《模拟实验在高中生物教学中的实践研究》开题报告
《模拟实验在高中生物教学中的实践研究》
开题报告
泰州市第三高级中学 黄淑峰开题报告
尊敬的各位专家、各位领导、各位老师：
大家好!
非常高兴代表课题组作泰州市“十三五”规划重点立项课题“模拟实验在高中生物教学中的实践研究”的开题报告，请各位专家、各位领导提出宝贵的意见和建议。
正 文
报告分以下七个部分:
一、课题的核心概念及理论基础
二、研究背景与国内外同一研究领域现状
三、研究的目标、内容与重点
四、研究的思路、过程与方法
五、主要观点和创新点
六、预期研究成果
七、完成研究任务的可行性分析
一、课题的核心概念及理论基础
（一）课题的核心概念
1、模拟实验
“模拟实验”是本课题的研究关键点。生物模拟实验是弥补由于研究对象不允许、实际实验存在困难等客观原因无法开设（如实验实施危险、实验材料过于昂贵等），依据相似性原理，构建研究对象“替代物”（模型）开展的实验，将模型的实验结果类推到原型上，揭示原型的本质和规律的一种研究方法。因此，构建模型必须满足以下3个条件，即相似性、代表性和外推性。相似性指模型与原型具有相似的特点；代表性指在研究的过程中模型能够代替原型；外推性指通过对模型的研究，能够得到关于原型的信息。
2、高中生物教学
高中生物课程是普通高中科学学习领域中的一个科目。高中生物课程将在义务教育的基础上，进一步提高学生的生物科学素养。尤其是发展学生的科学探究能力，帮助学生理解生物科学、技术和社会的相互关系，增强学生对自然和社会的责任感，促进学生形成正确的世界观和价值观。提高每个高中学生的生物科学素养是本课程标准实施中的核心任务。
2004年，高中新课程改革以全新的课程理念在全国范围内开始实施，高中生物教学更加注重实验教学。模拟实验作为实验中的一部分，因此，《普通高中生物课程标准》在课程设计中要求教师在教学中融入模拟实验、模型构建等教学内容，使学生领悟系统分析，领悟假说演绎、建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用[1]。《高中生物课程标准》在教学建议部分明确指出，在教学中应优化学习方式，不同的学习方式有各自的特点、优点和使用的条件，教师应根据不同的教学内容注意采用多样化的教学方式，如演示、讲授、模拟、辩论、游戏、角色扮演、专题讨论、项目设计、个案研究等。
3、实践研究
“研究与应用”是本课题的实践研究过程和研究的最终目的。是指根据高中生物教学内容的特点、现有教学的条件及学生的学情，创新设计一些模拟实验来突破生物学教学中某一知识的重难点，例如，通过构建模型来有效辨析有丝分裂与减数分裂过程中染色体数目与形态变化的异同[2]，或对已有的一些模拟实验（高中生物教材中缺少实验操作方法与步骤）进行研究开发[3]，或改进[4]，包括实验过程、材料等的研究与改良。模拟实验不仅有利于学生操作，而且简单易懂，值得在教学上推广应用。
（二）课题的理论基础
1、杜威：“从做中学”教育理论
在“从做中学”杜威强调知识并不是教师口述，而应该引导学生参与到活动中，使其在活动中无意识的获取知识，培养学生学习兴趣。“从做中学”教育理论要求教师在教学过程渗透这一思想，增加学生活动，使学生在做中学[5]。生物模拟实验则是以杜威“从做中学”教育理论为基础，模拟不能进行的生物实验活动，丰富学生的活动，使学生在更多途径中学习生物知识，提高学习生物知识的兴趣。
2、布鲁纳：发现学习理论
所谓发现，不仅是发现人类尚未知晓事物的行动，还包括亲身获得知识的一切形式。发现学习理论由美国教育心理学家布鲁纳提出。
在生物模拟实验中开展的科学探究活动使学生自主进行知识的理解，掌握相关概念，强调学生的主动性及其内部的认知过程，使得学生学会如何发现新信息，领悟科学研究方法；基于发现学习的作用，若学生能够通过模拟实验活动自主组织材料，构建知识体系，则不容易遗忘，成为学生记忆中“自由出入”的知识[6]。
3、建构主义理论
建构主义来源于杜威经验性学习理论、维果斯基最近发展区理论以及皮亚杰经验同化和顺应的双向建构过程。建构主义强调学习的主动建构性、社会互动性和学习情境性[5]。对于中学生物教学，在生物真实实验的基础上，模拟实验的开展，可以更好的为学生创设更多的
情境，使学生主动参与到实验活动中，提高学生之间、学生与教师之间的互动性；同时，模拟实验给学生创造更多的实验操作机会和经验，帮助学生在原有经验和知识上整合生物知识，促进学生的发展。
二、研究背景与国内外同一研究领域现状
1、研究背景
生物学是一门以实验为基础的自然科学，实验教学是生物教学的一个重要组成部分。由于生物学中很多研究对象直接用来进行实验非常困难或者不可能，而模拟实验在某些方面具有优越性，因此，作为真实生物实验的补充，模拟实验已成为中学生物教学的一种重要教学方法。
目前，虽然模拟实验在中学生物教学中的作用，正逐步引起教育工作者的重视，但有很多课本中要求实施的模拟实验，还没有被真正运用到教学中，至于能自主创新设计模拟实验的更是微乎其微。
本课题的提出，旨在根据高中生物教学内容的特点和学校应有的条件，创新设计一些模拟实验或对已有的模拟实验进行改进，从而达到利用模拟实验突破教学重难点、培养学生的科学思维能力和科学探究能力的目的，最终通过改进现有的教学方式来优化学生的学习方式，提高教学效率。
2、国内外同一研究领域现状
在20世纪80年代后期, 美国等一些国家认识到重讲课、做题目, 这种公式化、呆板的方式已经落伍, 强调应重视学生的学习技巧, 并鼓励学生积极参与到教学活动中, 因此提出了仿真模拟等新的实验教学方法。英国《科学》教材中的生物学实验也可以大致分为2类，一类是与国内教材较为相似的经典生物学实验；另一类则是非仪器支持的生物学模拟实验，这类生物学实验不依赖于实验仪器， 而且实验材料也较少使用实验室专有的试剂， 而是较多采用常见的、易获得的生活用品，实验的开展形式则比较多样，实验内容也比较新颖，实验过程生动有趣，符合中学生的心理特点。
2017年，我国课堂改革的六大趋势中倡导将生本课堂向自本课堂转变，即在学习内容方面，要致力于用具有挑战性的真实任务情境（从形式上，更多的是对现实生活的模拟、仿真）呈现学习内容和任务，有利于学生形成相应的思维方式、实践能力和责任担当意识。
我国生物课程标准明确指出，实验设计应多样化，可因地制宜地开展一些模拟实验。生物学新课标教材中也出现了模拟实验这一全新的教学方式，模拟实验作为科学研究中的一种基础的方法, 越来越受到教育工作者的重视：如施群毅在模拟实验中对教具的选择[7]；徐红玲提出，通过建模和模拟实验， 以生物学建模和模拟实验活动为突破口，进行中学生命科学教学改革的研究与实践，是培养学生综合科学素质和创新能力的有效途径[8]；刘正旺针对模拟实验中存在的问题，对模拟实验材料、步骤进行优化，使实验更加具有科学性，更加有利于教学[9]；罗建义对人教版“性状分离比的模拟实验”做了分析，从实验数据、数据处理等方面进行了改进，使教学更加有效[10]。 还有其他教育工作者在这一领域也做了深入的研究、有独到的发现，并见诸报端,为我们的课题研究奠定了坚实的基础。
三、研究的目标、内容与重点
1、研究目标
（1）通过文献研究，进一步了解国内外在这一领域中研究和运用的现状，进行文献综述，充分体现高中生物模拟实验在生物教学中的作用。
（2）根据高中学生课程内容的特点和学校现有条件，通过设计和改进模拟实验的方法步骤等，形成一套系统的可操作的有效的模拟实验教学设计与方法。
（3）通过模拟实验的设计和应用改进和拓展以往的灌输式授课方式和被动接受、记忆的学习方式。尽可能的将抽象的知识形象化, 让学生在动手操作中感悟、体验生物结构和生命运动历程及其原理。
（4）通过模拟实验教学的推广，使更多的高中生物老师重视模拟实验，创新设计、改进模拟实验，并通过模拟实验的课堂教学，提高学生学习生物学的兴趣，点燃学生的探究热情。
2、研究内容
（1）通过阅读相关文献资料和教材，了解现有高中生物教学中已有哪些内容运用了模拟实验来进行教学。
（2）调查了解市直各学校有关生物模拟实验开设情况，并总结其特色和创新之处。
（3）在阅读文献和调查的基础上，根据教学内容、教学目标和学情，创新设计或改进模拟实验并运用到教学实践中。
（4）在实践运用的基础上总结高中生物模拟实验的优秀教学案例，并进行推广应用，从而达到优化教师授课方式和学生学习方式的目标。
3、研究重点
本课题着重研究两个问题：一是根据教学内容通过改进和创新设计模拟实验，提高模拟实验教学的可行性、有效性和广泛性。二是期望能总结、归纳得到高中生物模拟实验教学的实施策略，对教师如何利用模拟实验辅助生物教学进行初步探究。
四、研究的思路、过程与方法
1、研究思路
（1）通过国内外文献研究，拓展高中生物模拟实验设计的思路。
（2）认真研究教材内容，根据现实条件，创新设计模拟实验突破高中生物中的某一或某些重难点，或对已有的模拟实验进行改进。
（3）把设计好的模拟实验运用到课堂教学中，逐步完善并形成典型的模拟实验教学案例。
（4）通过推广成熟的模拟实验教学案例，激发广大生物教师自觉改进教学方式，并逐渐改进学生的学习方式。
2、研究过程
第一阶段：理念渗透和组织落实阶段
组织收集高中生物模拟实验教学相关资料进行学习交流，了解国内外先进的教学理念和教学方式，提高教师的理论水平。通过实际听课和访谈了解我校教师对模拟实验教学的看法和具体实施情况。
第二阶段：课题初步实验阶段
撰写研究方案，并在日常教学中根据教学内容不断创新设计或改进模拟实验，并积累相关课例；采用“同课异构”等课例研修教研形式，分析对比，发现模拟实验在教学中存在的问题，并追踪改进，确立整改方案。
第三阶段：深化研究阶段
各研究人员将初步研究成果进行汇总，并通过下一学年对应年级教学进行验证，不断调整、总结、改善，并进行定期展示、报告。
第四阶段：完善发展和结题阶段
达到课题研究的预期目标，将研究成果进行整理和汇总，接受鉴定，并规划结题后开展后续研究的内容。
3、研究方法
文献研究法、调查研究法、比较研究法、实验研究法、和经验总结法等。
五、主要观点与创新点
1、主要观点
课堂教学改革就是要把灌输式教学拓展为启发式、参与式教学，组织学生开展探究性学习。通过模拟实验教学的开展不仅能有效的突破教学难点、激发学生兴趣，还能引导学生通过模拟实验活动自主组织材料，构建知识体系，学生印象深刻，不易遗忘。最终达到改进现有的教学方式和优化学生学习方式的目标，将课堂还给学生，提高学生学习的主动性与自主性，往往会收获意想不到的教学效果。可见，如何在教学实践中发挥模拟实验的功能非常值得研究。
2、创新点
（1）本课题的研究不仅是对高中教材中的原有的模拟实验进行运用和改进，还对其他一些抽象的、难以理解的、而又不能通过真实实验体现的内容进行创新设计模拟实验。
（2）本研究立足于生物模拟实验教学现状调查，从实物模拟入手，对教材中的模拟实验教学进行内容开发，设计生物模拟实验教学案例，期望能总结、归纳得到高中生物模拟实验教学的实施策略，对教师如何利用模拟实验辅助生物教学进行初步探究。
六、预期研究成果
| 成果名称 | 成果形式 | 完成时间 | |
| 阶段成果（限5项） | 《<模拟实验在高中生物教学中的研究与应用>实施方案》 | 实施方案 | 2017年4月 |
| 《<模拟实验在高中生物教学中的研究与应用>调查报告》 | 调查报告 | 2017年12月 | |
| 《<模拟实验在高中生物教学中的研究与应用>实践日志》 | 教育案例集 | 2018年3月 | |
| 《<模拟实验在高中生物教学中的研究与应用>中期论文集》 | 论文集 | 2018年8月 | |
| 《<模拟实验在高中生物教学中的研究与应用>中期报告》 | 中期研究报告 | 2018年10月 | |
| 最终成果（限3项） | 《<模拟实验在高中生物教学中的研究与应用>优秀实践案例》 | 教育案例集、光盘 | 2018年8月 |
| 《<模拟实验在高中生物教学中的研究与应用>课题论文集》 | 论文集 | 2018年10月 | |
| 《<模拟实验在高中生物教学中的研究与应用>结题报告》 | 结题报告 | 2018年12月 |
1、课题组核心成员的学术背景和研究成果
课题组核心人员拥有硕士学位，是泰州市生物教学能手，其作为核心成员参与了江苏省教育科学“十一五”规划课题重点课题《责任课堂下的有效教学研究》的研究，该课题已结题，其成果获江苏省基础教育成果奖一等奖；主持市级课题《利用现有教学资源落实高中生物实验教学的研究》已结题；主持市级课题《内地新疆高中班学生自主管理实践研究》，正在研究开发中；并在省级以上刊物发表教育教学论文十多篇。
课题组主要成员均为我校生物学科的教研积极分子，均为教学一线的优秀教师，教育教学都已达10多年，教育教学的经验丰富，教学实践能力强，并且在市级以上获奖或发表论文多篇。为课题研究提供了坚实的人力资源保证。
2、研究基础
本课题主持人有多年教育科学研究经验，在2016年3月，荣获由徐州市政府颁发的“2015年度徐州市科学技术奖三等奖”；2016年7月，荣获由江苏省教育厅颁发的“江苏省教育科学研究成果奖二等奖”； 并在国家级以上刊物发表教育教学论文多篇；并且，本课题主持人已初步研究了高中生物模拟实验的教学方法，并已整理成文，即“有丝分裂与减数分裂辨析的有效教学方法[2]”和“子代遗传多样性的模拟实验[3]”，分别发表于国家核心期刊《生物学教学》和国家级期刊《实验教学与仪器》，为该课题的研究打下良好的基础。
3、完成研究任务的保障条件
（1）准备充分：
我们围绕课题做了大量的前期工作，对模拟实验的相关内容有了更进一步的认识。课题组成员在集中商讨研究的基础上，充分认识到课题研究的理论价值和实践意义。
（2）组织明晰：
我们构建了课题研究的管理网络，明确了各成员的职责分工，如下表，规范了课题的运作过程，确保各项研究工作按计划扎扎实实地开展，保证课题研究的计划性、科学性和有效性。
| 课题组成员 | 姓名 | 工作单位 | 专业技术职务 | 研究专长 | 课题组中的分工 |
| 黄淑峰 | 泰州市第三高级中学 | 中学一级 | 中学生物教育 | 负责全面工作 | |
| 朱小碗 | 江苏省口岸中学 | 中学高级 | 教育管理、中学生物教育 | 开题报告 | |
| 孙红军 | 泰州市第三高级中学 | 中学高级 | 教育管理、中学生物教育 | 教育案例集 | |
| 肖红梅 | 泰州市第三高级中学 | 中学一级 | 中学生物教育 | 论文集、光盘 | |
| 赵峰 | 泰州市第三高级中学 | 中学一级 | 中学生物教育 | 中期研究报告 | |
| 王莉 | 泰州市第三高级中学 | 中学一级 | 中学生物教育 | 结题报告 | |
| 孙爱红 | 泰州市第三高级中学 | 中学一级 | 中学生物教育 | 教育案例集 | |
| 张庆 | 泰州市第三高级中学 | 中学一级 | 中学生物教育 | 资料收集 | |
| 陈俊 | 泰州市第三高级中学 | 中学一级 | 中学生物教育 | 结题报告 |
（3）经费支持：
我校坚持科研兴教、以研促教的策略，长期以来十分重视教育科研工作，教科研氛围浓郁，学校对各级各类课题的研究经费也都予以大力支持，能够确保提供课题研究所需的全部费用。
以上是我代表课题组作的开题报告，请各位专家、领导提出宝贵意见和建议。谢谢大家!
参考文献
[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准[M].北京:人民教育出版社,2003:9.
[2]黄淑峰,朱小碗.有丝分裂与减数分裂辨析的有效教学方法[J].生物学教学, 2011,36(4):27.
[3]朱小碗,黄淑峰.子代遗传多样性的模拟实验[J]. 实验教学与仪器, 2015, 32(5):35-36.
[4]杨扬. 模拟实验中产生的创新——以模拟孟德尔杂交实验为例[J].中国教育技术装备,2013,23(8):99-100.
[5]莫雷. 教育心理学[M]. 北京:科学教育出版社. 2007: 56-65.
[6]陈琦,刘儒德. 当代教育心理学[M]. 北京:北京师范大学出版社,2007:164-165.
[7]施群毅.简易直观教具在生物学模拟实验教学中的应用[J].生物学教学,2009,34(8):35.
[8]徐红玲.生物建模和模拟实验[J].生物学通报,2007,42(6):43-44.
[9]刘正旺.高中生物学实验高效教学案例——“性状分离比的模拟”实验教学的再加工[J].生物学通报,2013,48(5):34-36.
[10]罗建义.性状分离比模拟实验"的教学设计[J].生物学教学,2017,42(2):36.
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