創新高中生物實驗教學 落實科學探究素養培養

王清剛

（甘肅省武威第六中學，甘肅武威 733000）

基于生物學科的特點以及生物核心素養下的要求，積極開展生物實驗教學，依托生物實驗強化學生的探究素養，已經成為當前高中生物課堂教學的必然趨勢。基于傳統高中生物實驗教學存在的諸多不足，在生物實驗教學中突破單一的主題內容，綜合融入生物實驗學習資源，靈活選擇多樣化的生物實驗教學模式，可促使學生在多樣化的生物實驗學習中通過觀察、思考、交流等過程，最終在實驗學習中達成既定的知識目標，并在學習中促進思維的發展，提升學生的探究能力等，最終落實生物科學探究素養下的教學要求。

一、科學探究素養下高中生物實驗教學現狀

最新的《高中生物課程標準》不僅明確了生物實驗教學的重要性，也對其提出了更高的要求：依托生物實驗觀察、操作、分析、總結和歸納等，促進生物學科素養的有效落實。但在實際教學中，受到多種因素的影響，高中生物實驗教學現狀不甚理想，依然存在諸多問題：

第一，生物實驗教學活動比較少。現階段，受到升學壓力的影響，高中生面臨的學習任務比較繁重。與此同時，教師在開展課堂教學時也面臨著教學任務繁重、教學課時少的尷尬現象。在這種情況下，高中生物教師在開展課堂教學時，基本上都是圍繞高考的要求，按照教材上的內容進行知識灌輸、講解，沒有多余的課時開展生物實驗教學。還有部分生物教師由于束縛在應試教學理念下，對生物實驗教學價值認知存在偏差，甚至錯誤地認為實驗教學會浪費學生的時間。可以說，當前高中生物教師缺乏積極性和主動性，只是按照教材上的實驗內容進行簡單的講解，這不僅制約了生物實驗教學質量的提高，也阻礙了生物核心素養的具體落實。

第二，實驗教學模式單一。基于探究素養下的要求，高中生物教師必須靈活開展實驗教學，引導學生在多樣化的實驗探究中完成既定的教學目標。當前，由于高中生物教師一直束縛在傳統的教學理念下，沒有充分認識到意識到生物實驗的重要性，選擇的實驗教學方式也非常單一、滯后，基本上都是按照教材上的實驗內容進行口頭講解或者進行驗證實驗。而學生則始終停留在“聽實驗、觀察實驗”的狀態下，并未真正參與到生物實驗學習中。這不僅無法從整體提升生物實驗的教學效果，也無法充分激發學生的學習熱情，難以滿足生物核心素養下的實驗教學目標。

第三，生物實驗并未與生活互動。在高中生物教學中，實驗不僅僅是課程內容的補充、延伸，也是生物與生活的互動和連接。在調查中發現，部分高中生之所以生物探究意識弱，最為主要的原因就是“單純地為了考試而學習，無法將生物實驗與實際生活聯系起來”。在這種情況下，單純的理論性實驗內容，致使實驗課程內容枯燥無味，難以激發學生的探究興趣，嚴重阻礙了學生探究素養的培養。

第四，缺乏生物實驗的基礎設施。生物實驗教學能夠有效展開，建立在完善和健全的實驗設施上。部分高中學校的領導者、教師沒有意識到生物實驗教學的重要性，更加關注知識教學。在這種育人理念下，常常將主要的教學設施建設集中在課堂教學中，致使生物實驗投資不夠，出現了實驗設備不完善、陳舊等現象。在這種情況下，生物實驗教學難以有效開展，嚴重制約了生物實驗教學的效果［1］。

二、優化高中生物實驗教學，培養科學探究素養

（一）基于科學探究素養深化實驗教學內容

以往，高中生物教師基本上都是按照教材上的實驗內容、實驗步驟等按部就班地進行驗證實驗，致使生物實驗教學效果不佳，難以促進學生的科學探究素養。基于此，高中生物教師在優化實驗教學時，應指向科學探究素養的要求，結合教材上的生物實驗內容，深化實驗教學內容，給學生提供一個思考、交流、探究的平臺、空間，旨在激發學生的科學探究欲望，促進探究素養的有效落實。例如，在“觀察洋蔥表皮細胞質壁分離以及質壁分離復原”的生物實驗中，為了培養和發展學生的科學探究素養，教師可以帶領學生開展一個演示性實驗，并結合實驗內容、學生的實際情況等對實驗內容進行深化，引導學生朝著更深的方向進行探究。具體來說，教師引導學生結合演示性實驗的內容思考“是否可以簡化實驗操作方法以提高實驗效率；在具體的實驗中，是否可選擇其他的試劑代替蔗糖溶液；在實驗中是否可選擇其他植物的細胞代替洋蔥的紫色外表皮細胞”等問題。如此，通過這三個問題，教師可以引導學生更加深入地了解實驗教學內容，促使學生結合所學的知識圍繞實驗現象進行思考，并據此設計實驗方案，在新實驗探究中解決這些問題。在這一過程中，教師對生物實驗內容進行了拓展和延伸，學生則在教師的引導下通過自行設計新實驗方案開展實驗探究等，在循序漸進中培養了自身的科學探究素養。

（二）基于科學探究素養創設實驗情境

在調查中發現，影響課堂教學效果的因素眾多。教學環境作為其中最為重要的一環，是激發學生學習興趣、構建高效課堂的關鍵。而創設生動形象的教學情境，則是營造課堂教學環境的重要手段，也是培養學生科學探究素養的重要保證。這主要是因為在傳統的生物實驗教學中，如果教師一味地束縛在“講實驗”模式下，學生就會產生依賴感，難以在思考、探究中促進科學探究素養的落實。基于此，面對科學探究素養下的要求，高中生物教師在培養學生科學探究素養時應結合生物實驗教學內容，給學生設計出具有探究性的實驗情境，以便于學生在探究情境中達到既定的教學目標。例如，在“基因指導蛋白質合成”的實驗教學中，為了發展學生的科學探究素養，教師可以利用多媒體信息技術將DNA 轉錄、翻譯的過程直觀、形象地展示出來。之后，教師再結合這個情境給學生設計一些探究性問題，如DNA 轉錄、翻譯過程的模板是什么？該模板最終的去向是什么？DNA 轉錄、翻譯中需要什么材料并得到什么產物？為了保證DNA 轉錄、翻譯過程的順利完成，需要什么酶參加？DNA 轉錄、翻譯過程中的不同特點是什么？如此，通過創設一些針對性的教學情境，教師能夠有效激發學生的思考和探究欲望，促使其在問題情境的引導下促進科學探究素養的落實［2］。

（三）基于科學探究素養開展實驗討論

基于生物科學探究素養的內涵，高中生物教師在優化實驗教學時要尊重學生的課堂主體地位，圍繞生物實驗展開討論，促使學生在交流和討論的過程中完成生物實驗的深度學習。同時，學生在生物實驗討論中不僅了解到其他學生的想法，也促進了自身思維能力的發展，為科學探究素養奠定了堅實的基礎。基于此，高中生物教師在開展實驗教學之前，應結合具體的生物實驗內容并指向科學探究素養的要求為學生設計出具有思考性、探究性的實驗內容；接著，將全班學生劃分為幾個學習小組，并為學生營造一個輕松、愉悅的實驗環境，引導學生在操作實驗、觀察實驗以及交流討論中完成生物實驗的探究學習。例如，在“DNA 是主要的遺傳物質”生物實驗中，為了培養和發展學生的科學探究素養，教師可以結合具體的實驗內容、本課知識點等設計“你們認為DNA 的本質是什么，它們可能具備什么特點”等探究性問題，接著引導學生以小組的形式帶著疑問操作、觀察和記錄實驗。之后，教師可以引導學生結合生物實驗過程，圍繞既定的問題展開交流和討論，或者圍繞生物實驗中的爭論點、不同意見進行討論。長此以往，學生在實驗交流和討論的過程中完成了生物實驗的高效學習，同時在思考討論中提高了自身的思維能力，進而促進了科學探究素養的有效落實。

（四）基于科學探究素養設計實驗方案

以往，高中生物教師在開展實驗教學時基本上都是按照教材上的內容進行的，無法拓寬學生的知識面，阻礙了科學探究素養的有效落實。面對科學探究素養下的要求，高中生物教師在優化實驗教學時必須跳出教材內容的限制，給學生提供生物實驗材料、實驗儀器等，引導學生結合所學的生物知識科學合理地設計實驗方案、制定實驗步驟等。如此不僅增添了生物實驗教學的“活力”，也促使學生在設計實驗方案的過程中強化自身的科學探究素養。例如，在“培養液中酵母菌種群數量的變化”生物實驗中，為了發展學生的科學探究素養，教師可以為學生準備相關的實驗儀器、實驗材料等；接著，將全班學生劃分為幾個實驗小組，引導學生在小組討論中形成基本的實驗設計思路。之后，教師要引導學生按照設計好的思路構建出具體的生物實驗框架，并逐漸細化，最終成為一個系統化的生物實驗方案［3］。如此一來，學生在自主設計生物實驗方案的過程中不僅內化了所學的生物知識，也在思考、設計實驗方案的過程中培養和發展了自身的科學探究素養。

（五）基于科學探究素養開展生活實驗

生物學科與實際生活息息相關，新課程標準要求生物教師應遵循“學以致用”的原則，立足于生物與實際生活的內在聯系，旨在提升學生的知識應用能力。同時，將生物學科與實際生活結合起來也是強化學生探究素養的關鍵。因此，高中生物教師在優化實驗教學時必須在實驗中融入生活化元素，使得生物實驗更加“接地氣”，最終促使學生在生活化的實驗探究中完成既定的學習目標，并真正促進科學探究素養的落實。例如，在“人群中的遺傳病”生物實驗教學中，為了發展學生的科學探究素養，教師可以借助生活實驗模式給學生提供兩個選題：對本學校學生展開調查，了解紅綠色盲的發病情況、學生深度近視發病情況等。此實驗內容與學生的實際生活相貼近，不僅激發了學生的探究欲望，也促使學生在探究中培養和發展了自身的科學探究素養。

（六）基于科學探究素養設計開放性實驗

面對科學探究素養的要求，高中生物教師不僅僅要重視教材上的實驗教學，還應從實際出發，結合教學內容、學生的認知情況等積極開展開放性實驗，給學生布置一些小創新、小發明、小調查等探究實驗作業類型，引導學生在開放性生物實驗操作中發展自身的科學探究素養。例如，在“果酒和果醋的制作”教學之后，由于該實驗時間比較長且生物實驗課時有限，單純地依靠課堂很難完成既定的實驗教學。面對這一現狀，高中生物教師在優化實驗教學時，可引導學生在課下自行搜集實驗資料，選擇自己喜歡的水果，利用課余時間制作果酒。此外，為了發展學生的科學探究素養，教師在優化實驗教學時還應結合當地的課程資源，引導學生在課下積極開展社會實踐調查、生物科學小實驗、生物技術小制作等。如此一來，不僅豐富了生物實驗教學手段，也促使學生在多樣化、開放性的生物實驗探究中培養和發展了自身的科學探究素養。

（七）基于科學探究素養量化實驗評價

學科核心素養下，教師在優化課堂教學時要關注學生的全面發展、長遠發展。基于此，為了真正發展學生的科學探究素養，教師還應從傳統的實驗評價模式下解放出來，對其進行優化和改進。一方面，量化實驗評價標準。以往高中實驗教學評價的標準常常局限在實驗結果上。而在科學探究素養下，教師在實施評價時，不僅僅要關注實驗結果評價，還應關注實驗過程評價，包括能否獨立完成實驗、是否科學觀察實驗、是否如實記錄實驗數據、是否對實驗進行概括和歸納、是否與他人進行交流、是否在實驗中產生新的觀點、是否在實驗中提出值得探究的問題等，使得實驗教學評價更加全面、客觀，能夠激發學生的實驗探究激情。另一方面，基于科學探究素養的要求，教師在對學生進行評價時不能局限于學生在實驗學習中的不足之處，而是仔細觀察每一位學生的表現，并結合不同學生的實際情況進行激勵性、肯定性的評價，使得班級中所有學生在肯定和鼓勵中強化科學探究的自信心［4］。

三、結語

綜上所述，隨著新課程改革的不斷深入，重視生物實驗教學并依托生物實驗強化學生的科學探究素養已經成為一線生物教師關注和研究的重點。基于此，高中生物教師必須從傳統的生物實驗教學模式下解放出來，緊緊圍繞科學探究素養的內涵，深化生物實驗教學內容、創設生物實驗情境、開展生物實驗討論、自行設計生物實驗方案、開展生活化生物實驗、實施開放性生物實驗等，并構建與其相契合的實驗評價模式，促使學生在有效的生物實驗學習中培養和發展自身的科學探究素養。