新高考下如何在高中生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)

趙 敏 安徽省桐城中學(xué)

《中國高考評價體系》在回答“考什么”的問題時將核心素養(yǎng)納入重要內(nèi)容，給教師的日常教學(xué)活動指明了方向。科學(xué)探究是高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)的重要構(gòu)成部分，重要性不言而喻。科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)，不但能加強學(xué)生對所學(xué)知識的深層次理解，而且可以使學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)探究的良好習(xí)慣，促進(jìn)其科學(xué)探究能力的提升，為順利完成核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)奠定堅實的基礎(chǔ)。

一、灌輸科學(xué)探究知識

眾所周知，科學(xué)探究活動需牢固掌握相關(guān)基礎(chǔ)知識，遵循科學(xué)探究原則，把握科學(xué)探究細(xì)節(jié)，才能得出正確的探究結(jié)果。高中生物教學(xué)實踐中，為更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)，應(yīng)注重落實以下內(nèi)容：其一，為學(xué)生系統(tǒng)講解高中生物課本中涉及的實驗知識。包括實驗常用的物品、實驗試劑的性質(zhì)、實驗試劑的使用方法，尤其要結(jié)合課本中的實驗為其講解實驗原理，組織開展實驗活動，使其熟練掌握課本中實驗的操作步驟，并運用思維導(dǎo)圖整理好實驗基礎(chǔ)知識。其二，講解科學(xué)探究的相關(guān)理論。科學(xué)探究是人們獲取新知識的重要途徑。為提高科學(xué)探究效率，教學(xué)實踐中要為學(xué)生講解科學(xué)探究的步驟：提出問題→猜想與假設(shè)→制定實驗方案與步驟→開展探究活動→收集與分析數(shù)據(jù)→分析與得出結(jié)論，需遵循的原則有科學(xué)性原則、單一變量原則、對照原則。教學(xué)中對照課本中的實驗為學(xué)生逐一解釋相關(guān)理論，使其真正地理解與掌握。其三，做好理論知識掌握情況的檢驗。為進(jìn)一步鞏固學(xué)生所學(xué)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生認(rèn)識與理解上的不足，需圍繞教學(xué)內(nèi)容以及科學(xué)探究理論知識設(shè)計相關(guān)問題，要求學(xué)生分析作答，尤其要求其在回答問題時詳細(xì)闡述判斷的依據(jù)。

例1，對生長狀態(tài)相同的植物進(jìn)行不同處理，具體操作如圖1所示，則以下說法不正確的是（ ）

圖1

A.實驗研究的是探究植物激素對頂端優(yōu)勢的影響

B.D與E的操作表明生長素運輸抑制劑和細(xì)胞分裂素有著相同的作用原理

C.至少需要進(jìn)行A、B、C 三個操作，證實內(nèi)源生長素維持了頂端優(yōu)勢

D.由實驗可得，生長素與細(xì)胞分裂素在調(diào)控頂端優(yōu)勢中表現(xiàn)為相互拮抗關(guān)系

分析該題需要題意，而后運用科學(xué)探究知識逐一進(jìn)行分析。通過對比實驗操作確定因變量與自變量，實驗中是否去除頂芽，是否涂抹細(xì)胞分裂素為自變量，因變量是側(cè)芽的生長，分析可知A 項正確；D 操作中使用生成素運輸抑制劑處理后，抑制了生成素的運輸，使得側(cè)芽生長素濃度變低，側(cè)芽生長。E 操作中細(xì)胞分裂素促進(jìn)細(xì)胞分裂，促進(jìn)側(cè)芽生長。生長素運輸抑制劑和細(xì)胞分裂素作用原理并不相同。分析A、B、C 操作可知頸尖產(chǎn)生生長素并向下運輸，使得頸尖生長素濃度較低，側(cè)芽生成素濃度較高，高濃度生長素抑制側(cè)芽生長，低濃度生長素促進(jìn)頂端生長，維持頂端優(yōu)勢。細(xì)胞分裂素則通過促進(jìn)細(xì)胞分裂維持頂端優(yōu)勢，顯然生長素與細(xì)胞分裂素在調(diào)控頂端優(yōu)勢中為相互拮抗關(guān)系。

二、創(chuàng)設(shè)生活探究情境

為更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)，教學(xué)實踐中應(yīng)注重采取措施激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究熱情，使其能積極主動地思考科學(xué)探究的方案，制定合理的科學(xué)探究計劃。經(jīng)實踐驗證，創(chuàng)設(shè)生活探究情境能更好地激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究興趣，獲得良好的教學(xué)效果。同時，注重多媒體技術(shù)的應(yīng)用，更好地吸引學(xué)生的注意力，增強學(xué)生的科學(xué)探究體驗。

例2，某同學(xué)有喝牛奶的習(xí)慣。為探究牛奶中是否含有還原糖以及蛋白質(zhì)，其設(shè)計如下實驗進(jìn)行探究。

實驗?zāi)康模禾骄磕称放婆Ｄ讨惺欠窈幸约斑€原糖蛋白質(zhì)。

實驗原理：運用顏色反應(yīng)進(jìn)行還原糖和蛋白質(zhì)的檢測。

實驗步驟（見表1）其中A～F代表試管編號。

（1）a、b、c、d 各是什么內(nèi)容？（2）A、D 兩個試管的現(xiàn)象和結(jié)論分別是什么？（3）試管A 和哪一組構(gòu)成對照實驗，對照的目的是什么？

該探究情境來源于生活，容易激發(fā)學(xué)生的探究熱情。科學(xué)探究應(yīng)遵循單一變量原則，結(jié)合所學(xué)的生物實驗知識，可知a 應(yīng)為蛋白質(zhì)，b 為2mL 雙縮脲試劑A 液，c為水浴加熱，d 為3～4 滴雙縮脲試劑B 液。斐林試劑與還原糖作用出現(xiàn)磚紅色沉淀，蛋白質(zhì)和雙縮脲作用溶液呈現(xiàn)紫色。對于試管A的對照組為B、C兩個試管，進(jìn)一步增加實驗結(jié)果說服力，證明牛奶中是否含有還原糖。

三、精講科學(xué)探究例題

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)不是一蹴而就的，應(yīng)注重將其融入教學(xué)的各個環(huán)節(jié)中。其中，例題講解是高中生物教學(xué)中極其重要的環(huán)節(jié)，能很好地鞏固學(xué)生所學(xué)，深化學(xué)生理解，幫助學(xué)生更好地積累科學(xué)探究的經(jīng)驗與方法。教學(xué)實踐中應(yīng)通過經(jīng)典例題講解，給學(xué)生解題以及科學(xué)探究活動帶來指引，使其在開展探究活動時考慮問題更為全面、縝密。

例3，某種藍(lán)藻色素分布在光合片層上，在有機質(zhì)豐富的水體中大量繁殖時會引起水華現(xiàn)象。其產(chǎn)生的毒素具有強烈的肝毒性。查資料得知小檗堿能抑制該藍(lán)藻的生長。為探究小檗堿抑制藍(lán)藻生長的機理，做相關(guān)探究實驗，獲得的數(shù)據(jù)（如圖2所示）：

圖2

（1）該探究實驗的自變量是_____；

（2）由實驗可初步得出小檗堿抑制藍(lán)藻生長的機理為_____；

（3）通過測量___組藍(lán)藻內(nèi)光合色素含量，發(fā)現(xiàn)各小組差異不明顯，由此可進(jìn)一步得出小檗堿抑制藍(lán)藻生長的機理為_____；

（4）為驗證該藍(lán)藻具有強烈的肝毒性，以小白鼠為對象設(shè)地實驗時，其中對照組小白鼠的處理方法為___。

根據(jù)兩組實驗操作的不同可以看到，實驗自變量為光照和小檗堿的濃度。黑暗條件下兩組實驗中的細(xì)胞密度無差別，而光照條件下兩組實驗細(xì)胞密度差異明顯，可初步得出小檗堿能對該藍(lán)藻的光合作用產(chǎn)生抑制作用。為進(jìn)一步探究小檗堿的抑制機理，需測量乙組藍(lán)藻內(nèi)光合色素含量，若各小組差異光合色素含量不明顯，表明小檗堿抑制光合色素吸收、光能轉(zhuǎn)化或抑制暗反應(yīng)中相關(guān)酶的活性。驗證藍(lán)藻的肝毒性時，對照組的處理方法為：給該組小白鼠喂實驗組等量的不含有毒素的食物和水，一段時間后檢查其肝功能。

四、加強科學(xué)探究訓(xùn)練

新高考下培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)應(yīng)認(rèn)識到：很多科學(xué)探究知識以及科學(xué)探究技巧需學(xué)生不斷參與科學(xué)探究活動，經(jīng)歷犯錯、糾錯過程，并認(rèn)真總結(jié)、積累才能獲得。實踐中應(yīng)做好合理的教學(xué)規(guī)劃，制定詳細(xì)的教學(xué)計劃，尤其應(yīng)結(jié)合學(xué)生實際情況加強科學(xué)探究訓(xùn)練。

例4，細(xì)胞凋亡會出現(xiàn)體積變小，位于質(zhì)膜內(nèi)側(cè)磷脂酰絲氨酸（PS）外翻等情況。為探究白細(xì)胞介素-1（IL-1）給誘導(dǎo)紅細(xì)胞凋亡產(chǎn)生的影響，使用1ng/mL 濃度的IL-1處理小鼠紅細(xì)胞。實驗探究結(jié)果如圖3所示：

圖3

（1）實驗中的可變因素為____，得出的實驗結(jié)論為____；

（2）6h 和12h 組有著相同的實驗結(jié)果，原因可能為未能完全模擬血漿中多種細(xì)胞因子的協(xié)同作用，因此，需要增加_____組；

（3）為對外露的PS 進(jìn)行檢測，常加入帶熒光標(biāo)記的抗體與之特異性結(jié)合，如圖4所示：

圖4

①人體內(nèi)血清中的抗體由___細(xì)胞分泌；②方法B中可結(jié)合多個抗體b 的原理為____；③與方法A 相比，方法B的優(yōu)點為____。

分析實驗與對照組實驗操作可知，實驗可變因素為時間、IL-1 的有無。對比得出的實驗結(jié)論為IL-1 可誘導(dǎo)紅細(xì)胞凋亡，12h 內(nèi)效果不明顯。12h 以后隨著實驗時間的延長，誘導(dǎo)作用越強。根據(jù)題干提示可知需要增加IL-1 與多種細(xì)胞因子實驗組。血清中抗體的本質(zhì)為蛋白質(zhì)，其有效應(yīng)B 細(xì)胞分泌。由圖4 可知方法B 中抗體a 先抗體b 結(jié)合，在于熒光分子結(jié)合，表明抗體a 存在多個與抗體b 的結(jié)合位點。因方法B 結(jié)合的熒光分子較多，熒光更強，便于檢測。

五、提供動手實踐機會

新高考下培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)應(yīng)注重給學(xué)生提供親自動手的實踐機會，使其親身體會實踐過程，發(fā)現(xiàn)與解決探究過程中遇到的各種問題，增加高中生物學(xué)習(xí)的樂趣，鍛煉其科學(xué)探究能力。一方面，要做好實踐活動的設(shè)計與準(zhǔn)備，嚴(yán)格控制實踐活動難度，使學(xué)生聯(lián)系所學(xué)找到實踐的思路。另一方面，注重實踐過程的跟蹤。為提高實踐效率，學(xué)生進(jìn)行動手操作時教師應(yīng)走下講臺，觀察學(xué)生的具體操作，看學(xué)生還存在哪些需要改進(jìn)的細(xì)節(jié)，及時給學(xué)生指出來，確保其順利完成實踐任務(wù)。

例5，成熟葉片中含有較多的脫落酸而不含細(xì)胞分裂素。請設(shè)計實驗探究“細(xì)胞分裂素能否抑制葉片衰老”。實驗步驟：①________；②_______；實驗預(yù)測結(jié)果與結(jié)論：若______，則結(jié)論為_____；若______，則結(jié)論為_____；若______，則結(jié)論為_____；

為保證探究實踐活動的順利開展，在進(jìn)行探究操作前要求學(xué)生搞清楚實驗原理，把握實驗細(xì)節(jié)。設(shè)計探究實驗時應(yīng)注重設(shè)計對照，而設(shè)計對照應(yīng)遵循單一變量原則，并且因探究結(jié)論未知需要提出所有可能的假設(shè)，更好地指導(dǎo)實踐活動的開展。基于儲備的生物實驗知識，學(xué)生制定如下實驗步驟：選取一片生長旺盛、面積大小合適的葉片，沿葉脈將葉片劃分成左右兩個部分。其中左半部分涂上一定濃度的細(xì)胞分裂素，右半部分涂上等量的清水。放在適宜條件下記錄左右葉片保持鮮綠的時間t1、t2。實驗現(xiàn)象有三種：t1＞t2、t1=t2、t1＜t2分別對應(yīng)三種實驗結(jié)論：細(xì)胞分裂素延緩葉片衰老、細(xì)胞分裂素?zé)o延緩葉片衰老作用、細(xì)胞分裂素促進(jìn)葉片衰老作用。在此基礎(chǔ)上鼓勵學(xué)生開展實踐活動，經(jīng)驗證得出t1＞t2，細(xì)胞分裂素具有延緩葉片衰老的作用，如此既增加了學(xué)生的實驗探究興趣，鍛煉了其實驗探究能力，又加深了學(xué)生對細(xì)胞分裂素作用的認(rèn)識。

六、重視科學(xué)探究總結(jié)

新高考下培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)應(yīng)認(rèn)識到總結(jié)的重要性。對學(xué)生而言，通過總結(jié)能夠及時發(fā)現(xiàn)與彌補科學(xué)探究中的不足，指引其針對性地改進(jìn)；對教師而言，通過總結(jié)能夠掌握學(xué)情以及自身教學(xué)活動中的問題，為開展教學(xué)優(yōu)化活動提供真實的依據(jù)。實踐中根據(jù)教學(xué)進(jìn)度以及生物實驗知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，專門預(yù)留空白時間要求學(xué)生從生物實驗、科學(xué)探究基礎(chǔ)知識以及科學(xué)探究技能方面進(jìn)行總結(jié)，構(gòu)建科學(xué)探究知識網(wǎng)絡(luò)。同時，教師要認(rèn)真分析學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)提升情況以及學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)，總結(jié)教學(xué)的經(jīng)驗教訓(xùn)，通過與學(xué)生溝通交流，積極向經(jīng)驗豐富的教師請教，做好相關(guān)教學(xué)方法、教學(xué)環(huán)節(jié)的調(diào)整，將教學(xué)水平以及學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)的能力提升到一個新的高度。

綜上所述，科學(xué)探究素養(yǎng)在高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)中占有重要地位，是新高考考查的重點。實踐表明，灌輸科學(xué)探究基礎(chǔ)知識、創(chuàng)設(shè)生活探究情境、精講科學(xué)探究例題、加強科學(xué)探究訓(xùn)練、提供動手實踐機會、重視科學(xué)探究總結(jié)在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)上效果明顯，可結(jié)合實際情況加以針對性地借鑒，以順利完成培養(yǎng)目標(biāo)。