基于科學探究素養的生物實驗教學優化

董瓊

摘 要：科學探究本身作為一種科學實踐活動，將其與生物實驗教學相結合，可以為學生科學探究素養的培養和發展創造良好條件，對于教學創新提出了迫切要求。本文分析了生物實驗教學中科學探究素養培養的必要性，結合當前實驗教學中存在的問題，闡述了生物實驗教學的優化策略，旨在引導學生提高科學素養，利用生物知識解決實際問題，推進生物實驗教學改革深度實施。

關鍵詞：科學探究素養；生物實驗教學；合作探究

高效學習生物知識需要借助多種類型的實驗，在生物實驗教學中培養學生的科學思維、科學精神、探究意識，引導學生認真觀察實驗現象，總結實驗結果，揭示生物學科的規律，找到生物學習訣竅，對于學生科學探究素養的形成和發展起到了積極作用。然而從生物實驗教學現狀來看，還存在一些不足之處，導致教學效果未能達到預期，制約了學生知識和能力的協同發展。為了扭轉這一局面，必須基于科學探究素養培養要求，加強生物實驗教學模式的優化，吸引學生主動參與，在實驗過程中積極思考、表達、探究、合作，高質量完成生物實驗任務，深入分析所得結果，從而收獲知識、強化技能、培育素質，促進學生全面發展。

一、生物實驗教學中培養學生科學探究素養的必要性

新課標對生物課程教學提出了許多新的要求，明確指出生物教學要增加實驗探究，在生物實驗教學中關注學生已有的生活經驗，激發學生主動學習的意識，使學生通過合作、交流、探究，提高其自主學習能力、科學探究素養、合作精神、創新意識和社會責任感。其中，科學探究素養的培養是生物實驗教學的重中之重。

（一）有利于培養學生的科學思維能力

在生物實驗過程中，學生通過觀察、操作、推理和交流討論得到正確結論，全程參與生物實驗的各個環節，思維始終處于活躍狀態，利用生物知識描述實驗現象和實驗結果，提高對知識的好奇心和求知欲，掌握科學探究的基本操作方法，以實驗過程鞏固理論知識，真正實現學以致用。教師鼓勵學生提出問題、設計實驗、收集和分析實驗數據，給學生創造了自由施展與合作探究的空間，使得學生自主學習意識、批判性思維和創新能力由此得以形成[1]。

（二）有利于培養學生的科學態度和價值觀

生物學科具有系統性、實踐性、嚴謹性的特點，在生物實驗中只有認真按照步驟操作，才可以觀察到相應的現象，得出準確結論。因此，利用生物實驗傳授學生生物知識，培養學生認真嚴謹的科學態度和實事求是的求真精神，塑造學生正確的價值觀，賦予了科學探究素養下生物實驗教學更為艱巨的任務，有利于激發學生深入探究知識的欲望，使之形成終身學習意識，在生物領域越走越遠。

（三）有利于激發學生的探究精神

通過開展生物實驗教學，給學生提供觀察和實踐的機會，鼓勵學生大膽質疑，表達觀點，針對學生的不同問題實施個性化指導，對學生進行激勵，促使學生積極探索生物學科的奧秘，大膽假設，運用創新方法來驗證，享受實驗的過程和樂趣，學生的思維也會更加開闊，看待問題的角度更加多樣，分析問題、解決問題的能力隨之增強。可以說，生物實驗是激發學生探究意識、提高探究能力的關鍵渠道。

二、生物實驗教學中存在的問題

（一）生物教師的教學觀念沒有及時更新

生物教師是學生學習生物知識、參與生物實驗的引路人，對于學生生物學習過程中知識獲取和素質能力發展更是發揮了不容小覷的作用。可是有些生物教師并沒有及時更新教學觀念，設計的生物實驗過程單一，實驗過程沉悶，交流互動機會少，學生思維得不到釋放。學生在生物實驗教學各個環節中的參與熱情不高，主體地位不明，受到的啟發和指導不足，嚴重制約了學生科學探究素養的發展。

（二）生物實驗教學體系不完善

課時數量少、教學任務重是生物教學的普遍現象，生物教師為了趕進度往往采用“灌輸式”教育模式，側重于講解課本上的知識，很少組織生物實驗活動，更沒有注重完善生物實驗教學體系，在有限的生物實驗中也是以教師演示為主，學生實踐操作的機會少之又少。這一現象導致生物學科理論教學和實踐教學失衡，生物實驗教學資源得不到有效利用，學生對生物知識的理解流于表面，知識基礎不扎實，很難形成科學的探究過程，對于學生科學探究素養的發展造成了阻礙。

（三）生物實驗教學形式單一

現階段，生物教師通常按照教材中描述的實驗步驟進行操作，讓學生描述實驗現象和結論，填寫實驗報告。或是要求學生死記硬背實驗步驟，在實驗操作時不允許有一絲一毫的差錯。這種生物實驗教學流程毫無新意，缺少現代化教學技術和方法的應用，如合作探究、任務驅動等。在生物實驗教學過程中學生的心情平靜無波，毫無期待，自主操作環節機械式地使用儀器設備和材料工具，思維不活躍，完全提不起實踐探究興趣，在此情況下很難獲得科學探究素養的提升。

（四）生物教師在實驗過程中對學生的指導不當

每個學生都有著無窮的潛力，而教師恰恰掌握了挖掘學生潛力的工具，需要對學生進行專業化指導，啟迪學生的思維，增強學生的自信[2]。然而，在生物實驗教學中，生物教師對學生的指導存在兩極分化現象。有些生物教師強制干預學生的實驗過程，對學生的實驗操作有著嚴格的標準，桎梏了學生的思維。另外一部分生物教師將生物實驗視為可有可無的教學活動，任由學生隨意操作，即使學生的操作流程和實驗報告不一致也毫不在意，導致生物實驗教學無法達到預期目標。

三、基于科學探究素養的生物實驗教學優化策略

隨著生物教學改革深入實施，教師要突出學生的課堂主體地位，增強學科素養的培育能力，彌補傳統教學的不足之處，特別是實驗環節，幫助學生掌握正確的實驗流程，掌握科學探究的基本思路和方法。

（一）積極更新生物教師的教學觀念，提高學生參與生物實驗教學的動力

為了提高生物實驗教學質量，教師要發揮實驗教學對提高學生學習興趣的優勢，將生物實驗與生活緊密聯系起來，實施生物實驗教學的創新，打造趣味性、生活化的實驗項目，在提高學生好奇心和求知欲的基礎上，促使學生自主探究生物知識，形成認真嚴謹的科學態度和求真務實的科學精神。考慮到學生思維方式、知識水平、興趣愛好、學習能力都有著顯著差異，因此，在生物實驗教學中，要體現出對學生教學主體地位的尊重，讓學生了解實驗環節對于學科學習和發展的重要性，要結合學生的想法設置實驗項目，提高學生參與實驗的積極性[3]。而且在平時生物教師要深入研究新課標，學習先進的教育技術，與生物實驗教學相融合，為生物實驗教學的高效開展注入活力，并要找出當前生物實驗教學中的不足，有針對性地加以彌補。這樣，生物教師就可以設計科學完善、可操作性強的生物實驗教學方案，實施多元化、分層次的教學和指導，履行自己的教學職能，構建和諧的師生關系，創造良好的實驗條件和實驗范圍，指導學生在實驗過程中能夠認識科學、發現科學和利用科學，在這一系列過程中深入思考，敢于質疑和批判，勇于推理，提出創造性的見解，在學習中培養科學探究素養。

（二）完善生物實驗教學體系，積極開發多種實驗資源

健全和完善生物實驗教學體系，可使生物實驗教學穩定高效開展，各個環節緊密銜接，促使學生全程參與實驗設計、實驗操作、實驗觀察、實驗探究、實驗結果分析等環節中，依靠自主思考和小組成員之間的討論交流形成創新觀點，獲得科學探究素養的快速提高。生物實驗教學要以教材內容為參考，建設由易到難、關聯緊密的生物實驗教學體系，讓學生根據體系可以驗證所學的生物知識，借助實驗能夠驗證已得出的結論，應用生物知識解決生活問題，這也有利于學生擺脫陳舊思維束縛，以積極態度參與生物實驗教學，從中獲得樂趣和自信。與此同時，生物教師要注重開發多種實驗資源，不單單要利用傳統實驗資源開展生物實驗教學活動，如教材資源、實驗儀器設備等，還要利用互聯網資源展示生物實驗的原理和步驟，憑借生動直觀的畫面增強感官沖擊，加深學生的印象，鼓勵學生對原本的實驗流程進行改良和優化，打造開放式、互動式的教學空間，激發學生的內在潛能，讓學生的奇思妙想在生物實驗教學中得到驗證。或者讓學生收集生活中的廢棄物品用于生物實驗和探究活動，鑒于這類實驗資源有所不同，學生勢必要對實驗操作進行創新，以便能夠合理利用實驗資源得到正確結果。

（三）豐富生物實驗教學形式，持續訓練學生的綜合實踐能力

現代化教育理念倡導運用豐富多樣的生物實驗教學形式，在教學過程中訓練學生的操作、觀察、質疑、總結能力，全面提高學生的科學探究素養。基于這一理念，對生物實驗教學方法和模式進行創新，可以從以下幾種現代化教育方法中任擇其一：

1.創設生活情境。現實生活中有著許許多多值得運用的實驗素材，對生物實驗的探究也要考慮到常見的生活現象，結合學生們好奇的現象，以此為素材，提高實驗的趣味性，鼓勵學生自己動手，發揮想象力和創造力。生物教師要指導學生掌握正確的實驗操作方法，在實驗中揭示科學本質，了解生活現象背后所蘊藏的科學。例如：在“植物細胞的質壁分離和質壁分離的復原”教學中，生物教師可以提出這樣幾個問題：“為什么白糖拌西紅柿會有水分析出？為什么超市經常會在菜葉上灑水？”組織相關生物實驗探究活動，讓學生在生活情境下產生好奇，自選實驗材料進行生物實驗探究，提出假設后進行求證，完善實驗流程和各個實驗步驟的細節，觀察產生的實驗現象，從所得實驗結果中分析植物細胞吸水、失水的條件，進而達到本次實驗的目標[4]。

2.設置層次性的問題。問題驅動法在生物實驗教學中的應用對于培養學生的科學探究素養有著無法比擬的優勢，生物教師需要設置層次性的問題，引導學生深入思考和探究，憑借自己的努力找到正確答案，使學生的觀察能力、思維能力、實踐能力、探究能力以及解決問題的能力得以協同發展。層次性的問題設置可以滿足不同知識水平和能力水平學生的學習需求，使之全身心參與到生物實驗教學中，經過細心觀察和慎重思考得出結論，表達自己的觀點，增強了學生的獲得感和成就感。以“觀察植物葉表皮的氣孔實驗”為例，為學生提供多種實驗材料，讓學生觀察不同植物葉片的表皮，然后提出一系列的問題：“為什么教材要求觀察植物的下表皮？通過觀察植物的上下表皮你有哪些發現？為什么植物葉下表皮氣孔更多？”這讓學生更加關注實驗材料的選取，了解不同實驗材料的特點和差異，認真觀察和記錄實驗現象，使得學生學會靈活利用生物實驗結果解決實際問題，整個實驗過程中手腦協調配合，逐漸形成科學探究素養。

3.組織合作探究活動。有些生物實驗比較復雜，單憑學生個體處理實驗材料，觀察實驗現象，進行實驗結果分析，會給學生施加較為繁重的負擔。而合作探究模式在生物實驗教學中的應用可以規避上述問題，小組成員科學分工，在生物實驗探究過程中保持有效的交流與合作，發揮了所有成員的智慧和力量，得到統一結論，增強了學生的集體榮譽感和個體責任感，促進了學生科學探究素養良好發展。合作探究期間學生思維會發生激烈碰撞，傾聽他人發言的同時，思考是否與自己的觀點相同，進一步完善自身觀點。如果觀點不同，則要找到充分論據證明自己的觀點，無疑會深化學生的生物實驗探究活動[5]。例如：在“探究無機鹽在植物生長發育中的作用”這一實驗活動中，教師課前布置不同小組成員分別負責采集不同環境中的土壤，把路邊、菜園和裸地等處土壤作為小組差異化的實驗材料，分別制成土壤浸出液。先將3株大小相似的青菜分別放入土壤浸出液、無土栽培培養液和蒸餾水中培養，并在一周后觀察不同溶液中青菜的生長情況，然后進行小組間實驗的橫向對比觀察，用酒精燈烘干不同小組的土壤浸出液，比較結晶物質有多少。所有成員共同進行推理和討論，總結實驗結果，會使生物實驗探究活動充滿樂趣，利用科學實踐活動提高學生的科學探究素養。

（四）生物教師要加強對學生的指導，完成生物實驗結果的梳理小結

作為生物實驗教學的組織者及學生生物學習的引路人，教師要注重對學生的啟發和指導，幫助學生高質量完成生物實驗結果的梳理小結，及時查缺補漏，提高綜合實踐能力，促進學生科學探究素養的全面發展。對于生物實驗結果的分析是探究活動的重點所在，可使學生回顧整個實驗過程，反思自己的操作是否標準規范，避免在下次實驗中出現不當操作，有力糾正了學生生物實驗操作的不良習慣。而加強對生物實驗結果的總結，還能深化對生物實驗內容的探究，嘗試分析各類實驗材料、用具和儀器對生物實驗結果的影響，打破傳統思維的局限，運用更為簡潔和直觀的方式展示生物實驗結果，使得學生能夠更好地認識生物世界，走進奇妙無窮的生物領域進行研究，爭取成為充滿智慧、綜合能力強、富有創造力的新時代人才[6]。

結束語

總之，在科學探究素養的導向下，生物實驗教學的有效開展需要積極更新生物教師的教學觀念，提高學生參與生物實驗教學的動力，完善生物實驗教學體系，積極開發多種實驗資源，豐富生物實驗教學形式，包括創設生活情境、設置層次性的問題、組織合作探究活動，持續訓練學生的綜合實踐能力。生物教師還要加強對學生的指導，完成生物實驗結果的梳理小結，從而發揮生物實驗教學的載體作用，促進學生科學探究素養良好發展。

參考文獻

[1]張顯祖.立德樹人理念下高中生物實驗教學的困境與對策探討[J].學周刊，2023（32）：70-72.

[2]鐘容花.初中生物實驗教學存在的問題及優化路徑分析[J].教育界，2023（23）：17-19.

[3]李倩倩.基于核心素養探討高中生物實驗教學方式的轉變[J].知識文庫，2023（12）：64-66.

[4]金威.在高中生物實驗教學中培養批判性思維的實踐對策[J].高考，2023（10）：3-5.

[5]劉光雙.淺析初中生物實驗教學中學生自主探究能力培養策略[J].學周刊，2023（16）：65-67.

[6]王清剛.創新高中生物實驗教學 落實科學探究素養培養[J].學周刊，2022（34）：37-39.