基于高中生物核心素養中科學探究能力的培養與提升

李超

【摘要】提升學生的學科核心素養是高中生物課堂教學的重要支撐。教師在教學過程中除了要做好生物基礎知識的傳授工作，還要切實加強對學生核心素養之一的科學探究能力的挖掘、培養與提升。文章結合一線工作經驗，就高中生物核心素養中科學探究能力的挖掘、培養與提升進行了探討。

【關鍵詞】高中生物核心素養；科學探究能力；問題情境；教學方法；實驗教學

新一輪《高中生物學課程標準》指出，科學探究是指能夠發現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及對形成的結果進行交流與討論的能力。基于核心素養的生物學科的科學探究可極大加深對核心概念的理解，喚起學生的學習興趣。作為教學活動的主導者，高中生物教師必須在課堂教學中著眼于課堂教學、學生基本能力和基本素養的實際，在教學過程中始終貫徹核心素養這一基本主題，注重對學生生物學科的科學探究能力的培養，從而培養出符合社會發展的高素質學生。

一、創設問題情境，培養探究意識

生物教師要想提升學生的生物核心素養中的科學探究能力，首先要對學生的探究意識進行培養，只有激發學生的探究潛能和欲望，才能充分發揮學生的主觀能動性。而培養學生探究意識的方式有很多，其中，創設問題情境就是一種行之有效的方法，讓學生在問題情境的驅動下，在學習的過程中主動植入自己的思考和探究，通過課堂提問、討論來提升學生的科學探究能力。因此，生物教師在教學過程中要根據學生的實際學習情況找到學生的“最近發展區”，然后按照相關的邏輯結構設計有關聯性的“問題串”，以此為載體展開課堂有效教學并將其貫穿到教學活動中的各個環節。

首先，教師要巧借“問題串”，將學生的求知欲有效激發出來。在實際教學過程中，教師應當將教學目標設計成帶有內在邏輯關聯的、貼近學生認知水平的問題串，對學生的探究潛能進行有效挖掘，充分激發和調動學生的好奇心、求知欲，讓學生能夠因此產生積極的情感體驗和濃厚的學習興趣。學生在這種情感體驗和興趣基礎上進行學習，能在求知中獲得樂趣，在快樂中收獲新知，在求知中錘煉探究能力，從而實現全面發展。

比如，筆者在進行《遺傳信息的表達——基因指導蛋白質的合成》教學的時候，充分利用多媒體給學生播放轉錄和翻譯過程的FLASH動畫及暫停狀態下生成的圖1和圖2畫面。通過視頻觀察讓學生直觀地對“轉錄和翻譯”的過程的初步印象一目了然。在這個基礎上，結合教學的重難點，我拋出以下幾個具有內在關聯的問題：①兩個過程的模板是什么？模板最后的去向？②兩個過程需要什么原料？產物又分別是什么？③兩個過程中分別需要什么酶參與？④這兩個過程分別具有什么特點？⑤基因如何通過該過程來控制生物性狀？通過這一連串具有內在聯系又相互遞進的問題使學生的探究學習一探到底，既檢驗了學生的自我學習成果，又形成了具有探究品質的高質量課堂。

其次，教師要利用“問題串”，拓展學生探究性學習的深度和廣度，對學生創新思維進行培養。在“問題串”的教學模式中，教師要根據教學實際情況進行大膽的實踐和創新，驅動學生進行主動探究和主動思考。這樣不僅可以將學生的問題意識激發出來，還能對學生思維的廣度和深度進行有效的拓展。

例如在《遺傳信息的傳遞》這節課的教學中，筆者首先在課堂上向學生呈現了一段2004年印度洋大海嘯的視頻，這次海嘯共造成東南亞各國約30萬人死亡，經過海水的浸泡，大量遺體面目全非，親人無法確認。在學生看完這些震撼的畫面后，筆者趁機提問：“如何用生物學的方法確認遺體？”學生立即想到了DNA。我又提出：“為什么DNA能確認？DNA如何來決定親子代之間的遺傳信息？”為了有效解決這些問題，學生不僅要對相關的知識進行調動和分析，還要融入自己的想法和判斷，思維也在這個過程中不知不覺得到創新，探究意識逐漸得到培養和增強。

問題情境的創設，調動了學生學習的積極性，有效激發了學生的潛在意識，使學生主動參與課堂，自發進行學習和探究，科學探究意識得到培養和增強。

二、改進教學方法，重視探究過程

從一定意義上來說，課堂教學目標不僅僅是知識目標的達成，更是學生學習主動性和創造性的調動，這一過程主要取決于教師在教學中使用的教學方法。因此，生物教師一定要對教學內容以及教學大綱進行深入研究，在此基礎上選擇最佳的教學方法，比如角色扮演教學法、互動游戲式教學法、構建物理模型教學法等。這樣不僅可以活躍課堂氣氛，突出學生的主體地位，還能激發學生的思維，提高學生的科學探究能力。

首先，教師要指導學生對探究方法進行了解和掌握，讓學生了解和掌握科學探究的一般方法是探究性學習實施的一個重要目標。一般來說，科學探究的方法主要包括綜合、分析、判斷、推理等和獲取信息、收集證據、調查、實驗、觀察等思維方法。教師只有先讓學生掌握探究學習的方法，才能調動學生的學習積極性，讓學生的學習態度由“要我學”轉變為“我要學”，從“學會”轉變為“會學”。

例如在“觀察葉綠體”實驗活動之前，教師要讓學生先弄清楚自己要“觀察什么”“如何觀察胞質環流現象”，再進一步探究“如何加強胞質環流現象”。這一系列實驗問題的解決可使學生通過先明確實驗目的的實驗活動，再細致地、有目標地去進行觀察活動，并進一步完成探究過程，從而培養學生的觀察和實踐能力，然后在此基礎上培養和開發學生的探究能力。

其次，教師要根據實際情況采取小組合作學習模式。由于高中生物主要是針對微觀領域知識的研究，很多知識超出了學生的認知范圍，學生在獨立思考的基礎上無法有效解決。這個時候如果教師能夠使用小組合作探究的方式，就可以將學生的思維和力量匯聚起來，讓學生的思維相互碰撞，讓微觀知識以直觀的形式呈現出來，以此拓寬學生的視野，降低學生的學習難度，還可以讓學生的科學探究思維以及能力在交流討論的過程中得到訓練和提高。

例如在講授《生物變異的來源——染色體畸變》有關內容的時候，教師可以提出這樣一組問題：①對于非同源染色體，你有怎樣的認識？②同源染色體可以在果蠅的精子中存在嗎？③對于染色體組的概念，你有怎樣的認識？利用這樣一系列的問題，教師可以指導學生合作探究來加深對相關概念的理解。在相互交流的過程中，有學生提出將雙手手指比喻成雌果蠅一個卵原細胞中的五對染色體（假設果蠅體內有五對染色體），一只手的五個手指好比果蠅卵細胞中的染色體，而這五個手指頭代表的染色體就表示一個染色體組。學生通過這樣合作探究獲得的概念更加清楚，分析得更加形象透徹，得出來的結論也更加準確。

再次，教師要指導學生對探究活動中所獲得的信息資料進行歸納和總結，將其內化成自己的學習經驗和新知識。在此過程中，學生的思維能力和科學探究能力便能夠得到有效的鍛煉和提升。

例如在《酶》這節課的教學中，筆者通過“探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用”“探究pH值對過氧化氫酶的影響”“探究溫度對唾液淀粉酶的影響”三個學生實驗來探究酶的生物學特性，在此基礎上提出如何確定酶的最適溫度和最適pH值。在對已有實驗結果和結論進行歸納總結的基礎上，讓學生進一步開展實驗來探究，使其科學探究能力得到進一步培養和提升。

在課堂教學中，教師要積極踐行以生為本，要從有利于學生學習的實際出發，改進固有的教學方式，注重學生科學探究意識的培養，通過建立課內外一體化多樣性深層次的教學新模式，不斷激發學生參與探究的各種積極因素，讓學生在活動中參與，在參與中培養學生的創新意識、探究能力。

三、拓展實驗教學，培養探究能力

高中生物是一門建立在實驗基礎上的學科，在實際教學過程中，生物教師可以根據教學內容開展一些拓展式的探究性實驗，給學生提供一個能夠合作、交流、動腦思考以及探究創新的平臺和空間，將學生的求知欲充分激發出來，促進學生的主動探究，逐漸提升學生的探究能力和知識水平。更重要的是，生物實驗教學具有較強的實踐性，學生在實驗過程中不僅要動腦還要動手，在動手過程中可以加強對一些理論知識的認識，實踐能力也因此得到有效的提升。

在進行“觀察洋蔥表皮細胞質壁分離以及質壁分離復原”實驗教學時候，筆者先帶領學生做一個演示性的實驗，達到教學目標以后，根據教學內容和學生的實際情況引導學生向探究的方向逐步邁進：①實驗操作方法是否可以進一步簡化，以實現實驗效率的提高？②除了蔗糖溶液外，是否可以使用其他的試劑？③實驗是否只能用洋蔥的紫色外表皮細胞，換作其他的植物細胞能否可以？讓學生帶著這些問題進行驗證和探索，在此基礎上深化學生對相關知識的理解，提高學生的實踐能力。

學生經過探討、實踐和思考之后，得出如下結論：①實驗操作可以進一步簡化，比如直接掀開蓋玻片，滴加蔗糖溶液，這樣既可以省略幾次重復滴加試劑以及利用吸水吸紙吸引的步驟，縮短操作時間，又可以防止實驗操作者因為操作不當而對顯微鏡造成污染；②蔗糖溶液有較強的黏性，容易對顯微鏡造成污染，該實驗可以使用其他的試劑如KNO3代替，KNO3使用過程中還省略了給植物細胞滴加清水的步驟而發生自動質壁分離復原；③除了使用洋蔥外表皮細胞作為實驗對象外，還可以使用其他的植物細胞，只是因為洋蔥外表皮細胞紫色，它的液泡是紫色的，所以細胞壁和原生質層的區分非常明顯，質壁分離現象在顯微鏡下觀察非常清晰。這種基于課本實驗，適度拓展實驗，提出新的實驗問題，讓學生進行新的實驗設計和實施的探究過程，使學生的科學探究能力得到了培養和提升。

在結合教材理論和實驗方法的基礎上，學生在教師的引領和輔助下，通過相互探討，大部分都能獨立地進行實驗設計，開展實驗，分析實驗結果和討論交流實驗結論等，從而充分挖掘和拓展課本實驗，在實驗原理、材料、步驟、結論交流等方面發揮學生的積極作用，激發學生的探究興趣，培養和提升學生生物學核心素養中的科學探究能力。

四、創新作業形式，延伸探究空間

作為教學活動的有機組成部分，作業對于課堂教學效果的優化具有非常重要的作用。作業是課堂教學活動的延伸，作業的批改和布置在一定程度上能夠對課堂教學中的不足進行彌補，是課內知識的發展和延伸。

教師要從實際出發，按照學生的個性特征和年齡特征有針對性和有目的性地布置和批改作業。可以根據部分學生喜歡標新立異以及好動手的特點布置一些小創新、小實驗等形式的實踐性作業。

例如在講解完“質膜的結構模型”這部分內容后，教師要求學生利用乒乓球、廢棄紙箱、剪刀及鐵絲制作質膜流動鑲嵌模型。學生用鐵絲穿過乒乓球制作“親水基團”和“疏水基團”，再用紅色的紙板剪出大小不規則形狀的蛋白質分子，最后用綠色的紙板剪出六邊形的“單糖分子”，用鐵絲穿起來，并固定在部分蛋白質上。通過鐵絲穿過大塊白色方形紙板的固定，學生在準確地制作出了質膜流動鑲嵌模型后，還指出每一部分結構的排布特點。這樣既可以鍛煉學生的動手能力，又能有效激發學生的探究欲望，還能培養學生的科學探究能力，從而提升學生的核心素養。

生物知識紛繁復雜，教師要根據實際情況指導學生在課外廣泛閱讀，利用網絡查找一些與生物學有關的信息和資料，提醒學生在日常學習和生活中重視生物知識素材的整理和收集。

例如在教學《生態工程》相關內容的時候，教師可以選擇某一塊具體的區域，例如杭州臨江濕地灘涂，讓學生在課后通過網絡和實地查找杭州臨江濕地灘涂這幾年的變化，在此基礎上提出相關的開發策略。例如在保持原貌的基礎上創建一個濕地公園；將蘆葦蕩改成養殖場、漁場、桑樹林和果園等；開發某一個特定主題的水上樂園等。通過這樣的開放性、自主性作業，學生不僅對所學的知識進行了鞏固，而且對知識進行了系統的整理和自主建構，學習能力和探究意識得到了進一步升華。

創新作業形式可以開闊學生的思維，拓寬學生的視野。學生在這個過程中可以領悟到因地制宜的重要性，尊重自然發展規律的重要性，思維活躍起來，拓展了科學探究空間，提高了科學探究能力和核心素養，成為知識和能力并重的新型人才。

五、反思培養方式，鞏固探究效果

通過以上措施，有效地提升了學生生物核心素養中的科學探究能力，同時也有幾點值得反思。

科學探究素養的培養對教師和課堂教學提出了新挑戰。作為教師，需要改變固有的教學認知和教學行為，承載科學素養探究能力培養的任務與目標，這個調整需要一個較長的過程。在課堂教學中如何處理好打基礎與培養科學探究素養的關系？教師需要通過轉變課堂教學方式，充分挖掘學生在科學素養方面的潛能，使科學素養的培養過程更多地轉變為挖掘、培養與提升三位一體的綜合過程，而這種過程的完成需要較高的課堂教學組織能力，這種組織能力對教師提出了更高要求。

綜上所述，學生核心素養中科學探究能力的培養與教師的核心素養和教師的課堂教學有著密切的聯系。高中生物教師要心懷核心素養的理念，通過創設問題情境，改進教學方法，拓展實驗教學，創新作業形式，反思培養方式等最大限度地促進學生生物核心素養中科學探究能力的系統培養與提升。

【參考文獻】

[1]肖安慶，顏培輝.高中生物核心素養的內涵與培養策略[J].中學生物學，2017，33（03）：71-73.

[2]譚永平.從發展核心素養的視角探討高中生物必修內容的變革[J].課程·教材·教法，2016（07）：62-68.

[3]錢峰梅.關于高中生物高效課堂教學模式的建構研究[J].科學大眾（科學教育），2017（02）：7.

[4]杜麗娜，張優鋒.高中生物高效課堂教學模式的探索[J].西部素質教育，2017，3（14）：206-207.

[5]劉玲，嚴子木，甘小洪.高中生物合作學習現狀調查研究——以南充市三所中學為例[J].讀與寫（教育教學刊），2017（08）：25-26.