高中生物探究性實驗教學的優化策略

劉才發

【摘要】科學探究是生物學學科核心素養之一，探究性實驗是培養學生科學探究能力的重要途徑，我們應當挖掘和發揮生物探究性實驗在實驗教學中的主導作用，以此發展學生的個性和特長，培養其創新精神和實踐能力，為學生的終身學習打好基礎。長期以來的實驗教學都從屬于理論教學，局限于形式，缺乏實效性。本文主要從三方面對探究性實驗教學進行優化：一、優化探究性實驗課題的設置，遵循可行性原則、創新性原則、規劃性原則和開放性原則;二、優化探究性實驗的實施過程，主要針對教學程序、探究性環節、實驗管理方面;三、優化探究性實驗的評價方案，體現在實驗報告的撰寫和量化評價細則方面。

【關鍵詞】探究性實驗;優化策略;課題設置;實驗管理;實驗評價

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020修訂）》明確了“學科核心素養是學科育人價值的核心體現”。其中，科學探究是生物學學科核心素養之一。新課程基本理念強調高度關注學生學習過程中的實踐經歷，讓學生積極主動參與動手和動腦的活動，通過探究性學習等活動加強對生物學概念的理解，提升應用知識能力，培養創新精神。實驗教學既是一類探究活動，也是生物教學的基本形式之一。通過實驗教學發展學生的個性和特長，培養他們的創新精神和實踐能力，為學生的終身學習打好基礎。《普通高中生物新課程標準》明顯增加了生物實驗教學的內容和深度，對高中生物實驗提出了新的要求和標準，尤其突顯探究性實驗的地位。探究性實驗教學是體現新課程理念的一個非常重要的教學形式。

探究性實驗是指實驗者在不知曉實驗結果的前提下，通過自己實驗、探索、分析、研究得出結論，從而形成科學概念的一種認知活動。探究性實驗應該要依托于“建構主義”這一知識和學習的理論。因為“建構主義”提倡在教師的指導下、以學習者為中心的學習，也就是說，既強調學習者的認知主體作用，又不忽視教師的指導作用。教師是意義建構的幫助者、促進者，而不是知識的傳授者與灌輸者。學生是信息加工的主體、是意義的主動建構者，而不是外部刺激的被動接受者和被灌輸的對象。

從我國的高中生物教學發展情況來看，長期以來實驗教學都從屬于理論教學，仍然受限于行為主義理論模式，一般呈現為“刺激—反應—強化”的單一模式。而探究性實驗的教學形式和過程更是常流于形式，還未上升到更高的一個層次。總體上，我國的實驗教學模式與國外多元化的研究性學習模式（如，問題解決模式、項目研究模式、獨立研究模式等）相比之下，差距依然顯著。這與教學開展普遍存在的問題有關：（1）探究性實驗的耗時性與課堂教學實效性的沖突;（2）探究性實驗的個性化學習與班級授課制的沖突。所以，實驗教學一直以來是我國生物科學教育中最薄弱的環節，是生物教學中亟待解決的問題之一。筆者就探究性實驗教學過程中的相關環節提出三方面優化策略。

一、優化探究性實驗課題的設置

《普通高中生物課程標準》安排了18個探究性實驗和實踐活動（必修一、二模塊），包括：基礎實驗、技能訓練、模型建構與制作、探究實驗、調查、課外實踐、課外制作。但相當一部分實驗涉及到的材料用具和實驗方法等，高中實驗室的配備普遍達不到要求，所以需要教師進行篩選、歸類、合理設置。

1.探究性課題的設置要遵循可行性原則和創新性原則

依據可行性原則，結合本校實驗環境、條件，規劃和制定探究性實驗的開設清單，不避重就輕的同時摒棄難以開展的課題。遵循省時、高效的原則，合并類似的或有關聯的實驗課題，如，“使用高倍顯微鏡觀察幾種細胞”“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細胞質的流動”“探究植物細胞的吸水與失水”可以合并為一次實驗課，安排2個連續的課時。長期以來的生物實驗課安排都是嚴格按照1個教學課時的內容來安排，為了提高實驗的實效性，教師可以作適當調整。考慮到高一學生對于顯微鏡的認識和使用還比較陌生，所以建議在相關的基礎理論教學內容完成后進行該項實驗。

創新性原則主要是針對探究性實驗課題的設置，依托教材又不局限于教材。依據探究性理念，

挖掘和拓展探究性實驗課題，可從以下幾方面實施：（1）將教材的基礎技能類實驗設置為探究性實驗。如，將“檢測生物組織中的糖類”改設為“探究還原糖檢測的最適材料”，將“綠葉中色素的提取和分離”改設為“探究綠葉中色素的提取和分離的有效方法”等，讓學生由被動接受轉變為主動研究。（2）將教材的某些探究性實驗設置為簡易可行的探究性實驗。如，“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗的裝置較為復雜、檢測方法帶有危險性，并且該實驗不是定量實驗而是定性實驗，所以設置課題為“探究酵母菌細胞呼吸方式的簡易裝置”。（3）將課堂教學過程中學生的有價值的觀點設置為探究性實驗課題。如，“檢測生物組織中的糖類”的實驗中，教師與學生一致認為西瓜汁不是合適的材料，學生提問：“西瓜汁的顏色有辦法去除嗎？去除后是否就能判斷是否具有還原糖？”因此，可以設置課題為“如何有效檢測西瓜汁中的還原糖”讓學生嘗試探究，為學生提供探究的空間和平臺。

探究溫度對酶活性的影響時，可聯系麥芽糖酶可將淀粉水解為麥芽糖這一知識，利用煮熟的糯米、研磨后的發芽小麥（其中含有麥芽糖酶），讓學生嘗試探究不同溫度條件下（常溫、100℃、冰箱中）麥芽糖酶活性的影響。

2.探究性課題的設置要遵循規劃性原則和開放性原則

學生對教材的理論知識積累和對探究性實驗的認識和接受是一個循序漸進的過程，所以，探究性課題的設置要遵循規劃性原則。一方面要依據教材的理論學習來規劃和設置課題，由淺入深，由基礎技能性實驗過渡到驗證性實驗再逐步過渡到探究性實驗;另一方面要縱觀所有可行性實驗課題，全局規劃，在每一屆學生入學前就已經規劃和制定好探究性實驗的開設清單，并確立好各項探究性實驗的實施方案，方案涉及開設的學期時間、地點、課時、分組辦法等。

長期以來，實驗的進行都局限于課堂教學的40分鐘、局限于實驗室，直接影響多項探究性實驗課題的實施，如，“嘗試制作真核細胞的三維結構模型”這一類課題。開放性原則就是針對探究性實驗課題設置的時間、地點進行優化。時間上的設置可分為四類：課堂教學時間、課余時間（如，學生的活動時間）、周末時間、寒暑假期時間。地點上的設置也可分為四類：實驗室、學校的可利用區域、學生家里、戶外區域。此外，還應該充分考慮學生相對自由的時間段從而合理開放實驗室。