依托高中生物實(shí)驗(yàn)?培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)

【摘要】隨著新課程改革的不斷深入，高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性愈發(fā)凸顯。優(yōu)化生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠充分激發(fā)學(xué)生對(duì)生物實(shí)驗(yàn)的探索欲，使其在實(shí)驗(yàn)過程中主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題，并熟練運(yùn)用所學(xué)生物知識(shí)解決問題，提升觀察能力與創(chuàng)新思維能力。教師在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，可以通過深入挖掘教材、創(chuàng)設(shè)生活情境、開展合作探究、進(jìn)行多元評(píng)價(jià)等可行性策略，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，從而促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的形成。

【關(guān)鍵詞】高中生物；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；科學(xué)探究素養(yǎng)

作者簡(jiǎn)介：時(shí)玉華（1982—），男，江蘇省南通市海安市實(shí)驗(yàn)中學(xué)。

高中生物作為一門重要學(xué)科，對(duì)于培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維和開拓精神的人才有著不可或缺的作用。生物實(shí)驗(yàn)是連接生物理論和實(shí)踐應(yīng)用的橋梁，也是發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的重要載體。基于此，在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，教師應(yīng)注重鍛煉學(xué)生觀察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計(jì)方案以及總結(jié)反思等方面的能力，培養(yǎng)他們嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的態(tài)度、求真務(wù)實(shí)的精神和團(tuán)結(jié)合作的意識(shí)，從而促進(jìn)他們的可持續(xù)發(fā)展。

一、深入挖掘教材，拓展科學(xué)探究?jī)?nèi)容

高中生物學(xué)科所涉及的生物概念、原理與規(guī)律，都是眾多生物學(xué)家基于大量嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的生物實(shí)驗(yàn)總結(jié)歸納得出的。因此，教師在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要重視教材中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，深入挖掘其中的內(nèi)涵，為學(xué)生講述經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的研究背景、研究方法以及具體過程。同時(shí)，教師可以結(jié)合學(xué)生在高中階段的生物知識(shí)積累情況，在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教材、資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展延伸，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的科學(xué)探究?jī)?nèi)容，促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)提升。

例如，在“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”這一實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，教師首先對(duì)教材進(jìn)行深入挖掘、分析，明確本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生明白酵母菌有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的不同條件及產(chǎn)物，并通過學(xué)習(xí)酵母菌細(xì)胞呼吸的具體過程，理解細(xì)胞呼吸的本質(zhì)［1］。在此基礎(chǔ)上，教師結(jié)合教學(xué)的重難點(diǎn)，準(zhǔn)備好活性酵母菌、葡萄糖溶液、酸性重鉻酸鉀溶液、澄清石灰水、錐形瓶、橡皮球、滴管等實(shí)驗(yàn)材料，幫助學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出合理分析和判斷，進(jìn)而掌握酵母菌細(xì)胞呼吸方式的特征。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師先為學(xué)生講述有關(guān)發(fā)現(xiàn)酵母菌的歷史背景：“早在公元前3000年，人類就開始利用酵母菌制作發(fā)酵食品了。1680年，荷蘭生物學(xué)家列文虎克通過顯微鏡首次觀察到酵母菌。19世紀(jì)，法國(guó)生物學(xué)家巴斯德發(fā)現(xiàn)酵母菌在酒精釀造中發(fā)揮著重要作用。”教師通過拓展與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的內(nèi)容，既能增加學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，開闊學(xué)生的視野，也能激發(fā)學(xué)生的求知欲與探索欲。接著，教師根據(jù)學(xué)生所學(xué)知識(shí)，針對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的目的提出探究性問題：“酵母菌能使糖類發(fā)酵產(chǎn)生酒精，酵母菌的呼吸會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。請(qǐng)問這兩種產(chǎn)物是在有氧還是無(wú)氧的條件下產(chǎn)生的呢？”學(xué)生甲回答：“酒精是酵母菌在無(wú)氧條件下產(chǎn)生的，二氧化碳是酵母菌在有氧條件下產(chǎn)生的。”學(xué)生乙持有與學(xué)生甲相反的觀點(diǎn)：“酒精是酵母菌在有氧條件下產(chǎn)生的，二氧化碳是酵母菌在無(wú)氧條件下產(chǎn)生的。”還有一些學(xué)生則提出“酒精和二氧化碳都是酵母菌在有氧條件下產(chǎn)生的”“酒精和二氧化碳都是酵母菌在無(wú)氧條件下產(chǎn)生的”的看法。教師提出探究性問題，能夠豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生的思維活躍度與課堂專注度，為接下來的實(shí)驗(yàn)開展?fàn)I造良好的課堂氛圍。然后，教師以提問的方式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)：“同學(xué)們剛才的回答可以看作是某些假設(shè)，現(xiàn)在我們要通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的假設(shè)。那么在這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中，我們需要注意哪些因素呢？”學(xué)生丙回答：“需要明確該實(shí)驗(yàn)的自變量是氧氣，因變量是酒精和二氧化碳。”學(xué)生丁回答：“需要知道如何判斷有無(wú)酒精或二氧化碳產(chǎn)生，以及如何比較二氧化碳產(chǎn)生的量。”此時(shí)，教師結(jié)合實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容為學(xué)生補(bǔ)充相關(guān)知識(shí)：“酒精與酸性重鉻酸鉀溶液混合會(huì)變色，二氧化碳會(huì)使澄清石灰水變渾濁。”學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)教材開始實(shí)驗(yàn)，在A、B兩個(gè)錐形瓶中加入酵母菌培養(yǎng)液，將A、B兩個(gè)錐形瓶分別與裝有澄清石灰水的錐形瓶相連（其中A瓶還需要通過玻璃管和橡膠球注入氧氣），然后通過觀察酸性重鉻酸鉀溶液的顏色與石灰水的渾濁程度，得出“酵母菌進(jìn)行有氧呼吸會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，進(jìn)行無(wú)氧呼吸會(huì)產(chǎn)生酒精與少量的二氧化碳”的實(shí)驗(yàn)結(jié)論［2］。最后，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和結(jié)論進(jìn)行歸納總結(jié)，并讓學(xué)生在課后思考另一個(gè)探究性問題：有同學(xué)認(rèn)為酒精和二氧化碳是葡萄糖溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的，與酵母菌無(wú)關(guān)。請(qǐng)問你如何看待這種觀點(diǎn)？如何改進(jìn)原有的實(shí)驗(yàn)方法？

可見，教師通過這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，對(duì)教材中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行深層次挖掘和拓展，對(duì)于提升學(xué)生的科學(xué)思維意識(shí)與創(chuàng)新探究能力有著積極的促進(jìn)作用。

二、創(chuàng)設(shè)生活情境，激發(fā)科學(xué)探究熱情

著名教育家陶行知先生曾提出“生活即教育，社會(huì)即學(xué)校”的觀點(diǎn)，而生物學(xué)科是研究生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，與實(shí)際生活緊密相關(guān)。在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要注重以生活中的現(xiàn)象為切入點(diǎn)進(jìn)行導(dǎo)入，以便激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的興趣，促使其積極主動(dòng)地參與到生物實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及實(shí)踐過程中。教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)的具體內(nèi)容與學(xué)生當(dāng)前的身心特征，通過創(chuàng)設(shè)生活化問題情境，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究熱情，使學(xué)生在特定生活情境中充分培養(yǎng)和發(fā)展自身的科學(xué)思維能力［3］。

例如，在“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”這一實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，教師在課前準(zhǔn)備一根蘿卜，將蘿卜切成質(zhì)量和體積相同的三塊，將第一塊放置于空氣中作為參照物，將第二塊放在盛有清水的玻璃容器中，將第三塊放在濃度較大的食鹽水中，在課堂上讓學(xué)生觀察這三塊蘿卜在靜置一段時(shí)間后的變化并進(jìn)行描述。學(xué)生回答：“第一塊蘿卜表面有些干縮，第二塊蘿卜水潤(rùn)飽滿，第三塊蘿卜明顯干縮。”教師此時(shí)通過多媒體進(jìn)一步展示生活中的實(shí)例，如“在做糖拌西紅柿?xí)r會(huì)有大量的水分溢出”“在餃子餡中加入一些鹽后會(huì)有水流出”“給農(nóng)作物施肥過多會(huì)出現(xiàn)‘燒苗的現(xiàn)象”等。教師結(jié)合學(xué)生比較熟悉的生活中的現(xiàn)象，創(chuàng)設(shè)出生動(dòng)形象的教學(xué)情境，能夠充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與科學(xué)探究熱情，促使學(xué)生發(fā)現(xiàn)并思考生活中的問題，提高觀察、分析能力。在實(shí)驗(yàn)階段，教師為每位學(xué)生分發(fā)洋蔥片、顯微鏡、刀片、鑷子、質(zhì)量濃度為0.3 g/ml的蔗糖溶液、質(zhì)量濃度為0.5 g/ml的蔗糖溶液、蒸餾水等實(shí)驗(yàn)材料，讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察洋蔥細(xì)胞在不同液體中的變化情況，并描述自己看到的現(xiàn)象。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，紛紛觀察到洋蔥細(xì)胞的質(zhì)壁分離和分離復(fù)原的現(xiàn)象，并得出“植物細(xì)胞可以構(gòu)成一個(gè)滲透系統(tǒng)”的結(jié)論。此時(shí)，教師要求學(xué)生結(jié)合自己所做的實(shí)驗(yàn)，嘗試對(duì)之前的蘿卜塊實(shí)驗(yàn)進(jìn)行解釋［4］。學(xué)生在思考后回答：“植物細(xì)胞的細(xì)胞液有一定的濃度，會(huì)與外界不同濃度的溶液發(fā)生滲透作用，導(dǎo)致蘿卜塊吸水或者失水。”

可見，教師通過創(chuàng)設(shè)生活情境的方式，由淺入深地引導(dǎo)學(xué)生從宏觀上思考，經(jīng)過細(xì)致觀察和分析后，從微觀上解釋實(shí)驗(yàn)的原理、本質(zhì)，不僅能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)生物學(xué)科的學(xué)習(xí)熱情，而且能夠培養(yǎng)他們解決實(shí)際問題的能力，促進(jìn)他們科學(xué)探究素養(yǎng)的提升。

三、開展合作探究，發(fā)散科學(xué)探究思維

在新課程改革背景下，合作學(xué)習(xí)越來越受到廣大教育工作者的重視。合作學(xué)習(xí)不同于傳統(tǒng)的封閉式自主學(xué)習(xí)模式，能夠讓學(xué)生在集思廣益與群策群力的科學(xué)探究氛圍中，對(duì)生物知識(shí)形成深層次的認(rèn)知。同時(shí)，學(xué)生能夠在交流分享、分析討論的過程中，經(jīng)過相互之間的思維碰撞，多方位拓展思維的廣度與深度，促進(jìn)科學(xué)思維意識(shí)的形成［5］。另外，生物實(shí)驗(yàn)是綜合性的學(xué)科內(nèi)容，生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中涉及材料選取、步驟確定、實(shí)驗(yàn)觀察以及分析思考、推斷總結(jié)等復(fù)雜多樣的環(huán)節(jié)。因此，教師在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)立足于高中階段學(xué)生的身心特征、生物學(xué)科知識(shí)體系和科學(xué)探究素養(yǎng)，開展綜合性的合作探究活動(dòng)，以便保障生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的高效性，充分貫徹自主、合作、探究的新課程理念。

以“生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制”這一實(shí)驗(yàn)的教學(xué)為例，教師組織學(xué)生以小組合作的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，在各小組探究的過程中，通過誘導(dǎo)提問和及時(shí)答疑等方式，發(fā)散學(xué)生的科學(xué)探究思維，輔助學(xué)生開展科學(xué)探究，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主體作用。在實(shí)驗(yàn)開始前，教師結(jié)合生活實(shí)例提出“在食醋進(jìn)入人體后，為什么人體的酸堿度還能維持平衡呢？”的疑問，以此引發(fā)各小組的思考、分析和推測(cè)，營(yíng)造良好的合作探究氛圍。接下來，教師為每個(gè)小組分發(fā)馬鈴薯勻漿、雞蛋清、氫氧化鈉溶液、稀鹽酸、緩沖液、pH計(jì)、滴管等實(shí)驗(yàn)材料，要求各小組根據(jù)材料，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒁螅瑖L試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。于是，各小組結(jié)合教材上的實(shí)驗(yàn)步驟，討論總結(jié)出較為合理的具體實(shí)驗(yàn)計(jì)劃后便開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。有的小組先在燒杯中加入自來水并測(cè)量初始的pH值，接著往燒杯中滴加稀鹽酸并同步測(cè)量pH值，然后以同樣的方式測(cè)量滴加氫氧化鈉溶液的pH值，之后將燒杯中的自來水更換成緩沖液、馬鈴薯勻漿和雞蛋清，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟，最后整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析討論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原理。各小組學(xué)生在分工協(xié)作下，高效有序地完成了對(duì)四組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量與記錄，通過分析總結(jié)發(fā)現(xiàn)：馬鈴薯勻漿和雞蛋清這兩種不同的生物材料中含有緩沖對(duì)，其可以對(duì)pH的變化起到緩沖平衡作用；上述實(shí)驗(yàn)材料的緩沖能力從強(qiáng)到弱依次為緩沖液、雞蛋清、馬鈴薯勻漿、自來水。在課堂的最后，教師結(jié)合各小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行歸納總結(jié)：“生物體內(nèi)的緩沖物質(zhì)對(duì)機(jī)體的pH具有調(diào)節(jié)作用。”

可見，教師通過開展合作學(xué)習(xí)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生所學(xué)的生物知識(shí)，為學(xué)生提供了操作、觀察、思考、交流的平臺(tái)，也能讓他們完善原有的知識(shí)體系，培養(yǎng)他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維與團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。

四、進(jìn)行多元評(píng)價(jià)，提升科學(xué)探究能力

教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不應(yīng)該把“讓學(xué)生得到統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)結(jié)果”作為最終的目標(biāo)，而應(yīng)該讓學(xué)生能真正參與到科學(xué)探究中去，掌握科學(xué)探究的方法，使其創(chuàng)新意識(shí)得到增強(qiáng)。基于此，教師在教學(xué)時(shí)，可以在科學(xué)探究素養(yǎng)的導(dǎo)向下，采取多元評(píng)價(jià)方式，使用鼓勵(lì)性評(píng)價(jià)，把“學(xué)生能否獨(dú)立、科學(xué)地完成實(shí)驗(yàn)操作”作為一個(gè)重要的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，不斷引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真、細(xì)致地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行科學(xué)分析、總結(jié)，以此充分挖掘?qū)W生在科學(xué)探究方面的潛能，促進(jìn)他們科學(xué)探究能力的提升［6］。

例如，在“影響酶活性的條件”的實(shí)驗(yàn)中，有學(xué)生在利用淀粉酶探究pH對(duì)酶活性的影響時(shí)，觀察到淀粉酶與碘的混合溶液在堿性條件下沒有變藍(lán)。在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出現(xiàn)異常的情況下，教師讓學(xué)生自主思考其中的原因，鼓勵(lì)其大膽提出假設(shè)。如學(xué)生戊提出“淀粉酶可能在堿性條件下表現(xiàn)出高活性”的假設(shè)，教師聽后肯定了該學(xué)生的想法，并讓該學(xué)生通過進(jìn)一步探究驗(yàn)證自己的假設(shè)，同時(shí)讓其他學(xué)生也積極參與，對(duì)該學(xué)生的探究提出評(píng)價(jià)建議。學(xué)生己則提出“淀粉可能根本沒有被分解”的假設(shè)，并通過斐林試劑驗(yàn)證了這個(gè)假設(shè)。對(duì)于學(xué)生們?cè)诒敬螌?shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出的科學(xué)態(tài)度、創(chuàng)新思維以及探究精神，教師進(jìn)行了表?yè)P(yáng)。另外，教師還結(jié)合實(shí)際情況，搭建了展示學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究成果以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的平臺(tái)，以激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究熱情。

可見，教師進(jìn)行多元化的評(píng)價(jià)，能助力學(xué)生樹立自主探究的自信，真正促進(jìn)其科學(xué)探究素養(yǎng)的發(fā)展。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在全面深化課程改革的背景下，高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)有重要意義。因此，教師應(yīng)當(dāng)貫徹立德樹人教育理念，依托教材內(nèi)容，深入挖掘其中的創(chuàng)新元素，鼓勵(lì)學(xué)生實(shí)踐，培養(yǎng)他們獨(dú)立思考的能力及團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。同時(shí)，教師應(yīng)當(dāng)積極創(chuàng)新生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的固有認(rèn)知與傳統(tǒng)教學(xué)思路，以全面培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，給予學(xué)生充分思考、表達(dá)的機(jī)會(huì)，幫助其深刻認(rèn)知實(shí)驗(yàn)原理的本質(zhì)，培養(yǎng)其科學(xué)探究意識(shí)與開拓創(chuàng)新精神。

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