高中生物學探究性實驗教學的優化策略分析

張俊香

摘 要：探究性學習不僅是新課改的研究熱點，還是課堂授課的重要切入點，促使教師投入更多的時間和精力開展探究性實驗教學。高中生物學教學中，實驗的地位和作用也越來越突出，探究性實驗也需要優化，達到提高學生操作技能、科學思維的目的。文章簡述生物探究性實驗教學內容的設計形式，并從實驗準備、實驗預習、提出問題、實驗設計、交流評價等多個方面，探究如何優化高中生物探究性實驗教學過程，旨在提高生物實驗教學質量，助力學生科學素養形成。

關鍵詞：高中生物學；探究性實驗；優化

當前教育體制下，高中生物學教學中，學生不僅要熟練掌握專業知識和技能，還要加強對學生核心素養的培養，包括科學探究能力、實踐能力和創新思維等。高中生物是一門以實驗為基礎的學科，教學中合理利用探究性實驗能助力學生知識、技能和素養的發展。對此，教師應主動優化探究性實驗，教學中加強對學生的引導，使學生充分利用已有條件參與到探究之中，進而掌握和理解生物知識。

一、高中生物探究性實驗教學內容設計形式

（一）挖掘教材內容，注重經典實驗

從學生認知規律出發，實驗教學需要以學生現有知識、經驗為基礎，通過探究和分析建構新的知識體系。而教材中的實驗是學生學習的基礎內容，也是探究其他實驗的基礎，教師應依據教學目標要求，參考學生學情，對教材實驗進行適當的加工、補充和簡化，作為探究性實驗的補充材料，如教師可以將驗證性實驗改編為探究性實驗[1]。另外，教材受到篇幅的限制，部分實驗過程被簡化，教師可以將其作為重點探究內容，引導學生通過實驗設計和操作，提高實驗設計能力。

（二）精細挑選內容，激發探究興趣

學生需要對探究實驗有足夠的興趣，才能主動沉浸其中，這就意味著教師所挑選的探究內容必須滿足以下三點要求：第一，實驗內容要貼合學生生活，如在探究環境因素對光合作用強度影響時，可以選擇“如何提高農作物產量”來切入實驗；第二，實驗內容要具有一定的難度，且貼合學生的“最近發展區”，這樣既可以保證實驗中提出的問題具有探究價值，又可以避免因實驗難度過高打擊學生的探究熱情；第三，實驗內容要具有可操作性，教師應選擇現象明顯、實驗周期短的實驗，不能選擇對儀器、環境嚴苛的實驗，如此才能保證探究結果的有效性。

（三）巧妙設計實驗，培養實踐能力

探究性實驗的特別之處在于能有效培養學生的創新精神和實踐能力，實驗過程中，學生通過操作了解實驗過程，探究科學本質，領悟其中的科學精神，并逐步形成科學方法觀[2]。因此，教師在設計探究性實驗時，要對教學環節進行巧妙的設計，以保證實驗流程具有探究性。

二、高中生物學探究性實驗教學的優化策略

對于高中生而言，探究性實驗教學的開展，是助力其知識、技能和素養發展的重要舉措。教學中每一個環節都至關重要，因此，教師在優化時應從具體環節入手，具體內容如下：

（一）優化實驗準備環節，掃清正式教學障礙

所謂“實驗準備”環節，指的是教師在備課時提前進行的預實驗。正所謂：紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。教材中的理論較為淺顯，教師為了保證探究性實驗順利開展，需要提前操作實驗，梳理實驗操作中的干擾因素、過失因素和注意事項，從中提煉出學生探究的重難點，并針對性優化實驗開展方案，為正式教學掃清障礙[3]。

以人教版高中生物選擇性必修2《第5節 生態系統的穩定性》教學為例，本課中教師多是通過指導學生完成“生態缸”的制作，在觀察中分析生態缸中生物種類和數量的變化，探究“生態缸的穩定性”。但考慮到生態缸中生物組成結構復雜，教師應提前對實驗進行操作和分析，以保證課堂順利指導學生完成實驗探究。首先，教師應確定實驗探究目標和原理，即用生態缸來模擬簡單的生態系統，通過對其中基礎成分的合理組織以及營養級比例的控制，保證人工微生態系統的科學性與合理性。其次，教師要結合對探究性實驗的分析，來選擇恰當的實驗材料，如玻璃板和黏膠可以用來搭建生態系統的框架，但要注重密封性，避免因人工微生態環境與自然環境“連接”而影響實驗結果。另外，在收集生態系統基本成分時，要選擇腐殖質較多的土，以及動植物、微生物等，構成合適的食物鏈結構，保證其中有物質循環和能量流動。最后，布置好生態缸后將其放在通風且光線較好的位置，并觀察其中生態系統的變化，結合真實結果分析實驗的成功之處和失敗之處，再針對失敗之處進行合理優化，總結容易對實驗造成干擾的條件，避免學生在探究時走進思維誤區。值得注意的是，人工生態系統的穩定性是有條件的，也是暫時性的，非常有可能因為某個條件的變化打破穩定性，因此，教師要做好應對突發狀況的準備，并將這種“變化”作為深入探究的契機。

（二）優化學生預習環節，調動參與實驗積極性

預習是教學活動的開始，也是學生作為主體參與的首要環節。常規預習方式中，學生多是帶著問題去看書，思維仍然順著教材編排方向前進，無法準確抓住實驗預習的重難點。對此，在探究性實驗優化中，教師要注重優化學生預習環節，要求其在自主預習后，設計“圖表式實驗學案”完整呈現實驗流程，包括實驗原理、實驗操作、實驗分析和實驗結論[4]。同時，為了降低學生的實驗預習難度，教師應對實驗的關鍵點給予提示，方便學生抓住預習要點，進而最大程度上調動學生參與實驗的積極性，以保證實驗教學的效率。

以人教版高中生物必修第一冊《探究·實踐 用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細胞質的流動》教學為例，教師應為學生提供預習任務單，給出實驗中的關鍵信息，并要求學生在預習中完成對“葉綠體和細胞質流動”的觀察。首先，教師向學生分享微課視頻，展示某兩位學生在顯微鏡視野下拍攝的黑藻胞質視頻，一個視頻中有明顯的胞質環流現象，另一個視頻中的胞質環流現象卻不明顯。而后，教師在預習任務單中提出引導性問題：①通過收集資料，探究細胞質的流動與哪些因素相關？②自行利用黑藻、顯微鏡、水浴鍋、膠頭滴管、吸水紙、載玻片、蓋玻片等材料完成實驗，驗證自己的猜測。其次，學生在預習環節中，通過理論知識的學習猜測“光照、溫度、葉齡”可能是影響黑藻胞質環流的關鍵因素，并結合自身的觀點獨立嘗試設計實驗，如在驗證“光照”對胞質環流影響時，對黑藻葉片分別進行強光和弱光處理，再對比不同光照下黑藻胞質環流的速度；在驗證“溫度”對胞質環流影響時，將黑藻分別放在高溫、適溫、低溫不同環境下，再用顯微鏡觀察黑藻胞質環流的速度；在驗證“葉齡”對胞質環流影響時，選取黑藻上的老葉和幼葉分別制作成水裝片，觀察其中黑藻胞質環流的速度。最后，根據實驗探究結果，撰寫“圖表式實驗學案”，將實驗猜想、設計方案、探究過程以文字、圖片的形式呈現出來，學會用科學的思維來解決問題。同時，還要將實驗中遇到的困惑整理起來，課堂中與師生共同探究解決。

（三）優化提出問題環節，突出實驗探究難點

問題是開展探究活動的源頭，學生只有認識問題、發現問題，才會積極動腦思考去解決問題。愛因斯坦認為“發現問題往往比解決問題更重要”，這充分說明了發現問題才是解決問題的前提。因此，教師應重視對“提出問題”環節的優化，具體來說，教師可以將探究性內容轉化為問題情境，引導學生沉浸其中，并主動搜集資料分析問題，這一過程中，教師要給予學生更多的鼓勵，敢于發散思維大膽想象。此外，教師還要注重啟發學生主動提出問題，在問題情境的啟發下，提出實驗中遇到的問題，并作為實驗探究中的重難點，引導學生在比較、分析、概括、重組中有序解決，最終提煉出實驗的原理及相關知識，構建更完善的知識體系。

以人教版高中生物必修第一冊《探究·實踐 探究植物細胞的吸水和失水》教學為例，教材中的實驗是利用“特定濃度的蔗糖溶液”來完成實驗，為了突出實驗的探究性，教師應對實驗過程中的提問方式和內容進行優化，達到有效啟發學生思維的目的。首先，教師指導學生按照教材中的提示操作實驗后，提出問題：“教材中為什么要指定蔗糖溶液的濃度？不同濃度的蔗糖溶液會對實驗結果造成怎樣的影響？”讓學生在規定的時間內展開討論，并嘗試通過控制變量的方式設計對照實驗，將蔗糖溶液濃度改為30%、40%和50%，分別完成實驗后觀察細胞的吸水和失水狀況。其次，當學生認識到蔗糖溶液濃度對細胞吸水、失水的影響后，教師再次提出問題：“能否用其他溶液來代替蔗糖溶液？”啟發學生聯想生活經驗展開思考，如西紅柿切成塊撒上白糖后，會有較多的水分析出；青菜加鹽腌制后也會有水分析出等。通過一系列的生活現象推斷出，一定濃度的NaCl溶液可以代替蔗糖溶液完成實驗。最后，教師鼓勵學生設計以“特定濃度的NaCl溶液”探究植物細胞吸水和失水。基于此，通過提問將驗證性實驗轉化為探究性實驗，并在過程中注重培養學生的發散性思維和主動探究能力，激活學生的思維靈感。

（四）優化實驗設計環節，鍛煉解決問題能力

實驗設計是保證實驗順利操作的關鍵環節，也是將問題與結論聯系起來的“橋梁”，能否制訂出切實可行的實驗方案，能間接體現出學生解決問題能力水平。教師作為課堂中的引導者，不能一味地幫助學生制訂實驗方案，而是要幫助學生根據自己的設想去制訂方案，并在操作中沿著方案思路解決問題。一般來說，教師可以從兩個方面優化實驗設計環節，一方面，搭建問題框架，借助問題助力學生明確實驗設計的重點和關鍵，另一方面，抓住實驗設計的核心，訓練學生運用科學的方法來建立實驗過程，如求同法、剩余法、共變法等[5]。如此一來，學生從發展變化視角出發操作實驗，并利用辯證思維去分析實驗，優化實驗中的不足。

以人教版高中生物必修第一冊《探究·實踐 探究酵母菌細胞呼吸的方式》教學為例，教師應突出學生主體地位，鼓勵其自行設計實驗方案。首先，教師指導學生明確實驗探究主題，并在要求學生設計實驗前，先解決如下問題：①實驗中有哪些自變量、哪些因變量？②為了探究氧氣對實驗結果的影響，怎樣控制有氧、無氧的條件？③特定濃度的NaOH溶液作用是什么？學生需要弄清楚以上問題后，再與小組成員根據觀點來設計實驗方案。其次，學生設計包含“探究課題、實驗材料、實驗用具、實驗步驟、預期結果、注意事項”的探究性實驗表格，實驗操作中將實驗信息記錄下來，用以解決以上問題，如學生在實驗中發現，有氧、無氧條件下澄清石灰水都會變得渾濁，但有氧環境下石灰水渾濁度更高。同時，有氧條件下酸性重鉻酸鉀不變色，而在無氧條件下酸性重鉻酸鉀會變成灰綠色。由此，學生通過分析得出結論，酵母菌有氧呼吸會產生二氧化碳和水，而無氧呼吸則會產生酒精和二氧化碳。

（五）優化交流評價環節，解決實驗探究疑惑

探究性實驗開展的目的是吸引學生真正參與到探究過程，掌握科學探究方法的同時培養創新意識，因此，不必過于重視實驗結果是否統一。優化過程中，教師應將實驗評價環節分為兩個模塊，一是實驗前交流，鼓勵學生提出探究問題及設計的實驗方案，評價學生的猜想和假設是否貼合探究主題，二是實驗操作后交流，通過集體交流的方式，對實驗中的疑惑和結論展開進一步探究。值得注意的是，部分學生操作實驗解決問題的基礎上衍生出新的問題，無法通過原有實驗進行驗證，教師應在交流評價中引導學生集體討論，為每個學生提供發表觀點的機會，并自主設計新的實驗解決生成的新問題，形成一個良性的學習循環。

以人教版高中生物必修第一冊《探究·實踐 影響酶活性的條件》教學為例，教師指導學生分組完成“用淀粉酶探究pH值對酶活性的影響”時，不同小組的實驗結果存在差異，可以借助設計交流點評活動，幫助學生解決實驗中產生的疑惑。首先，教師在各小組完成實驗操作后，邀請各小組代表上臺匯報實驗探究結果，并鼓勵其他小組認真聆聽后，對實驗過程和結論展開交流和評價。如某小組在實驗過程中，遇到“淀粉酶遇碘不變藍”的意外情況，探究后小組成員初步猜測“與實驗中的堿性環境”相關。為了驗證這一猜想的正確性，小組成員開展了新的探究實驗：①根據溶液不變藍這一現象，質疑“試管中的淀粉完全分解了嗎？”，并用斐林試劑加以驗證，得出“淀粉未被完全分解”的結論；②分析“淀粉和碘液相遇不顯色”的原因，對比實驗中材料、試劑和環境的異同，發現pH值是唯一的“變量”，進而提出新的猜測“碘液在堿性條件下會與淀粉發生反應”。而后，在溶液中加入1ml的HCl溶液，中和其中的NaOH溶液成分，由此，再滴加碘液后溶液順利變為藍色。其次，小組闡述問題和解決方法后，認識到是因為檢測試劑選擇不當而造成的“意外”，其他小組可以結合已掌握知識，集思廣益，提出實驗優化思路，如由于碘液會與NaOH溶液反應，因此實驗中應利用斐林試劑來進行檢測。

結束語

總的來說，在當前教育改革的背景下，對高中生物學教學要求也越來越高，不僅要保證學生熟練掌握生物知識，還要注重對學生實踐技能、探究能力和創新能力的培養。實驗在高中生物課堂中占據著重要的地位，探究性實驗在強化學生對知識理解的同時，還能培養其操作能力和創新意識，但當前探究性實驗開展存在一些問題，教師要對實驗前、實驗中和實驗后各個環節進行優化，有效提高探究性實驗教學水平。

參考文獻

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[2]葛啟鑫.新課改背景下高中生物探究性實驗教學的策略研究[J].天天愛科學（教學研究），2023（11）：63-65.

[3]彭倩.高中生物實驗教學的優化策略探析[J].考試周刊，2023（20）：104-108.

[4]侯巍娜.基于核心素養的高中生物實驗優化[J].數理化解題研究，2023（12）：143-145.

[5]焦景紅.在新課程下優化高中生物實驗教學的策略[J].家長，2022（31）：117-119.