指向學生問題意識培養的高中生物實驗教學

陳飛

現代認知心理學認為，問題是思維的核心。教學歸根結底是提出問題和解決問題的過程。陶行知說過：“發明千千萬，起點是一問。”其實，學生問題意識的培養一直是課堂教學的軸心。而問題意識對于高中生物教學的重義更為特殊，《普通高中生物課程標準（2017版）》提出的生物學科四大核心素養中，生命觀念、理性思維和科學探究都直接和學生的問題息息相關，只有以問題為軸心，將生命觀念、理性思維和科學探究很好地融合起來，有機地串聯起來，學生的學科素養才能逐步形成和培養起來。問題意識既是學生的一種心理狀態，也是學生智力發展的過程，高中生物教師要貫徹以人為本、以學為本的理念，就要以問題為牽引，以問題為導向，幫助學生在問題的提出、分析和求解中深化對學科問題的認識，形成運用學科知識來解決實際問題的能力，最終發展學生的創新精神、實踐能力和社會責任感。那么，在高中生物實驗教學中，教師應如何培養學生的問題意識呢？

一、聚焦實驗導入，引導學生發現問題

蘇格拉底說：“教育不是灌輸，而是點燃火焰！”對于生物實驗教學更是如此。從學科特征來看，生物學科是建立在實驗基礎上的科學。筆者調查發現，很多學生在做生物實驗前沒有點燃“問題”的火焰，被動看實驗，記實驗過程，背實驗結論，對于自己心中的問題或困惑也不會問、懶得問。為此，高中生物教師須要結合實驗特征、實驗目標、學生的認知和興趣培養等，通過創設具有引發學生認知沖突的問題情境，讓學生在做實驗——觀察實驗——再做實驗的過程中形成問題意識，為問題的分析和解決做鋪墊。

例如，在教學《生長素的生理作用》這一章節時，筆者先激活學生的前認知——上一節已學《植物生長素的發現》的相關內容，繼而溫習植物根的向重力性實驗，然后創設內含三個環節的活動，讓學生在實驗前產生認知沖突，引發認知失衡。

活動一：溫顧舊知，讓學生簡要分析胚芽鞘的向光生長特性。

活動二：促進遷移，引導學生分析植物莖的背重力生長特性，從而在潛意識里形成“隨著生長素濃度的升高，植物生長就更快”的心理認同。

活動三：引發認知沖突，呈現實驗小組成員的實物圖或圖片，聚焦植物根的向地生長。

在這些活動中，學生在新舊情境中產生了激烈的認知沖突，新現象、新情境無法被舊認知同化，學生問題意識“爆棚”，情不自禁地提出自己的困惑和問題，為接下來的實驗埋下伏筆。

二、優化實驗設計，指導學生闡釋問題

問題有內隱和外顯之分，若僅僅是產生問題而不作深追究，則問題的價值無法顯現。因此，教師在引導學生產生“憤”“悱”之情后，要提供各種機會，讓學生將實驗前的內在困惑轉化成需要表達、闡述和解決的具體問題，從而明晰實驗的價值和意義。愛因斯坦說過：“發現問題和系統的闡述問題可能比得到解答更為重要，解答可能僅僅是數學或實驗技能問題，而提出新問題，新的可能性，從新的角度去考慮問題，則要求創造性的想象，而且標志著科學的真正進步。”為此，教師要在設計情境、準備材料后，引導學生提出問題，并充分考慮自變量、因變量和無關變量間的關系，依據實驗的相關要求，設計出具體的實驗步驟，為問題的求證設計實驗程序，從而培養學生闡述問題、界定問題的能力。

例如，在開展《探究影響酶活性的因素》的實驗活動中，教師可指導學生按以下步驟生成實驗中的具體問題。

步驟一：列出本實驗中自變量、因變量和無關變量;

步驟二：啟發學生自主探索自變量的方法和因變量的可觀測指標;

步驟三：指導學生邊實驗邊體驗無關變量的界定，并以語言加以陳述。

通過以上實驗步驟，教師指導學生分析實驗過程，改進實驗步驟，并以簡潔明晰的語言加以表述。整個過

程表明，在合理的情境以及教師指導下，學生完全有能力將問題轉化為實驗程序，從而對問題進行生動闡釋。

三、依托實驗結果，幫助學生分析問題

面對實驗結果，學生需運用觀察、歸納、計算和總結等方法，綜合、全面地對實驗數據進行分析，對實驗過程進行全盤復原，對實驗結果進行精確鑒定。分析問題是學生由感性認識過渡到理性總結，并對問題進行深度追問，得出核心結論的過程。因此，分析問題是否精準關系著問題能否得到有效的解決。對于實驗教學來說，所有的分析和推理必須基于預設，同時也要在實驗過程中反復驗證。實驗的實踐性特征決定了實驗結果或多或少要受到其他因素的影響，教師要從實驗結果、實驗過程和實驗目標出發，幫助學生分析實驗的得和失，從而提升學生的實驗操作能力和分析能力，幫助學生基于實驗發展創新精神和實踐能力。

首先，教師要幫助學生發展分析問題的根本方法。生物學科核心素養中提出了培養學生理性思維和科學探究能力的宏偉目標，要達成這兩個目標，就要教會學生運用自主、合作等方法進行分析、質疑和思考。俗話說：“授人以魚不如授人以漁。”達爾文也曾說過：“最有價值的知識是關于方法的知識。”為此，教師要教會學生運用適當的思維方式，秉持嚴謹的實驗態度，采用富有邏輯的實驗方法對待實驗過程中的所有因素，幫助學生掌握啟發式分析法、手段—目的分析法、原因—結果分析法、自變量—因變量分析法和類比思維分析法等進行精準分析，使學生的分析過程嚴密、嚴格且有序。

其次，教師要使學生養成解題后反思的習慣。美國當代教育家唐納德·舍恩主張以“活動過程的省察”為原理的“反思性實踐”來指導教學實踐。教師引導學生進行反思、總結和歸納，一方面是對正確的經驗、結論進行理論提練;另一方面也要對問題分析過程中的主觀推測或不當思維加以調整;再者，教師要幫助學生對自己運用的思維方法進行內省式反思;最后，教師還要和學生結成學習共同體，對問題進行共性和個性的分類。通過這些反思性活動，學生對實驗的整個過程有了再認識，形成了良好的反思習慣，也提升了實驗能力和實驗素養。

四、貫穿思維訓練，幫助學生解決問題

1.用發散思維提升解決問題能力

發散性思維是創造思維的發源地，當下，新課程改革已步入深水區，培養學生的創新精神和實踐能力已成為高中生物學科教學的主要目標之一。為此，教師要讓學生從問題的不同角度進行多元思考，擴大思維的輻射面，幫助學生以多種途徑探索解決問題的可能性。對于實驗教學，更是如此，例如，在《基因在染色體上》的教學過程中，為培養學生的發散思維，教師創設如下教學情境：在遺傳規律的發現實驗中，孟德爾和摩爾根皆選擇了測交實驗來開展驗證，但他們沒有繼續探究其他方法的可能性。那么，請學生思考，除測交外，科學家們還可以用哪些途徑來進行驗證呢？經過小組深入思考，總結如下可能方法：用子一代紅眼雌蠅和白眼雄蠅交配，用白眼雌蠅和紅眼雄蠅交配，再用白眼雌蠅和白眼雄蠅交配，學生在實驗中遴選出最佳方法并開展實驗。此實驗過程培養了學生的發散思維，對解決其他類似問題具有潛在的啟發性。

2.用逆向思維發展解決問題的能力

逆向思維也叫反向思維，它是相對于常規思維的一種特殊存在，往往從事理發生的結果或結論出發，逆水行舟，思維沿著問題解決的方向追本溯源，從而找到問題的核心所在。在實驗教學中，教師可以采用逆向思維，讓學生以反證法、排除法等推動問題解決。例如，在開展《綠葉中色素的提取和分離》實驗時，教師可設計如下實驗情境，培養學生逆向思維能力：先讓學生有意出現以下非正確操作方式，如用水來替代無水乙醇，不加二氧化硅和碳酸鈣，研磨不充分，將濾液細線浸沒至層析液液面以下等，然后讓學生在完成實驗步驟后，向班級呈現層析結果，學生集體討論各種異常結果分別是哪些人為因素導致的。學生在反向思維中通過歸因、排除等方式，層層逼近正確答案，有力地培養了學生問題解決的能力。

3.用批判思維激發解決問題的能力

批判思維的核心是質疑，科學是在質疑中向前發展和推進的。人們常說：“質疑是真理的種子。”可見，高中生物教師要培養學生不唯書、不唯權威的信念，讓學生多觀察、勤思考、善反思、勇質疑，從而培養學生自主解決問題的途徑、方法和策略，并在質疑中形成一種理性思維和探究精神，為踐行高中生物學科核心素養而積蓄動力。要培養學生解決問題的能力，行為主體是學生，但主體責任在教師。教師首先要先行一步，自覺轉變教學觀念，樹立新的學科觀、實驗觀和教學觀，并和學生一道，結合探究共同體和學習共同體，讓學生在實驗—觀察—探究—再實驗—再觀察—再探究的循環研究中得出真知，走向真理的彼岸。

核心素養視野下，“問題解決”已然成為課堂教學的關鍵詞，在高中生物實驗教學中，教師要聚焦學生問題意識的培養，幫助學生發現問題、界定問題，并通過精準的實驗來研究問題，通過多種思維來分析問題，最終提升解決問題的能力。當然，培養學生的問題意識，發展學生的理性思維和探究精神，這既是高中生物課堂改革的主要目標，也是踐行立德樹人，培養全面發展的人的應然訴求。

編輯/李夢迪E-mail：514874815@qq.com