高中生物課程實驗探究能力的培養

李丙恩

本文立足高中生物課程教學實踐，結合《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（下稱《生物課標》）所提出的學科核心素養導向要求，聚焦于學生實驗探究能力的培養，對高中生物實驗教學提出建議與思考，如核心問題激發探究熱情、信息技術打造探究情境、小組合作拓展探究深度等，并運用案例分析法進行了實證，旨在通過對高中生物實驗教學模式的創新，更好地反映生物學科的自然科學本質，讓學生在深刻領悟生物實驗探究意義價值的基礎上，得到生物核心素養的良性發展。

一、核心問題激發探究熱情

在高中生物教學中培養學生的實驗探究能力，最為直接有效的手段便是提升學生的生物實驗參與度，調動學生的實驗探究熱情。但受繁重學業壓力與“升學”負擔的影響，多數學生以敷衍、應付的態度對待生物實驗，在生物探究實驗的思考集中度與專注度也不突出，嚴重阻礙了學生生物實驗探究能力的良性發展。因此，為了切實解決高中生普遍存在的這一問題，確保學生更積極主動地投入生物實驗探究，高中生物教師在組織生物探究實驗教學活動時，便可以在探究實驗進行前設置與實驗內容相關的核心問題，啟發學生思維，促進學生深度思考，讓學生以解決問題為目的展開深度實驗探究。

例如，在人教版高中生物必修第一冊教材“被動運輸”一課中，開展“探究植物細胞的吸水和失水”生物探究實驗活動前，教師便可以在學生掌握水進出動物細胞原理、水進出哺乳動物紅細胞原理等理論知識后，為學生設置以下核心問題，驅動學生展開思考：

【核心問題一】水進出其他動物細胞的原理與進出哺乳動物紅細胞的原理是一致的嗎？都是通過什么作用？

【核心問題二】在現實生活中我們可以發現，將有些萎蔫的綠葉菜浸泡在水中，沒一會兒菜葉就會變得堅挺；在做白菜豬肉餡餃子時，將白菜剁碎加入一點鹽，不久便會看到有水分從白菜中滲出，這些現象說明了什么？植物細胞是否也會像動物細胞或紅細胞一樣發生吸水、失水現象呢？水進出植物細胞的原理與水進出動物細胞或紅細胞的原理是一致的嗎？

【核心問題三】探究水進出植物細胞的原理需要考慮哪些因素？植物細胞的質壁分離與復原現象說明了什么？水分子進出細胞這兩種被動運輸方式有怎樣的特點？兩者之間有怎樣的異同？

“探究植物細胞的吸水與失水”是高中生物必做實驗之一，通過對本次實驗的深度探究，不僅能夠讓學生更全面地把握像水分子這樣的物質以擴散的方式進出細胞的特點，深刻理解被動運輸的實質，也有利于學生科學思維、科學探究以及生命觀念等生物學科核心素養的良好養成與有機發展。因此，為了讓本次實驗的育人價值與優勢得到最大限度的開發，筆者便以啟動學生科學探究思維，提高學生探究實驗參與度為出發點，提出以上三個具有明顯層遞關系的核心問題：

通過對【核心問題一】的思考，學生可以綜合遷移運用所學知識，歸納出水分子進出動物細胞和哺乳動物紅細胞原理的一致性，即都是通過滲透作用。由此，學生便會生成對水分子進出植物細胞方式的好奇心與探究欲。

通過對【核心問題二】的分析，學生則會主動從生活實際出發，列舉水進出植物細胞的實例，并主動結合所學的水分子進出動物細胞、紅細胞原理與植物細胞結構（如圖1所示）提出合理猜想：

猜想一：植物細胞結構與動物細胞、紅細胞結構明顯不同，所以水進出植物細胞的方式不是通過滲透作用完成的。

猜想二：對于水分子來說，細胞壁是全透性的，即水分子可以自由通過任何細胞壁。所以，水進出植物細胞的方式與水進出動物細胞和紅細胞的方式是一致的，都是通過滲透作用。

猜想三：水進出植物細胞，主要指的是水進出植物細胞中的液泡，其中需要穿過植物細胞的細胞膜與液泡膜（原生質層）。所以，水進出植物細胞需要通過滲透作用，同時需要特殊方式……

在交流探討、假設猜想的過程中，學生的思維與意識便會得到全面啟發，生物實驗探究熱情也在悄然間生成。

而通過對【核心問題三】的分析，學生則會從更全面的角度思考影響實驗探究成效的因素，實驗設計思路、實驗方案與實驗步驟自然也會因此而逐漸清晰，生物實驗探究效果與科學探究能力便會在思維意識與興趣的助推下得到提升。

圖1 成熟的植物細胞

二、信息技術打造探究情境

信息技術在高中生物課程教學中起到的積極影響與推動作用是顯而易見的。在以培養學生生物實驗探究能力為主要目標開展高中生物實驗探究活動的過程中，教師也可以充分借助信息技術圖文并茂、視聽結合的優勢創設生物實驗探究情境，在有效提升高中生物探究實驗教學效率的同時，讓學生更深入地參與實驗探究過程，領會生物實驗的獨特魅力。

例如，在人教版高中生物必修第二冊教材“孟德爾豌豆雜交實驗（一）”一課中，引導學生根據孟德爾假說展開“性狀分離比的模擬實驗”時，教師便可以利用微課、希沃白板、多媒體電教設備等信息技術教學手段創設形象生動的生物實驗情境，驅動學生展開小組合作探究。

首先，教師利用多媒體設備為學生播放紀錄片《你最想知道的科學》第三集片段，再現孟德爾在修道院園地中對豌豆、山柳菊、玉米等多種植物做雜交實驗，潛心研究豌豆雜交實驗數年，最終發現生物遺傳規律，創設生物探究實驗情境，利用科學家的故事與生物史料調動學生的興趣，激活學生的生物探究熱情。

其次，教師利用希沃白板呈現人工異花傳粉示意圖、豌豆的7對相對性狀示意圖、高莖豌豆和矮莖豌豆雜交實驗示意圖、孟德爾豌豆雜交實驗結果以及高莖豌豆和矮莖豌豆雜交實驗的分析圖等，讓學生結合形象直觀的圖例認識豌豆作為遺傳實驗材料的優勢、把握孟德爾設計一對相對性狀雜交實驗的過程、理解性狀分離的實質、了解孟德爾對分離現象的原因所提出的假說，促使學生在感知孟德爾豌豆雜交實驗偉大之處的同時，學習孟德爾的科學探究精神與求真務實的科學態度，進而深受科學家精神意志的熏陶，主動圍繞孟德爾對分離現象所提出的假說展開模擬式生物探究實驗。

最后，教師利用微課演示用不同彩球模擬性狀分離比的實驗視頻，并鼓勵學生在觀看視頻的同時對實驗方案進行質疑，提出更具有創新性與可行性的優化路徑，自主設計實驗方案、展開實驗操作。

之后，教師便可以讓學生兩兩一組，利用裝有不同顏色彩球的水桶合作展開性狀分離比的模擬實驗，引導學生總結實驗結果、分析觀察實驗現象的方式，驗證孟德爾假說的合理性，從而自主推導出孟德爾第一定律，即分離定律，實現深度的生物學習，得到生物核心素養的發展。

將資源豐富、手段靈活、形式多樣的信息化教學技術以合理的方式引入高中生物理論教學與探究實驗教學中，為學生創設直觀形象的實驗情境，不僅能夠讓學生更深刻地領會到生物學科的實質，感知到生物實驗探究的意義，而且學生在結合圖文影像和數據資料分析生物問題、探索生物定律、解釋生物學原理的過程中，潛移默化地形成了科學探究的基本思路與一般方法。更重要的是，學生在質疑既定模擬實驗方案時，其創新思維和演繹推理能力也得到了相應的鍛煉，這對高階思維品質的形成與生物實驗探究能力的發展起到非常顯著的促進作用。

三、小組合作拓展探究深度

單絲不成線，獨木不成林。在高中生物實驗教學中應用小組合作學習模式引導學生展開生物實驗探究，能夠有效彌補學生“單打獨斗”式學習過程中存在的不足，學生在小組合作探討不同實驗設計思路和不同實驗猜想，以及分析實驗數據的過程中，其實驗設計能力、觀察能力、數據分析能力與創新能力得到相應的提升。因此，高中生物教師在實際教學過程中必須重視起對小組合作學習模式的利用，合理組建實驗探究小組，科學設置教學支架，驅動學生展開更高效、更有意義的生物實驗探究。

例如，在人教版高中生物教材選擇性必修一“植物生長調節劑的應用”一課教學中，在學生掌握植物生長調節劑的幾種類型與簡單應用等理論知識后，教師可以設置【思考·討論】話題“植物生長調節劑在生產中應用的評述”，并提供生活實例，如加入大麥芽（）生產啤酒；用膨大劑（膨大素）催熟西瓜、葡萄、草莓等水果；用青鮮素延長土豆、大蒜、洋蔥等的儲藏期，讓學生結合植物生長調節劑的應用實例思考植物生長調節劑的應用范圍、影響植物生長調節劑效果的因素、我國禁止使用的幾種植物生長調節劑及其危害等問題。

在學生圍繞生活實例展開深度探討后，教師便可以根據學生的認知情況、學習水平以及思維能力發展情況，將其分為A、B、C三個層次，并按照A∶B∶C=2∶3∶2的方法對學生科學分組，引導學生以小組合作的形式展開“生長素類調節劑促進插條生根的最適濃度”探究實驗。通過對前置性話題的探討，學生很快合作設計出實驗方案，如表1所示。

而在各個小組根據自主設計的實驗方案展開充分的探究后，教師要鼓勵學生將整個實驗探究過程（包含問題的提出、實驗猜想、實驗原則、實驗材料準備、實驗設計思路等內容）制作成PPT，并在下次生物課堂進行講解，與其他小組交流實驗探究心得。在這一過程中，教師還可以將多元教學評價嵌入學生的成果分享中，促使學生吸收可行建議，對生物實驗探究過程查缺補漏、自我完善。

以小組合作學習模式引導學生展開生物實驗探究，能夠更好地體現核心素養視域下高中生物課程教學“以人為本”“一切為了學生發展”的素質教育思想，學生在小組合作研討實驗問題、處理實驗數據、總結實驗結論的過程中，其生物實驗探究能力與科學思維水平呈現穩定進階的良好態勢，生物核心素養得以良性發展。

四、結語

總而言之，生物是一門研究生命現象與生命活動規律的自然科學。在高中生物教學中專注于學生生物實驗探究能力的培養，優化生物實驗教學形式和組織方法，不僅能夠有效促進學生基礎生物知識的內化，而且對學生良好科學思維的建立、科學態度的形成以及生物核心素養的發展有著積極作用。因此，當代高中生物教師必須意識到革新生物實驗教學的必要性，加大對學生實驗探究能力的培養力度，進一步深化學生對生物學科價值的認識，從而更好地驅動立德樹人根本任務的落實。