高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的實(shí)踐探究

張曼玲

(江蘇省昆山陸家高級(jí)中學(xué) 215300)

在2017版生物課標(biāo)中，提出了核心素養(yǎng)概念，科學(xué)思維則是其重要內(nèi)容之一.培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維，不僅有助于學(xué)生更好的掌握和理解生物知識(shí)，而且能幫助其運(yùn)用相關(guān)理論知識(shí)和邏輯來(lái)分析、論證生物問(wèn)題，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)則是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的重要途徑.鑒于此，教師應(yīng)不斷改進(jìn)和優(yōu)化高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從而有效培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維，促進(jìn)其全面發(fā)展.

1 重視準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的方法

在開(kāi)展高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)前，為確保順利開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師應(yīng)加大對(duì)預(yù)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的重視程度.在正式開(kāi)展科學(xué)研究的過(guò)程中，有的時(shí)候需要提前做到部分準(zhǔn)備性的實(shí)驗(yàn)，即預(yù)實(shí)驗(yàn).就高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，是否準(zhǔn)備好預(yù)實(shí)驗(yàn)，是能否順利完成實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，其在實(shí)驗(yàn)中起著重要的作用，能在實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)用具、實(shí)驗(yàn)方案及設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)條件最優(yōu)化選擇的同時(shí)，確保生物實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和可行性.教師在準(zhǔn)備預(yù)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，可鼓勵(lì)學(xué)生積極參與到其中，在引導(dǎo)其發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)缺陷的同時(shí)，有效培養(yǎng)其生物科學(xué)思維的應(yīng)用方法.

例如，在人教版高中生物“生長(zhǎng)素的生理作用”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于生長(zhǎng)素具備高效、微量特點(diǎn)，若實(shí)驗(yàn)中選擇的濃度過(guò)大，則無(wú)法得到明顯的實(shí)驗(yàn)效果.因此，在正式實(shí)驗(yàn)前，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在準(zhǔn)備好相關(guān)儀器、試劑的同時(shí)，首先進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，來(lái)確定生長(zhǎng)素適宜濃度和范圍.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)操作環(huán)節(jié)，教師可先準(zhǔn)備好生根粉、帶根的綠蘿枝條、天平、燒杯以及量筒等實(shí)驗(yàn)材料，并將學(xué)生分為兩個(gè)小組，一組進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，一組結(jié)合預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來(lái)開(kāi)展正式的實(shí)驗(yàn).針對(duì)預(yù)實(shí)驗(yàn)小組，教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生根粉的種類(lèi)來(lái)進(jìn)行不同倍數(shù)的稀釋?zhuān)⒃O(shè)置出對(duì)照組進(jìn)行對(duì)比，之后裁剪帶根綠蘿枝條，將其置于實(shí)驗(yàn)組溶液和對(duì)照組溶液中，并在一周后統(tǒng)計(jì)和分析數(shù)據(jù)，從而得出生長(zhǎng)素最佳濃度范圍.通過(guò)分析預(yù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出，當(dāng)進(jìn)行800倍稀釋、溶液濃度在1.25×10-3g/mL的時(shí)候，綠蘿的生根效果是最好的.但若按照商品介紹中的300倍稀釋?zhuān)G蘿根芽會(huì)由于受到生根粉高濃度影響，而從正常錐形轉(zhuǎn)變成球形，因此，通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)，不僅為高效開(kāi)展正式實(shí)驗(yàn)提供了科學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維應(yīng)用方法.

2 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的觀念

教師在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容創(chuàng)設(shè)適宜的、真實(shí)的情境，在引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)生物魅力、構(gòu)建生物系統(tǒng)的同時(shí)，讓其在問(wèn)題情境中，充分發(fā)揮其思考能力、發(fā)散思維，有效培養(yǎng)其科學(xué)思維的觀念，幫助其能在科學(xué)思維的引導(dǎo)下，深入探索和理解生物實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.

例如，在人教版高中生物《細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出》中，針對(duì)其中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容“植物細(xì)胞吸水、失水”現(xiàn)象探究，在實(shí)驗(yàn)前，教師可結(jié)合學(xué)生生活實(shí)際，創(chuàng)設(shè)并引入吸水、失水真實(shí)問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生積極思考、主動(dòng)參與.比如：“白菜在經(jīng)過(guò)剁碎和放鹽之后，為什么會(huì)滲出水分呢？”等問(wèn)題情境，在引發(fā)學(xué)生思考的時(shí)候，培養(yǎng)其發(fā)散思維，之后在學(xué)生明白其原因是細(xì)胞出現(xiàn)了失水、吸水現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，教師需要引導(dǎo)學(xué)生分析細(xì)胞吸水、失水現(xiàn)象，并提出想要探索的問(wèn)題，比如：“細(xì)胞內(nèi)的水分是怎樣進(jìn)出的？”等問(wèn)題，通過(guò)學(xué)生提問(wèn)，在營(yíng)造出主動(dòng)、積極課堂氛圍的同時(shí)，教師可選擇其中探究?jī)r(jià)值高、切合學(xué)生實(shí)際生活的問(wèn)題，來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從而有效培養(yǎng)其科學(xué)素養(yǎng)觀念，提高其科學(xué)認(rèn)知水平.在實(shí)驗(yàn)中，教師可引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)材料，并提出問(wèn)題：“為什么要選擇洋蔥鱗片的葉外表皮作為材料呢？”“除洋蔥外，你能用其它材料來(lái)開(kāi)展細(xì)胞吸水、失水實(shí)驗(yàn)嗎？”在這類(lèi)問(wèn)題的思考和探索下，能有效拓寬學(xué)生思維空間，并促進(jìn)其科學(xué)思維觀念的養(yǎng)成和提升.另外，教師可在實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)束后，以生活實(shí)例為主題開(kāi)展小組競(jìng)賽活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生思考、分享和解釋生活中關(guān)于細(xì)胞吸水、失水的現(xiàn)象，從而有效提升其科學(xué)思維應(yīng)用能力.

3 結(jié)合定量實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的意識(shí)

教師在設(shè)計(jì)高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，應(yīng)對(duì)學(xué)生提出更高層次的要求，使其通過(guò)定性基礎(chǔ)建立定量意識(shí)，并在量變的過(guò)程中深刻認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)，從而確保生物實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性、嚴(yán)密性和科學(xué)性.教師在開(kāi)展生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，應(yīng)深入分析教材內(nèi)容，并結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況來(lái)有效結(jié)合定性實(shí)驗(yàn)、定量實(shí)驗(yàn)，從而在培養(yǎng)其科學(xué)思維意識(shí)的同時(shí)，促進(jìn)其科學(xué)思維優(yōu)質(zhì)發(fā)展.

例如，在人教版高中生物《酶的作用和本質(zhì)》學(xué)習(xí)內(nèi)容中，相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容“不同條件過(guò)氧化氫分解比較”，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?，主要是?duì)有機(jī)、無(wú)機(jī)兩種催化劑在催化效果異同方面的比較.教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，是通過(guò)不同催化劑的作用下，來(lái)觀察衛(wèi)生香燃燒情況，從而比較催化劑促進(jìn)反應(yīng)劇烈的程度，以此區(qū)分酶、氯化鐵對(duì)反應(yīng)催化的效果，從而通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，得出實(shí)驗(yàn)的定性結(jié)論.然而，在實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作中，因?yàn)檫^(guò)氧化氫在劇烈分解的過(guò)程中會(huì)有大量水蒸氣產(chǎn)生，所以可能會(huì)出現(xiàn)衛(wèi)生香無(wú)法復(fù)燃的現(xiàn)象，加之僅僅通過(guò)觀察衛(wèi)生香燃燒狀況，在沒(méi)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐的情況下來(lái)判定實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，相對(duì)欠缺科學(xué)性和合理性.因?yàn)閷W(xué)生無(wú)法借助相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行分析、處理、探討酶高效性特點(diǎn)，而導(dǎo)致其在實(shí)驗(yàn)思考方面淺顯和片面化，極不利于其科學(xué)思維意識(shí)的形成.因此，在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，教師則可將定量、定性實(shí)驗(yàn)有效結(jié)合起來(lái)，從而有效培養(yǎng)其科學(xué)意識(shí).教師首先可鼓勵(lì)學(xué)生自行尋找適宜酶的來(lái)源，其次通過(guò)利用自制酶溶液來(lái)進(jìn)行教材設(shè)計(jì)的分解過(guò)氧化氫實(shí)驗(yàn)，使其在感性方面形成對(duì)酶催化的初步認(rèn)識(shí).在這樣的基礎(chǔ)上，教師通過(guò)介紹相關(guān)的化學(xué)儀器和試劑，在激發(fā)其對(duì)新實(shí)驗(yàn)興趣的同時(shí)，幫助其將化學(xué)、生物有效關(guān)聯(lián)起來(lái)，并引導(dǎo)其關(guān)注定量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，從而呈現(xiàn)數(shù)據(jù)化、直觀化、科學(xué)化、準(zhǔn)確化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的螺旋式設(shè)計(jì)，能在幫助學(xué)生掌握生物實(shí)驗(yàn)常用方法的同時(shí)，加強(qiáng)其實(shí)驗(yàn)中的對(duì)照意識(shí)，通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不僅能培養(yǎng)其數(shù)據(jù)處理能力，而且能加強(qiáng)其對(duì)生物系統(tǒng)的深入認(rèn)識(shí).另外，在結(jié)合定量實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，能有效培養(yǎng)其批判思維、發(fā)散思維，并增強(qiáng)其生物科學(xué)思維的意識(shí).

4 構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，提高學(xué)生科學(xué)思維的能力

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建植物細(xì)胞或者動(dòng)物細(xì)胞的完整物理模型，并重復(fù)應(yīng)用于后期實(shí)驗(yàn)教學(xué)中.在模型構(gòu)建的過(guò)程中，學(xué)生會(huì)在結(jié)合相關(guān)概念的基礎(chǔ)上，從細(xì)胞水平角度來(lái)思考和探索，形成結(jié)構(gòu)、功能相聯(lián)系的觀念，從而有效提高其科學(xué)思維的能力.

例如，在人教版高中生物《細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)》相關(guān)內(nèi)容學(xué)習(xí)后，就細(xì)胞和相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)而言，學(xué)生已經(jīng)有了一定基礎(chǔ)，教師就可提出問(wèn)題：“在復(fù)雜生理活動(dòng)中，細(xì)胞是怎樣完成的？”“細(xì)胞各結(jié)構(gòu)分別對(duì)應(yīng)什么功能？”通過(guò)相關(guān)的問(wèn)題，在激發(fā)學(xué)生探索欲、求知欲的同時(shí)，鼓勵(lì)其通過(guò)合作，來(lái)構(gòu)建細(xì)胞的專(zhuān)屬模型.首先，班級(jí)作為整體，將學(xué)生分組，各小組分別負(fù)責(zé)細(xì)胞各成分的制作；其次，各小組根據(jù)所制作細(xì)胞結(jié)構(gòu)，來(lái)選擇需要的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可選擇粘合性好、保持時(shí)間長(zhǎng)的超輕粘土作為材料，同時(shí)，可對(duì)廢棄材料進(jìn)行回收利用，已達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目標(biāo)；最后，各小組通過(guò)查閱書(shū)籍和資料，在全面了解細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行書(shū)面草圖繪制和功能闡釋.在制作和構(gòu)建的過(guò)程中，可充分發(fā)揮思維和想象，制作出兩個(gè)模型來(lái)分別體現(xiàn)其外部、內(nèi)部形態(tài).需要注意的是，各小組在模型構(gòu)建中應(yīng)隨時(shí)溝通，確保結(jié)構(gòu)和比例的合理安排.完成后的模型，教師可充分應(yīng)用到細(xì)胞膜鑲嵌流動(dòng)模型、細(xì)胞器功能和結(jié)構(gòu)、分泌蛋白合成及分泌、細(xì)胞核結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、細(xì)胞膜的顯微結(jié)構(gòu)、胞吞和胞吐、光合作用和呼吸作用等相關(guān)的教學(xué)中和實(shí)驗(yàn)中，在幫助學(xué)生更好理解生物內(nèi)容的同時(shí)，加深其對(duì)知識(shí)的鞏固能力和應(yīng)用能力.此外，在構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷倪^(guò)程中，學(xué)生需要將教材中的圖片、文字描述，轉(zhuǎn)換成為三維模型，這有利于鍛煉其模型建構(gòu)的能力.同時(shí)，通過(guò)解說(shuō)制作模型、觀察其他模型的過(guò)程，能提高學(xué)生解讀模型、交流表達(dá)的能力.最重要的是，在制作、構(gòu)建模型的過(guò)程中，能加強(qiáng)學(xué)生結(jié)構(gòu)、功能相互聯(lián)系、密不可分的生物觀念.因此，教師應(yīng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生積極構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，提高其科學(xué)思維的能力.

5 引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，提升學(xué)生科學(xué)思維的素養(yǎng)

教師在開(kāi)展高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，應(yīng)注重講授實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容，在引導(dǎo)其自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、自主完成實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程中，訓(xùn)練其實(shí)驗(yàn)綜合能力.教師應(yīng)打破單一科學(xué)思維限制，鼓勵(lì)學(xué)生在充分發(fā)揮其創(chuàng)造思維的過(guò)程中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改造，也可提供相關(guān)課題，讓學(xué)生自主選擇、設(shè)計(jì)和開(kāi)展，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)，從而有效培養(yǎng)、提升其科學(xué)思維的素養(yǎng).

例如，在人教版高中生物《細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出》中的“植物細(xì)胞吸水、失水”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，因?yàn)榇嬖跐B透壓變化現(xiàn)象，所以學(xué)生較易理解質(zhì)壁分離的現(xiàn)象，但往往卻忽視了質(zhì)壁分離現(xiàn)象下半透膜的作用，而通過(guò)機(jī)械式的記憶方法來(lái)掌握液泡膜、細(xì)胞膜以及細(xì)胞質(zhì)的基質(zhì)等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，在難度相對(duì)高的考察中則出現(xiàn)無(wú)法靈活應(yīng)對(duì)的現(xiàn)象.因此，教師可通過(guò)引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方式，綜合提升其科學(xué)思維的素養(yǎng).首先，針對(duì)質(zhì)壁分離的現(xiàn)象，教師可引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)和開(kāi)展該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，使其能在對(duì)質(zhì)壁分離有初步了解的同時(shí)，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及條件，從而實(shí)現(xiàn)原生質(zhì)層的有效引出；其次，通過(guò)層層遞進(jìn)，來(lái)探索原生質(zhì)層的組成成分，從而深入了解和掌握質(zhì)壁分離.在此過(guò)程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)假說(shuō)演繹思維來(lái)設(shè)計(jì)和開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，在培養(yǎng)創(chuàng)新性、縝密性、科學(xué)性思維的同時(shí)，有效提升其科學(xué)思維的素養(yǎng).

總而言之，核心素養(yǎng)為高中生物教學(xué)指明了方向和目標(biāo)，教師應(yīng)在深入挖掘和分析教學(xué)資源的基礎(chǔ)上，不斷優(yōu)化生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維作為核心和基礎(chǔ)，促進(jìn)學(xué)生思維的進(jìn)步、發(fā)展.