基于“生物實驗”培養學生科學探究素養的三個切入點

羅建義 （甘肅省玉門市第一中學 甘肅玉門 735211）

“科學探究”素養是生物學核心素養的重要內容之一，注重培養學生觀察、獲取、處理信息的能力、對生物學知識之間內在聯系的分析歸納能力、實驗能力等。教師通過教材實驗不僅可以幫助學生鞏固教材知識，還能引導學生形成嚴謹的科學研究方法，能用科學的眼光和思維對實驗過程和實驗結果進行分析，不斷提升學生科學探究的能力。

1 創設具有吸引力的實驗目的和氛圍，激發學生的探究欲望

教材實驗是對教材內容的再現和驗證，旨在加深學生對知識的認識和理解。學生若按教材預設的實驗設計來實驗，缺乏探究的體驗過程，無助于學生探究素養的培養。因此，教師需要根據具體學情，對教材中的一些實驗目的進行一定調整，增強學生動手實驗的趣味性，有助于激發學生的探究欲望，促進學生科學探究素養的提升。

在開展“植物細胞的質壁分離及質壁分離復原”的實驗中，傳統的驗證性實驗已無法激活學生的思維和興趣。教師可引導學生調整實驗目的：不同種類的植物細胞在什么條件下會發生質壁分離及質壁分離復原?實驗材料方面，可選用紫色洋蔥的內表皮細胞、花生的種子細胞、植物莖尖分生區細胞、菠菜葉肉細胞與紫色洋蔥的外表皮細胞進行對比實驗，使學生對教材中選擇紫色洋蔥外表皮細胞為實驗材料的原因有了充分的認識。實驗試劑方面，除了質量分數為0.3%的蔗糖溶液外，還選擇3%的蔗糖溶液、3%的尿素、KNO3、乙二醇溶液進行實驗，教師引導學生探究、觀察、比較與分析后得出結論。有部分學生在實驗中發現，3%的尿素、KNO3、乙二醇溶液中的植物細胞發生質壁分離一段時間后，會出現自動復原現象。針對此現象，教師可以引導學生繼續探究，分析造成這種結果的本質原因，深化實驗探究。

2 創設自主性的實驗過程和改變，提升學生的探究能力

教師以教材實驗為基石，根據教材實驗的內容和時間，分別對檢測試劑、實驗過程和實驗結果進行改變，并從三個視角進行差異性分析，創設學生自己動腦、動嘴、動手的學習環境，激發學生的探究欲望和獨立思考的積極性。

2.1 創設改變檢測試劑的差異性分析

改變試劑的差異性分析，指在自主探究的實驗教學中，改變檢測試劑后常會引起實驗現象或結論的變化，繼而引導學生對實驗現象或結論的差異性進行分析，以促進學生探究技能的全面提升。這種改變旨在利用不同試劑反映探究問題的不同側面，引導學生對探究問題進行多角度認識，使學生對探究的問題的認識更加全面。

在“溫度對酶活性的影響”實驗中，教材選擇碘液作為檢測試劑。有學生提出：用斐林試劑或班氏試劑能不能作為檢測試劑呢？面對這樣的疑問，教師應該及時引導學生預測不同檢測試劑的檢測對象、使用條件的差異性，預判實驗成功的可能性等。教師引導學生在不同檢測試劑下開展平行對比實驗。通過比較與分析，學生不僅對本實驗的認識更深刻，更對科學實驗的探究有了深入的理解。

2.2 創設改變實驗步驟的差異性分析

改變實驗步驟的差異性分析，指在學生自主探究中，教師可以有意地改變實驗步驟，引導學生關注步驟改變前后的現象改變，多問“為什么”，全面系統地分析實驗目的、操作要求與實驗步驟改變之間的關系，從而促進學生“探究技能”素養的提高。這種改變可以使學生更加明晰不同的實驗步驟與實驗現象、結論間的對應關系，正確理解選擇恰當的實驗步驟的必要性與不可替代性。實驗步驟的改變可以根據預設的實驗步驟，從實驗組別的增減，自變量、無關變量的變化、處理方式的調整，步驟的互換等方面考慮。

如“探究pH對酶活性的影響”的實驗，常規實驗步驟設計為：

（1）取9支同型號試管，標號，分別加入2 mL質量分數為0.5%的可溶性淀粉溶液相應的緩沖液3 mL，使各試管中溶液的pH依次為3、4、5、6、7、8、9、10、11。

（2）將9支試管在37℃的溫度下恒溫水浴，分別向9支試管中加入質量分數為0.5%的唾液1 mL。

（3）每隔1 min從第五號試管（即pH為7的試管）中取出一滴反應液，滴在比色板上，加一滴碘液顯色，待呈橙黃色時，立即取出9支試管，加碘液顯色并比色，記錄結果。

（4）分析實驗結果，得出結論。

教師引導學生改變實驗步驟，如保留前5支試管進行實驗，或縮小試管中溶液的pH梯度，或用20℃恒溫水浴，或改變第五號試管比色時間，或第一步和第二步實驗步驟互換。教師要引導學生對步驟改變后的實驗現象做出預測，對步驟改變前后觀察到的實驗現象進行對比，甄別其相似程度，對出現的誤差進行分析。這樣，學生更易觸及實驗探究問題的本質，促進了學生科學探究素養的提高。

2.3 創設改變實驗結果的差異性分析

改變實驗結果的差異性分析，指在實驗探究過程中，教師可適當添加實驗材料，調整實驗用具，改變實驗方法，獲得各種不同于預設結果的實驗結論。教師要引導學生對不同的實驗結果進行歸因分析，橫向比較造成結果的差異性，縱向比較造就相應結果的原因，使學生對實驗結果的認識能夠反映現象本真。這種改變要立足結果差異，根據當地的具體條件，從材料、試劑、器材等多方面考慮，切忌分析不徹底，比較不到位，以提高培養學生探究素養的效率。

如在探究淀粉酶對淀粉和蔗糖作用的“專一性”的實驗中，A組學生嚴格按照教材的建議以斐林試劑作為檢測試劑。他們發現淀粉溶液中加入淀粉酶后，加入斐林試劑水浴加熱后出現了磚紅色沉淀，蔗糖溶液在相同條件下處理后卻無顏色變化。他們得出淀粉酶對底物的催化具有專一性的結論。B組學生以碘液作為檢測試劑進行鑒定，發現含有淀粉溶液的試管藍色褪去，含有蔗糖溶液的試管沒有顏色變化。他們認為實驗也得出了相似的結論，但A組學生卻堅持認為B組學生的實驗結論是錯誤的。教師隨即引導學生對生成的問題進行歸因分析：A組學生以斐林試劑作為檢測試劑，側重于對淀粉水解后產物的鑒定。如果選用碘液，只能說明淀粉酶對淀粉的催化程度如何，側重于對底物剩余量的鑒定。淀粉酶能否催化蔗糖的水解，僅以溶液顏色未變是無法判斷的，B組得出的結論是不準確的。教師要根據實際情況，對改變前后的實驗結果多做差異性分析，促進學生探究素養的快速提升。

3 創設多元化的實驗評價，評測學生的探究水平。

多元化的教學評價是對學生的發展性評價。在探究性實驗教學中，教師可創設多元化的實驗評價體系，引導學生對實驗原理、探究過程進行判定：評價實驗目的是否完成，學生探究是否積極主動，測量方法是否恰當，測定數據是否準確，依據的實驗方案是否合理等。通過評價，教師對課堂中生成的問題應及時反饋，對學生取得的階段性成果不斷肯定，不斷促進學生探究素養的提高。

如在研究“滲透作用”的實驗中，教師要對各小組的實驗方案、半透膜的選擇、儀器的安裝、對滲透作用的理解狀況、小組內各位學生的參與程度及表現進行判定，根據擬定的評判標準，引導學生對各小組的實驗預案及狀況進行評價。確定其等級，教師要引導產生問題的小組選擇或改進實驗方案，促進他們對探究方案的預判與選擇能力的提升。此外在實驗中，教師要引導學生自主實驗的過程、測定的方法、現象的觀察、結論的科學性、學生的情感表現等方面予以評價，采用學生自評、互評，組內自評、組間互評，教師總評相結合的方式，選出優秀小組予以表揚，對困難小組要指出不足，提出改進意見，促進他們探究素養的提升。