基于典型案例的高中生物探究性實驗教學的實踐與思考

秦海

摘 要： 探究性實驗教學是新課改的重要內容，這對高校選拔具有科學探究能力和創新能力的人才具有重大意義。本文以人教版高中生物教材中幾個經典的實驗為案例，從確立探究思想，喚醒創新意識；既向學生提出問題，又讓學生提出問題；重視查閱文獻，提高搜集能力；引導發散思維，鼓勵課外探究；通過科研的艱辛，培養耐挫意識等方面展開探究性教學實踐，取得良好的效果，并進一步提出一些改進想法，應立足課本，不斷完善探究實驗的細節，拓寬視野，甚至跳出課本尋找適合于高中階段的探究性實驗方法。

關鍵詞： 高中生物 探究性實驗 教學實踐

生物新課改明確提出要以學生發展為本的理念，對于高中生物來說，這就需要通過開展以探究為核心的實驗教學實現。探究式實驗教學就是讓學生在教師的指導下由被動學習轉為主動學習，積極參與科學探索過程，嘗試模擬科學家在生活實踐中提出問題、解決問題的方式，學會搜集和加工所需資料，養成主動探索、大膽質疑、發散思考的習慣，進而培養自己的創新和實踐能力。《課程標準》明確提出學生應根據已有的背景知識和觀察證據，通過邏輯的推理和科學的想象提出問題、形成假設或作出某些預測，在問題與假設的基礎上，設計探究方案，選擇工具、儀器、設備更廣泛地搜集證據，并通過分析數據驗證假設或修改假設，最終形成探究結果。不僅如此，高考作為選拔性考試，也對探究能力提出較高的要求，這對高校選拔具有科學探究能力和創新能力的人才具有重大意義。然而由于部分地區和學校未能及時扭轉應試教育的思想，或由于課時所限，并沒能有效展開探究性實驗，這也就造成探究流于形式，形成“穿著新鞋走老路”的局面。故在此筆者首先談談自己的具體實踐。

一、引導學生開展探究性實驗教學的具體實踐

1.確立探究思想，喚醒創新意識。

長期傳統灌輸式的教學模式使許多學生思想束縛乃至僵化，在學習過程中不會主動思考，更談不上創新。有的學生甚至認為，創新是科學家的事情，與自己沒有關系，自己也沒有能力這樣做。其實每個學生都有一定的創新潛能，這需要在教師的幫助下喚醒并挖掘它們，所以教師要充分發揮學生的主體作用，給學生自主學習和創造性學習的空間，讓他們打破思維定勢，培養發散思維。比如在《探究植物細胞的吸水和失水》中，在實驗設計時，課本上給出的實驗材料是洋蔥鱗葉外表皮，實驗試劑是30%的蔗糖溶液。如果照本宣科，學生自然就會墨守成規地接受，但沒有任何思維的訓練，當以后碰到獨立設計實驗的時候，就會對材料和試劑的選擇無從下手，所以這里要讓他們產生為什么這樣選擇的疑問，從而擺脫課本的束縛，真正地進行探究。故在此處通過這樣的幾個問題引導學生討論：課本中用紫色洋蔥鱗片葉作為實驗材料，你能列舉出其他合適的實驗材料嗎？你是如何確定所用的蔗糖溶液濃度大于細胞液濃度的？大于細胞液濃度的蔗糖溶液都適合使用嗎？學生在討論中各抒己見，最后教師加以總結：活的成熟的植物細胞，液泡有顏色，容易獲得材料，容易制作裝片；配置一系列濃度梯度的蔗糖溶液分別處理植物細胞，觀察細胞在何濃度下開始發生質壁分離；濃度過高使植物細胞失水過度死亡，濃度相對較低則質壁分離速度慢，所以選擇合適的濃度。這樣一來學生便體驗到跳出課本框框，真正獨立探究的樂趣。

2.既要向學生提出問題，又要讓學生提出問題。

在教學過程中，通過有梯度的問題串，讓學生積極思考，有利于學生自主合作進行探究學習，也使學生的主體地位得到充分體現。問題既要圍繞科學探究的過程，又要培養發散遷移的能力。例如可以通過下列問題串，引導學生學習滲透作用：1.是否有水分子從長頸漏斗進入燒杯內？2.半透膜兩側水分子通過的數量一樣嗎？3.什么原因導致進入長頸漏斗的水分子多？4.如果用一層紗布代替半透膜，漏斗管內的液面還會升高嗎？5.如果燒杯中不是清水，而是同樣濃度的蔗糖溶液液面會升高嗎？6.如果有兩瓶丟掉標簽的不同濃度的蔗糖溶液，則通過滲透裝置如何鑒別？

通過創設情境，引導學生提出問題，培養他們的問題意識。愛因斯坦曾說：“提出一個問題比解決一個問題更重要。”科學探究的第一步就是通過觀察現象提出問題，而所要觀察的現象便是這里所指的情境，所以創設恰當的情境既能誘發學生的學習愿望，又能有效引導學生提出問題。例如教師先讓學生舉出生活中的動物細胞吸水的例子，然后給學生呈現滲透現象，即燒杯內裝有清水，長頸漏斗內裝有蔗糖溶液，長頸漏斗下面封一層半透膜，開始時長頸漏斗內外液面相平，一段時間后會出現長頸漏斗內液面升高的現象。然后將動物細胞及滲透裝置放在一起，讓學生在動物細胞吸水和長頸漏斗“吸水”這兩個例子的對比中提出問題。學生在這樣的對比情境中，很容易提出“動物細胞的細胞膜相當于半透膜嗎”等有價值的科學問題。又如將整個課堂看做一個大的情景，下課前可以這樣問學生：“老師問了你們很多問題，你們這節課有沒有什么問題要問老師的嗎？”

3.重視查閱文獻，提高搜集能力。

探究活動不能孤軍奮戰，站在前人的肩膀上能看得更遠，所以文獻資料在探究活動中起著至關重要的作用，尤其是提出問題、作出假設、得出結論等環節都需要它的支持。例如提出“動物細胞的細胞膜相當于半透膜嗎”這一問題后，下一步就是要作出假設，但學生此時沒有滲透作用的相關知識背景，所以就順理成章地告訴學生現在需要查閱一下滲透作用的相關資料，以便順利作出假設，緊接著由教師引導學生學習滲透現象。這樣一種設計方式打破了課本的原有布局，把原本要在這節課中先講的滲透作用作為探究活動中的文獻資料處理。學生在學習這一知識時會不由地思考：“有了這些知識能作出怎樣的假設呢？”這樣不但有利于學生理解探究活動的過程，而且讓他們深刻地認識到查閱文獻的重要性。

當然查閱資料更多的是在課下進行。隨著生命科學的快速發展，網絡資源越來越豐富，因此教師可以在課前將課題布置給學生，并指導學生如何利用搜索引擎充分合理地利用網絡資源進行文獻收集，在課堂教學前進行有效的組內和組間交流，最后由教師進行相應的指導。

4.引導發散思維，鼓勵課外探究。

一節課上能探究的問題畢竟有限，教師要激發學生積極的探索欲望，引導他們發散思維，對課堂上沒解決的問題繼續探究。例如本節課接近尾聲的時候，教師強調：“本節課的探究內容已經完成，但探究活動并未結束，同學們能不能想到有什么問題值得我們進一步探究呢？”學生經過小組討論提出各種很有價值的課題，有學生提出：“不成熟的植物細胞既然沒有大液泡，那什么結構相當于半透膜呢？”還有學生的思路由定性走向了定量，提出“細胞液濃度的測量并應用于鹽堿地改造”，等等。學生展開思維的翅膀，憑借自己的知識、經驗、興趣，多角度、多層次地思考，創新能力得以充分發揮。另外可以成立課外興趣小組，讓他們在課外完成自己感興趣的課題，從課上走到課下，從提出問題到親自分析問題、解決問題，從而實現他們的創新價值，這樣就能真正提高生物科學素養。教師應在此過程中盡可能地做好服務，為學生提供便利條件，如實驗材料、實驗器材、實驗場所等，條件允許的話還可以帶學生進行參觀、調查等社會實踐，只有這樣才有利于我們培養出更多創新型的人才。

5.通過科研的艱辛，培養耐挫意識。

生物是一門以生命為研究對象的學科，教師在傳授給學生生物學知識的同時更應該挖掘學科教育的人文價值，滲透人文教育，培養人文素養，使學生得到充分全面的發展。因此，教師既要關培養學生實驗探究能力，又要讓學生體會到科學的發展是一個艱辛的過程。教師在鼓勵學生多進行課外探究時，也要告訴學生：“獨立進行探究活動畢竟不像教材中的實驗那樣來的現成，而是需要自己親自設計每個環節，所以出現失敗是很正常的，重大的科學發現都是經歷了成千上萬次失敗才最終成功的，我們不能只看到最后成功的光環，而忘記過程的艱辛，所以失敗是成功之母，希望大家在探究過程中即使遇到挫折也不要放棄，要堅定信念，相信我們每個人都有成為科學家的潛質。”

通過上述具體的實踐，學生的探究欲望望愈發強烈，探究能力明顯提高，而要讓探究性實驗長期更有效地進行下去，一線教師還要改變固有思維，不斷學習充實，不斷開拓創新，對已有的探究性實驗加以改進，以便更滿足教學需要，故筆者有以下思考。

二、對探究性實驗加以改進的幾點思考

1.立足課本，不斷完善探究實驗的細節。

“細節決定成敗”。如果細節處理得當，就會使整個探究過程變得順利很多，甚至決定實驗能否成功。這就要求教師在教材的基礎上，不斷摸索，不斷對細節進行創新。例如《探究植物細胞的吸水和失水》中，如果用蔗糖溶液作為外界溶液，則原生質層不會出現P64圖4-3中顯示的均勻分離的現象。經過一系列探索研究，我們發現利用硝酸鉀溶液代替蔗糖溶液便可以使原生質層均勻分離，不僅如此，而且經過一段時候還能自動復原，這樣便有效地訓練學生的發散思維。又如《探究環境因素對光合作用強度的影響》中的真空滲水法，很少有學校將其作為學生實驗開展，主要因為蠶豆葉片較難獲得且效果不理想。有沒有容易獲得且效果好的實驗材料呢？經過對各種校園植物的摸索，我們發現臘梅葉片經打孔、抽氣、沉底后，在合適條件下5分鐘～10分鐘便可上浮，因而很適合本實驗，這樣便攻克了本實驗的選材難關。

2.拓寬視野，跳出課本尋找適合于高中階段的探究實驗方法。

有些高中實驗，由于方法所限，難以在一節實驗課內完成，使得各校都不約而同地采用灌輸式教學，這樣一來一節探究性實驗課便形同虛設。而如果善于從課本之外搜索資源，或許就能找到理想的方法。例如《探究用樣方法調查草地中某種雙子葉植物的種群密度》，本節實驗的進行需要在戶外選擇樣方，這在時間和空間上有很大局限，但高校中的《生態學實驗》卻能夠啟發我們解決這一困難。我們可以將戶外實驗搬到室內模擬進行，即植物種群密度調查方法如下：1.準備一個1m2木盒（10格×10格），這就相當于整個樣地，將木盒內100個小方格編號：00—99，每個小方格相當于一個樣方；2.準備一包一定數量的黃豆，這就相當于待測種群，將其隨機散布在木盒內；3.隨機抽取樣方，樣方數量要充足；4.計數已抽取樣方中的個體數量；5.計算每個樣方內平均個體數，然后乘100，即為種群數量的估計值。不僅如此，教師還可以指導興趣小組的學生進行進一步探究植物物種的多樣性：1.將木盒內100個小方格編號：00—99；2.將混好的各色豆隨機散布在木盒內，其中不同顏色的豆相當于不同植物種群；3.隨機抽取樣方20個；4.計數已抽取樣方中的各種豆的數量；5.利用辛普森指數，計算群落的物種多樣性。這樣一來，通過實驗室模擬的方法開展探究實驗，既能準確地體現實驗原理，克服實際中的諸多不便，又能調動學生的積極性，引導他們充分思考，將現實問題模型化，并根據現有材料設計和實施探究活動，從而達到良好的教學效果。

綜上所述，在高中生命科學探究性實驗教學過程中，教師既要引導并培養學生的探究思想和探究能力，又要積極主動地發展并完善現有探究實驗的細節，讓它們更適合高中教學實際。相信隨著探究性實驗教學的日臻完善，學校能培養出更多的具有探究能力的人才。

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