基于科學探究的高中生物學實驗改進與創新實踐研究

摘 要：《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》要求高中生物學課程要著重培養學生的生物學學科核心素養，其中包括科學探究能力。科學探究能力是生物學學習必備的能力，也是助力學生學習生物學知識的關鍵能力。在高中生物學實驗中，基于科學探究素養的培養要求，教師需對實驗的方式方法進行改進與創新，以滿足學生發展需求和學科建設需求。文章深入探討了科學探究在生物學實驗中的重要性，分析了生物學實驗的改進原則與策略。這些策略旨在革新高中生物學實驗教學模式，助力培養學生包括科學探究在內的生物學學科核心素養。

關鍵詞：高中生物學；科學探究；實驗課；教學創新

中圖分類號：G427 " " " " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 文章編號：2097-1737（2024）36-0002-03

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）中提到要以培養學生生物學學科核心素養為宗旨，而科學探究正是生物學學科核心素養的重要內容之一[1]。具體而言，《課程標準》中提到，“科學探究”是指能夠發現現實世界中的生物學問題，并針對特定的生物學現象進行觀察、提問、實驗設計、方案實施及結果交流的能力。在高中生物學教學中，實驗作為學生學習生物學知識、發展科學素養的重要環節，在培養學生的科學精神、探究精神和創新意識方面具有不可替代的作用。傳統的高中生物學實驗往往局限于簡單的操作和觀察，學生缺乏深入思考和自主探究的機會，難以真正理解科學原理和方法的本質[2]。因此，教師有必要通過改進實驗設計、引入創新實踐方法來激發學生的學習興趣和探究欲望，增強實驗教學的有效性和吸引力。本研究將對生物學實驗對培養學生科學探究能力的作用、實驗教學的原則以及實驗改進與創新策略進行具體論述。

一、高中生物學實驗對培養學生科學探究能力的作用

（一）有助于培養學生的操作能力

生物學是一門既注重理論知識又強調實踐能力的學科，實驗是該學科教學必不可少的內容。通過實驗讓學生動手操作儀器，能加深他們對生物學實驗設備的認識，同時培養其實踐能力，鍛煉其手眼協調能力、觀察能力以及對生物學知識的應用能力。這將有助于培養學生的實驗操作技能，從而為其后續的生物學學習和科學研究打下良好基礎。

（二）有助于培養學生的觀察能力

生物學實驗是一個具體、細致的過程，需要學生對實驗現象進行觀察與記錄。通過讓學生觀察生物樣本和實驗過程，以及收集實驗數據，能培養他們的觀察能力；通過讓學生精準把控實驗過程中的微小細節，能培養他們細致入微的觀察習慣。總的來說，生物學實驗是培養學生觀察能力的重要途徑。

（三）有助于培養學生的分析能力

實驗并非一定要按照固定的步驟逐步完成操作。高中生物學實驗從設計到實施都需要經過推理和論證。在前期，學生需要對實驗過程進行合理把控，確保實驗的順利進行；在后期，學生需要比對實驗結果，對最終的數據進行分析[3]。這個過程有助于培養學生的分析能力、邏輯思維、概括能力以及對抽象問題的理解能力。通過學習如何運用科學方法對實驗數據進行處理和解釋，能進一步培養學生的科學思維和判斷能力。

（四）有助于培養學生的科學意識

高中生物學實驗能培養學生的科學意識，使其認知到科學的重要性和實驗的必要性。在實驗的過程中，學生會積累豐富的經驗。生物學實驗具有趣味性和挑戰性。很多生物學實驗過程都非常神奇，會讓人覺得不可思議。只有了解實驗的根本原理及出現相關實驗現象的原因，學生才能真正理解實驗現象中蘊含的知識。學生通過提出科學問題、設計科學實驗、獲取和分析實驗數據，能夠逐步形成科學的思維方式和學習態度。

二、基于科學探究的高中生物學實驗教學原則

（一）全面性原則

全面性原則強調實驗的設計要覆蓋教學內容和學生能力范圍內生物學知識的方方面面，既要確保學生在進行生物學實驗時對生物學概念和知識有一定了解，又要涉及一定的靈活應變內容，讓學生有主動探索和研究的欲望，并能將生物學實驗與生活實際相聯系，了解更豐富的生物學知識，從而提高他們對生物學知識的整體把握程度和理解能力。

（二）針對性原則

針對性原則強調實驗必須從學生主體出發進行設計，要綜合考慮學生的年齡特點、學習能力和學習興趣，并合理設置實驗內容和實驗難度。實驗設計既要符合實際學情及學科教學規律，又要有挑戰性；既要讓學生容易接受，又要能激發學生的學習興趣，以此深化對學生探究能力的培養。

（三）實用性原則

高中生物學實驗同樣應注重其實際應用價值，確保讓學生能通過親身操作實驗掌握科學方法與技能，

發展科學思維和實驗能力。針對這一目標，高中生物學實驗的教學內容應當貼近學生的生活實際，并注重實際應用，以便讓學生在實驗過程中獲得實際的體驗和收獲。遵循實用性原則的實驗設計，能使學生更好地理解科學知識的實際應用價值，深化對科學的認知。

（四）問題性原則

問題性是指教師通過組織生物學實驗，能引導學生主動提出問題、探索問題并解決問題。具體而言，生物學實驗的整體設計應能夠激發學生的好奇心和探究欲，讓他們在實驗過程中積極思考和探索。此外，教師還要注重培養學生的科學探究能力和創新能力。具有問題探究價值的生物學實驗能讓學生在參與實驗的過程中提升獨立思考及問題解決能力，同時提高創新意識和創新能力。

三、基于科學探究的高中生物學實驗改進與創新路徑

（一）整合微課資源，突破實驗難點

在當今信息技術快速發展的背景下，微課已經成為線上教學的核心資源，有力地支持著學科教學。在生物學學科的自主學習中，學生能自由地檢索所需資源，從而掌握相關的生物學知識，并解決實驗過程中遇到的難題[4]。具體而言，在實驗教學過程中，教師要允許學生利用現代技術手段查閱實驗相關資料，以作好實驗準備工作。同時，教師也應深入挖掘微課資源，為學生提供更多形式的學習內容。通過整合豐富多樣的微課資源，包括視頻、動畫、模擬實驗等，為學生提供更生動、形象的學習材料，能讓他們通過視、聽等多種感官獲取知識，更好地理解實驗內容。以人教版高中生物學必修2第3章“基因的本質”為例。這一章節的第2節“DNA的結構”中的探究與實踐任務是制作DNA雙螺旋結構模型。為了更好地為學生展示模型的全貌以及模型的生成過程，教師可以利用微課，以視頻和動畫的形式為學生展現相關內容。教師可以針對實驗過程中的易錯點和難點，在視頻播放過程中穿插講解，實現線上和線下聯動，幫助學生實現雙向鞏固。此外，教師也可利用微課資源開展個性化學習引導。針對不同學生的學習水平和興趣特點差異，教師可以借助相應的微課內容幫助他們突破實驗中的難點問題。這不僅有助于提高學生的學習效率，還能增強他們的學習興趣，激發他們的學習動力。除此之外，教師還可以利用微課開展在線討論與互動活動，即組織學生針對微課內容進行互動交流，引導他們共同探討實驗中的問題，共同突破實驗難點。

（二）提出導學問題，鼓勵實驗探究

導學問題是指在實驗開始前提出的問題，其作用是引導學生對實驗產生具象化的思考，同時激發他們的好奇心和求知欲[5]。在設計導學問題時，教師需確保問題具有明確的針對性，即緊密貼合實驗的主題。問題應直接關聯實驗的目的、方法和預期結果，以便引導學生在實踐中深入思考和解決問題。例如，在探討基因本質的實驗中，教師可以提問：“DNA的雙螺旋結構對于遺傳信息的傳遞有何重要意義？”這樣的問題能引導學生探究DNA在遺傳過程中的角色及其結構與功能之間的關系。此外，導學問題的設置應具有啟發性和開放性，以激發學生思考和探索的欲望，促使學生在實驗前就開始思考實驗的意義和可能出現的結果，從而提高他們的學習主動性和探究欲望。例如，教師可通過提問“你認為實驗中可能出現的變異對遺傳的影響是什么？”來激發學生對變異現象的思考，并鼓勵他們嘗試探討變異對遺傳過程可能產生的影響。另外，導學問題的設計應注重引導學生深入探究問題本質，以培養其科學探究能力。問題應能促使學生在實驗中主動運用科學方法探究和解決問題，從而培養其科學思維和問題解決能力。例如，“你認為實驗中可能出現的異常結果是由什么原因造成的？你將如何運用科學方法來驗證你的假設？”這樣的問題能引導學生分析實驗結果的可能性，并提出驗證假設的方法，從而培養其科學探究和問題解決能力[6]。

（三）加強技術指導，創設虛擬實驗情境

通過加強技術指導，利用虛擬實驗情境來模擬實驗過程，能提高實驗教學的效果和趣味性。這種方法能讓學生在虛擬環境中進行實驗操作、觀察實驗現象，同時減少生物學實驗帶給學生的陌生感和不確定性，從而讓學生能更好地動手進行實驗。在這一過程中，教師要注重為學生提供個性化指導與反饋，對學生在虛擬實驗中遇到的難題或出現的錯誤及時給予針對性的解答和建議，幫助他們理解并糾正錯誤，進而提升實驗操作的精確度和學習成效。除此之外，教師還要通過組織多次實踐操作與模擬訓練，讓學生在虛擬實驗中反復練習，熟悉實驗步驟和操作技巧。這種模擬訓練有助于強化學生的科學探究能力，提高其實驗操作的效率和成功率。另外，教師應鼓勵學生通過在線平臺進行交流與合作，讓成績優異的學生與成績有待提高的學生結成互助小組，在虛擬情境下互相指導，共同探討實驗中的問題，交流經驗和思路。這種合作不僅能拉近學生之間的距離，還能使成績優異的學生進一步鞏固知識，讓成績有待提高的學生吸收更多有用的知識。

（四）聯系課外活動，拓展實驗內容

實驗教學強調動手操作，而課外活動同樣需要動手操作。這兩者之間存在著相互促進的關系。將實驗教學內容與課外活動相結合，不僅能豐富實驗的內涵和應用范圍，還能提升實驗的趣味性和實用性。具體來說，教師可以組織學生參加線下的科學探索活動、科技競賽、實地考察等課外活動，用具有文娛特色的活動激發學生對生物學學科以及生物學實驗的興趣，同時讓學生在實踐中深入了解生物學知識，培養他們的動手能力和創新意識。同時，教師還可以選擇一些具有拓展性的課外活動，既能與課程內容相聯系，又能拓展實驗的深度，讓學生接觸到更多與生物學相關的知識，強化他們的科學探究能力。例如，在圍繞“基因的本質”這一主題進行探究教學時，教師可以組織學生去生物博物館、化石博物館進行參觀。通過參觀，

學生可以從DNA的角度出發探索其他生物的DNA與人類DNA的聯系，以及思考“化石中是否隱藏著生物密碼”之類的更廣泛的內容。這類課外活動的核心在于通過娛樂和線下實踐的方式激發學生對生物學課程的興趣，并幫助他們深化探究能力和培養科學探究精神。這種精神不僅能在實驗中得到體現，還能被延伸到日常生活中，同時也能對其他學科的學習產生積極影響。

四、結束語

本研究深入探討了在培養科學探究素養的目標指引下，高中生物學實驗教學的創新與發展策略。高中階段學生的生物學學科學習內容復雜，實驗作為教學必不可少的一部分，在過去經常被教師和學生忽略。如今，教師應當跳出應試教育的桎梏，重視實驗教學，

在實踐中引導學生發展科學思維與科學探究能力，這對學生未來個人素養的提升以及生物學學科核心素養的發展具有深遠意義。

參考文獻

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基金項目：本文系江蘇省教育科學“十四五”規劃課題“基于學科核心素養的高中信息技術融合教學實踐研究”（項目編號：D/2021/02/84）的階段性成果。

作者簡介：金枝（1985.11-），女，江蘇江陰人，

任教于江蘇省江陰高級中學，生物學學科教研組長，備課組長，高級教師，碩士學位，無錫市教學能手，無錫市德育工作新秀，江陰市優秀骨干教師，無錫市優秀班主任，江陰市優秀班主任。曾榮獲江蘇省優質課評比二等獎、無錫市優質課評比一等獎、江陰市優質課評比一等獎，江陰市三力課堂評比一等獎。