指向科學探究素養的高中生物實驗教學

廖中富

科學探究素養是指能夠根據生活實際中觀察到的生物學現象，提出疑問，設計實驗進行探究，并對實驗結果進行分析交流與討論的能力。教師應如何開展好基于科學探究素養的生物學實驗教學？

一、創設問題探究情境，發展學生核心素養

知識的產生具有情境性，學習就是要讓知識重回情境，進入發生狀態。生物學學科核心素養是學生在解決真實問題情境的過程中所形成的價值觀念、必備品格和關鍵能力，創設真實問題探究情境是發展學生核心素養的有效途徑。

真實問題情境可來源于現實生活、科學研究、社會議題。例如，為了探究一種新型除草劑的除草效果，實驗過程中必然會涉及統計雜草數量，這個就是一種真實的情境。在教學過程中，教師要時刻關注社會熱點，了解最新科研成果，積累豐富的問題情境素材。

巧妙創設問題探究情境進行生物實驗教學，可激發學生的學習熱情和探究欲望。例如，在進行必修1“檢驗生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質”實驗前，教師可創設如下問題情境：“不同生物材料中有機物種類和含量一樣嗎？判斷的依據是什么？這對我們選擇食物有什么啟發？為什么日常飲食中要合理搭配不同食物？如何檢測生物材料中的糖類、脂肪、蛋白質？”又如，在學習酶的特性時，可創設如下問題情境：“新鮮采摘的糯玉米立即放入85℃左右的熱水中處理2分鐘，甜味可保持較長時間，為什么？”在實驗教學中，經常設置具有難度梯度的問題鏈讓學生交流討論，培養學生問題解決能力，發展學生核心素養。

二、利用生物科學史，培養學生嚴謹科學態度

生物科學史是培養學生嚴謹科學態度的重要素材。在生物學發展過程中，孟德爾歷時8年堅持做豌豆雜交實驗，最終揭示了兩大遺傳學的規律；沃森和克里克在前人研究成果的基礎上，嘗試提出的多種結構模型都被否定，研究過程困難重重，屢敗屢戰，最終成功構建了DNA雙螺旋結構模型；薩姆納體弱多病仍然堅持研究，歷經9年終于提取出了脲酶結晶；魏爾肖敢于向權威挑戰，大膽質疑前人研究成果，總結出“細胞通過分裂產生新細胞”，使“細胞學說”得以修正和發展；桑格和尼克森敢于大膽質疑羅伯特提出的“蛋白質—脂質—蛋白質”靜態生物膜模型，通過大量實驗提出了被大多數人普遍接受的“流動鑲嵌模型”……

在教學中，教師可利用上述科學家的感人故事，培養學生鍥而不舍的鉆研精神，勇于探索的科學態度；培養學生敢于產生疑問，敢于挑戰權威的批判性思維；培養學生勇于提出問題，巧妙設計實驗，善于解決問題，正確分析實驗結果的科學探究素養。

三、重視探究實踐活動，提升實驗探究能力

在教學過程中要注重學生的實踐經歷。新教材每個模塊都安排有“探究·實踐”活動，這些實踐活動是提升學生實驗探究能力的有效載體。在實驗教學中，教師要指導學生學會觀察、描述、記錄，善于提出問題，合理做出假設，進行實驗，做出解釋等。讓學生在做中學、做中思、做中悟，培養學生的創新精神，提升實驗探究能力。

“探究植物細胞的吸水和失水”是學生在高中階段首次接觸的探究性實驗。實驗前，教師可以先列舉日常生活中的現象，引導學生提出具有一定探究價值的問題，讓學生嘗試做出假設并解釋。然后布置學生以學習小組為單位討論教材給出的參考案例，指導學生設計實驗并完成實驗探究。實驗過程中要指導學生仔細觀察、如實記錄。例如，在滴加清水和蔗糖溶液后，在顯微鏡下觀察，中央液泡大小、液泡顏色深淺、原生質層位置、細胞大小有沒有發生變化？學生在親自體驗探究的過程中能夠有效地提升實驗探究能力。在學習“影響酶活性的條件”時，考慮到學生在第四章的學習過程中已經進行過一次探究實驗，教師可讓學生獨立完成提出問題、做出假設，要求學生根據所學知識，自主挑選材料用具來設計實驗進行探究，較好地訓練了學生的實驗探究能力。

四、加強課外實踐活動，提升學生實踐能力

由于課堂實驗探究的時間很有限，教師還需要加強課外實踐活動。學生只有通過親身參與課外實踐活動，才能夠切實加深對實驗原理的理解，提升應用知識解決實際問題的能力。例如，學習“果酒的制作”后，教師可組織興趣小組制作葡萄酒；學習“植物有效成分的提取”后，可組織興趣小組做化妝品；學習“植物組織培養”后，可組織興趣小組嘗試培養試管苗。通過組織學生動手參與課外實踐活動，有效提升學生的實踐能力，發展科學探究素養。

注：本文系廣東省2021年度中小學教師教育科研能力提升計劃項目“科學探究素養視域下生物實驗教學實踐研究”（課題編號：2021YQJK159）階段性研究成果。

責任編輯 黃博彥