，并及时根据反思，调整实验方案。一开始，部分学生对此探究问题的假设是低层次的，如超声波、跳舞等，可见学生作出假设的能力还需培养。假设的不合理必然导致探究实验的低效，需经常变更假设。随意地变更假设不利于学生培养系统深入的科学思维能力和实验探究能力。因此在实验设计之前，教师通过运用归纳法、演绎法、分类法、类比法等方法，引导学生开展讨论分析，提出较科学的假设。这样才能基于假设，有效地开展实验探究。