基于生物拓展實驗提高學生科學探究能力的實施策略

李桂梅

文件編號：1003-7586（2018）11-0047-03

《普通高中生物學課程標準（2017版）》延續了2003版和2011版課程標準注重“探究能力”養成的思路，將“科學探究”列為生物學科四大核心素養之一。可見，培養學生的科學探究能力歷來是生物學教學的重要目標與要求。如何在教學實踐中更好地促進學生科學探究能力的提高，教師除了充分挖掘教材，在常規教學中力求實現教學目標，還應該適應學生的個性發展，因材施教，通過各種途徑，為對生物學科有濃厚興趣的學生創造更多自主探究的機會。

開展拓展實驗是培養學生科學探究能力的有效補充途徑。目前高中生物教材中的很多實驗為體驗或驗證性實驗，即使是探究性實驗，也列出了詳細的探究過程與具體內容，學生往往在未經充分思維后就直接參考了教材。因此，教材實驗在培養學生自主探究能力上還稍顯不足，不能滿足熱愛生物學科的學生的求知需求和探究愿望，而拓展實驗可以作為有效補充。為此，在教學實踐中，筆者結合校本課進行了拓展實驗教學，積極探索有效開展拓展實驗促進學生科學探究能力提升的實施策略。

1拓展實驗和科學探究能力的內涵

“拓展實驗”是指以教材實驗為探索起點，在原有實驗目的、實驗原理、實驗材料、變量的控制、實驗方法、與實際生活的聯系等基礎上發展出新的課題，并隨之開展的實驗探究，包括教材實驗的改進探究、延伸探究以及利用教材實驗原理開展的新的問題探究等。

“科學探究能力”是指“能夠發現現實世界的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及對結果的交流與討論的能力”。

2拓展實驗對科學探究能力養成的促進作用

首先，拓展實驗是以教材實驗為起點，建立在對教材實驗充分掌握的基礎之上，可以促進教材實驗教學目標的達成。其次，相對教材實驗探究，拓展實驗具有自主性、開放性和未知性的特點，給學生留有廣闊的思維空間和探究視域。拓展實驗需要學生的全程參與和自主探究，包括問題的提出、實驗的設計、材料的準備、具體的實施和結果的討論分析等，對學生的能力要求上升到了一個新高度。對照上述的科學探究能力的內涵，不難發現，拓展實驗的開展可以對科學探究能力進行全方位的訓練，促進學生能力的提升。再次，拓展實驗的開展，為學生創造了更多進入實驗室進行實踐的機會。實踐出真知，學生需要在實踐中去驗真和證偽。

3開展拓展實驗促進學生科學探究能力提升的實施策略

3.1總體實施方案

拓展實驗教學并不是面向全體學生開展的教學活動，而是結合學校的校本課、社團和研究性學習等活動來開展，由學生自由選擇參與。一個單元的拓展實驗教學，是以1-2個教材實驗為基礎的拓展，以小組合作的方式開展，遵循一般的探究過程，具體分為以下幾個教學環節：（1）在某教材實驗的原理和操作方法基礎上，聯系生活實際，發散思維，提出新的問題;（2）嘗試設計實驗來解釋現象或解決問題，小組匯報實驗方案，全體學生共同參與修正;（3）創造拓展實驗實施的條件，在實踐中驗真、證偽或探尋問題的本質;（4）展示實驗結果和交流實驗結論，師生共同分析評價;（5）師生反思和研討實驗中出現的問題。拓展實驗的教學實施注重組內討論、小組匯報和集體研討，讓每一位學生完整地親歷探究實驗的思維和實踐的全過程，又參與其他小組多個環節的研討，間接經歷多個探究實驗的探究過程，提高學習效率。

3.2增強提出新問題能力的教學策略

在拓展實驗教學初期，學生自主提出新的探究問題較為困難，教師在課程安排上應從簡單的實驗著手，給予更多的引導。教師可充分利用生活中的生物現象或結合學生的生活經驗，指導學生從教材實驗的實驗目的、實驗材料、實驗裝置、實驗方法、控制變量、實驗結果等方面提出拓展課題。可以通過設問引導學生思考：“植物細胞吸水與失水”實驗為什么選紫色洋蔥鱗片葉作為實驗材料，校園中還有哪些具備類似優點的選材？利用本實驗原理，你還能探知關于這些選材的哪些秘密？這樣可以引導學生從實驗選材和實驗原理應用上提出新的探究問題。教師也可以通過暴露問題引導。如“滲透裝置”演示實驗時，教師向學生展示內外液面變化，一開始有意沒有在教室移動展示，會有部分學生看不清，可能會思考：怎樣改進實驗方法使實驗現象便于觀察？也可以通過展示生物現象引導，例如做“綠葉中色素的提取和分離”實驗后，提醒學生看窗外變黃的樹葉或非綠色樹葉，促進學生產生對葉片為何變黃和非綠色葉片如何進行光合作用的疑問。可以通過理論與實際的沖突引導，例如學生在實驗中自己繪制的酵母菌種群數量變化曲線并不是標準的“S”型，特別是后期有明顯的下降趨勢，思考如何解釋該現象，并通過實驗驗證猜測。

當學生具備了一定的發現和提出問題的能力之后，教師應減少引導，不要直接將學生引入教師預設好的問題，應讓學生自主思考，探究自己想探究的問題。在提出問題階段，可以先不考慮實施的可行性，鼓勵學生發散思維，天馬行空，提出盡量多的豐富多樣的探究問題。之后，再考慮實際情況，評估確定幾個在學校條件下可行性高的探究課題，組建課題小組。

3.3提高實驗設計能力的教學策略

在實驗設計環節，教師要鼓勵和要求各課題小組，結合教材實驗或所學理論知識，查閱相關資料，對拓展實驗的目的、要求和材料進行分析，制定初步的實驗設計方案。即使制定的初始實驗方案漏洞百出，但是小組成員經歷了一個思維過程，只要有思考，就會有進步。教師要調動集體的力量，小組匯報探究方案，全體學生糾錯和修正。

例如，某小組想利用不同濃度的蔗糖溶液探究“洋蔥鱗片葉外表皮細胞的細胞液濃度”。該小組匯報完實驗設計后，很快有學生提出意見和建議：（1）教材實驗為定性實驗，此實驗為定量實驗，不適合采用教材的處理方式。（2）不應用同一片材料多次依次滴加不同濃度的蔗糖溶液，而應選同一部位相同位置的多片材料，分別滴加不同濃度的蔗糖溶液觀察質壁分離狀態，清水一組作為對照。（3）蔗糖溶液的濃度要換算成物質的量濃度，因為滲透壓大小跟溶質的分子數量有關。經過一輪實驗設計的匯報和修正完善后，每個小組對自的已實驗課題有了更深刻的認識，也同時經歷了多個實驗設計的思維訓練。

另外，教師要有點評和指導，對每一個實驗設計，要著重分析其一般性的規律，讓學生領悟實驗設計的一般思路和原則，比如對照原則和控制變量的方法。對于某些實驗設計的問題，教師不要過早指出，讓學生在實踐中去發現，并自行調整方案。

3.4訓練實驗操作能力的教學策略

拓展實驗實施階段，從儀器的使用、試劑的配制、操作方法、注意事項等方面，對學生嚴格要求，使其具備嚴謹的科學態度和規范、熟練的操作能力。對于一些新的實驗方法和儀器裝置的使用，要提前做演示和講解操作規范。

另外，教師在實踐中要引導學生自己摸索實驗條件，想辦法改進操作方法。例如，某小組探究“綠色蔬菜變黃過程中色素的變化”，預計提取、分離新鮮和放置變黃后的菠菜葉中的色素進行比較，但時值5月，菠菜放在冰箱，沒變太黃前就腐爛了，教師要引導學生分析原因，摸索儲存條件，或探尋其他的實驗方法。某小組探究“紅花檻木紫色葉片中的色素種類”設計了用清水紙層析分離色素的實驗組。實驗過程中發現，濾紙條吸水后變軟變重，會貼壁或倒入水中。因此，不能像平時實驗中那樣把濾紙條靠在試管或小燒杯壁上，學生自主進行了改進：使用試管架和夾子把濾紙條固定并吊在液面上方，保證下端沒入水中而不會整根濾紙條倒入水中。

3.5發展分析問題能力的教學策略

由于拓展實驗的開放性和不可預測性，所得的實驗結果往往會與預期有偏差，實驗過程中也會有很多意想不到的問題出現。這些都是優良的教學素材，是拓展實驗相對教材實驗教學的優勢之一。教師要充分利用這些教學素材，調動學生的思維積極性，引導學生透過現象看本質，揭示實驗結果所蘊含的生物學規律;教會學生從實驗方法、實驗操作、變量控制等方面討論和分析實驗中出現的問題;提醒學生通過查閱相關資料，尋求幫助。例如，某小組在探究“質壁分離實驗的替代材料”時選擇了幾種花的花瓣，發現多數花瓣表皮撕取困難，有的未撕下前就已明顯損壞，有些看似完好，清水制作裝片觀察時，細胞死亡內容物釋出，視野中很快就一片混沌的花色。通過查閱相關書籍，分析可能是花冠的細胞壁相對較薄的原因。某小組“探究紫色洋蔥外表皮細胞的細胞液濃度”，發現同一部位的細胞在同一濃度蔗糖溶液中質壁分離并不同步，原因可能有多種：撕取的外表皮厚薄不均勻，有的地方有細胞重疊;同一部位的細胞也可能由于生理狀態不同，細胞液濃度有差異等。

教師要重視實驗過程中新生成的探究問題。學生在實驗過程中也許會發現一些新的問題，教師要提醒學生重視這一閃而過的新發現，鼓勵他們深入探究下去，也許會有意想不到的收獲。例如，在探究“紅花檵木紫色葉片中的色素”時，某課題小組發現一個奇怪的現象：紅花檵木紫紅色的葉片，加無水乙醇后變綠色，提取液為濃的墨綠色，但是劃到濾紙條上，等干燥后又變為紅色，研磨用的器皿，殘汁干了也恢復紅色。此時，教師要鼓勵他們查閱資料，尋找原因，并設計實驗檢驗自己的猜測。這樣一個逐步分析、設計實驗尋找真相的過程更能促進學生科學探究能力的提升。

要在全體學生范圍內開展分析和研討，讓每位學生都得到更多的思維機會，更有效提升分析問題的能力。而且，通過全體噓聲頭腦風暴，更易碰撞出思維火花，更好的解決問題。

3.6學習效果評價策略

最后，學習效果即學生科學探究能力提升的評價，采用訪談和問卷調查的方式進行。一方面是學生自己的主觀評價，另一方面是通過對實驗題的解題能力比較進行客觀評價。問卷的題目設定，主要包括兩方面：學生自己的主觀評價題，自我評估在科學探究各方面能力是否有提升;選擇、整合高考卷和模擬卷中有代表性的實驗試題，將上過拓展實驗課的學生作為實驗組，另外選擇拓展實驗開展前與實驗組學生生物成績相當的相同數量的學生作為對照組，評價分析實驗組相比對照組，實驗題解題能力提高的情況。