大學生物學實驗教學中探究式學習策略的應用

摘 要 文章闡述了大學生物學實驗教學中探究式學習策略的應用設計，包括以學生認知分層構建實驗體系、跨學科融合創設實驗主題、情景模擬與角色扮演引入教學。剖析了應用中面臨的學生思維與能力局限、教師角色轉換困境、教學資源調配難題等挑戰。并提出強化學生思維與能力培育、助力教師角色轉型、優化教學資源調配管理等應對措施。旨在為提升大學生物學實驗教學質量，培養學生綜合素養與創新能力提供理論與實踐參考，推動探究式學習策略在生物學實驗教學中的有效實施。

關鍵詞 大學生物學實驗教學；探究式學習策略；教學挑戰

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.08.025

Application of Inquiry-Based Learning Strategies in

College Biology Experiment Teaching

LIU Zhen

（Yili Normal University， Yili， Xinjiang 835000）

Abstract This paper elaborates on the application design of inquiry-based learning strategies in college biology experiment teaching， including constructing experimental systems based on students' cognitive stratification， creating interdisciplinary experimental themes through cross-disciplinary integration， and introducing context simulation and role-playing into teaching. It analyzes challenges such as limitations in students' thinking and abilities， difficulties in teacher role transformation， and issues in teaching resource allocation. The paper proposes countermeasures including strengthening students' thinking and ability cultivation， facilitating teacher role transformation， and optimizing teaching resource allocation management. The aim is to provide theoretical and practical references for improving the quality of college biology experiment teaching， cultivating students' comprehensive literacy and innovative capabilities， and promoting the effective implementation of inquiry-based learning strategies in biology experiment teaching.

Keywords college biology experiment teaching; Inquiry-based learning strategies; teaching challenges

在現代高等教育語境下，生物學實驗教學對于學生生物學素養與實踐能力的培養至關重要。傳統教學模式逐漸顯露出諸多不足，探究式學習策略應運而生。其強調學生的主體地位與自主探究過程，有望彌補傳統教學的缺陷。然而，該策略在大學生物學實驗教學中的應用并非一帆風順，面臨著來自學生、教師以及教學資源等多方面的挑戰。深入探討其應用設計、挑戰及應對措施，對于生物學實驗教學的改革與創新具有極為關鍵的意義。

1" 探究式學習策略在大學生物學實驗教學中的應用設計

1.1" 以學生認知梯度為基的實驗分層設計

依據學生在大學不同階段的認知水平和知識儲備，構建分層式實驗體系。大一學生剛接觸生物學專業，實驗設計應著重于基礎生物學現象的觀察與驗證。大二學生有一定基礎知識后，可開展具有單一變量探究性的實驗，使學生學會運用統計學方法處理數據，初步培養其科學探究能力和邏輯思維。對于高年級學生，實驗則側重于綜合性和創新性，使學生在復雜的實驗情境中整合多學科知識，提升其解決實際問題的能力以及創新意識，各層級實驗循序漸進，逐步提升學生的探究深度與廣度[1]。

1.2" 跨學科融合的實驗主題創設

打破生物學單一的學科界限，將生物學與化學、物理學、計算機科學等學科知識融合于實驗教學中。在生物傳感器的設計實驗里，結合化學傳感原理與生物學的特異性識別機制，學生通過化學合成生物敏感材料，利用生物學的抗原― 抗體反應或酶促反應來檢測特定的生物分子，同時運用物理學的信號轉換和放大原理，將生物化學信號轉化為可測量的電信號或光信號，再借助計算機科學知識進行數據采集、分析與處理，構建完整的生物傳感檢測系統。

1.3" 引入情境模擬與角色扮演教學方法

創設真實的生物學研究情境或模擬生物學產業場景，讓學生在情境中扮演不同角色開展實驗探究。各角色之間相互協作、溝通交流，如同置身于真實的生物制藥產業環境。這種教學方法能夠增強學生的學習興趣和參與度，使學生深刻體會到生物學實驗在實際產業和科研中的應用價值，同時鍛煉學生的團隊協作能力、溝通能力以及在復雜情境下靈活運用知識進行決策的能力，有效提升學生的綜合素質和職業素養[2]。

2" 探究式學習策略應用面臨的挑戰

2.1" 學生思維與能力局限

許多學生長期接受應試教育，形成被動接受知識的思維定式，主動探究意識薄弱。學生在面對探究式實驗時，往往依賴教師給定的實驗框架，難以自主提出有深度、有價值的研究問題。例如，在遺傳學實驗中，多數學生只是機械地按照教師預設的步驟進行果蠅雜交實驗，而不會主動思考基因在不同環境下的表達調控差異等拓展性問題。同時，學生在信息整合與分析能力方面存在不足，面對海量生物學文獻資料，無法快速篩選出關鍵信息并應用于實驗設計與結果分析，這極大地限制了探究式學習的有效開展，導致學生在實驗過程中缺乏創新性思維與獨立解決問題的能力，難以深入挖掘實驗背后的生物學原理與規律。

2.2" 教師角色轉換困境

傳統教學模式下教師多為知識的灌輸者與實驗步驟的演示者，而在探究式學習策略應用中，教師需轉換為引導者、組織者與促進者。然而這一轉變面臨諸多困難，部分教師難以摒棄傳統教學觀念，對學生自主探究過程的把控不夠精準，要么過度干預，限制學生的思維與行動自由，要么放任自流，使探究活動缺乏有效指導而偏離教學目標。例如，在微生物學實驗中，當學生在自主設計培養基配方出現錯誤時，教師可能因擔心實驗失敗而直接告知正確配方，而不是引導學生通過查閱資料、分析原因自行修正[3]。此外，教師自身的知識儲備與教學技能更新速度難以跟上探究式學習的要求，在面對學生提出的跨學科或前沿性問題時，可能無法給予及時、準確的解答與指導，影響學生的探究熱情與教學效果。

2.3" 教學資源調配難題

探究式生物學實驗教學對教學資源的要求較高且復雜多樣。一方面，實驗設備與材料的種類和數量需求大幅增加。一些前沿性實驗如基因測序、蛋白質組學分析等需要高精度、昂貴的儀器設備，且實驗試劑耗材消耗量大，普通實驗室難以滿足。例如，在進行高通量基因表達分析實驗時，需要實時熒光定量" PCR" 儀等設備，其購置成本高昂且維護復雜，同時配套的熒光定量" PCR" 試劑價格不菲，限制了實驗的開展。另一方面，教學時間緊張。探究式實驗往往耗時較長，從問題提出、方案設計、實驗實施到結果討論與總結，每個環節都需要學生充分思考與實踐，而現有的課程教學時間有限，難以給予學生足夠的時間進行深入探究，容易導致實驗過程倉促，學生無法充分體驗探究過程，影響學習效果與能力培養。

3" 探究式學習策略應用的措施

3.1" 強化學生思維與能力培育體系

為有效構建學生思維與能力培育體系，需多方面協同推進。在探究式學習方法導論課程中，不僅要講解內涵、流程與技巧，還應結合現代生物學研究前沿實例，如CRISPR-Cas9基因編輯技術的發現歷程，分析科學家如何在復雜的生物學現象中發現問題、構建假設并設計精巧實驗驗證。通過對比不同類型的探究案例，使學生深刻理解探究式學習的多元性與靈活性[4]。

信息素養專項培訓環節，除基礎的文獻檢索技能，還需教授學生如何評估文獻的可信度與影響力。例如，講解影響因子、引用次數等指標在衡量文獻質量中的作用，以及如何識別學術造假與低質量研究。在文獻篩選過程中，引導學生關注研究方法的創新性、實驗設計的合理性以及結論的可靠性。同時，組織小組文獻研討活動，讓學生在交流中相互啟發，提升對文獻的理解與應用能力。

在實驗教學實踐中，教師可設計具有挑戰性的預實驗任務，要求學生獨立完成從問題提出到初步方案設計的過程。教師針對學生方案中存在的問題，以提問的方式引導學生自我反思與修正，而非直接指出錯誤。例如，在細胞培養實驗中，當學生設計的培養基配方不合理時，教師可詢問其依據的生物學原理，促使學生重新審視知識漏洞。對于小組討論，教師應建立明確的討論規則與評價機制，如要求小組記錄討論過程、成員貢獻度以及最終達成的共識或解決方案，以此培養學生的團隊協作與溝通能力，全方位提升學生在探究式生物學實驗教學中的思維與能力水平。

3.2" 助力教師角色轉型支持方案

在教育理念更新研討會的組織方面，應確保其具有系統性與持續性。不僅邀請教育領域的知名專家，還可邀請在生物學探究式教學方面取得顯著成果的一線教師進行經驗分享。例如，一位長期從事微生物學探究式教學的教師，可詳細闡述如何在實驗教學中引導學生從日常生活中的微生物現象入手，提出如" “酸奶發酵過程中不同菌種的相互作用及對品質的影響”等具有實際應用價值的研究問題，讓參會教師深刻體會如何將抽象的教育哲學轉化為具體可操作的教學實踐[5]。研討會的專題報告應涵蓋探究式學習在不同生物學分支學科（如植物學、動物學、分子生物學等）的應用案例剖析，使教師能全面了解其在本專業教學中的多元呈現形式。

教學技能培訓工作坊要注重個性化與針對性訓練。在問題情境創設訓練中，除了基于生物學熱點問題，還可結合本地生物資源特色或校園生物現象。比如，針對校園內植物多樣性的調查，教師指導學生從校園植物分布不均衡現象出發，創設諸如 “校園綠化規劃中不同植物群落的構建與生態平衡維護”的情境，激發學生對身邊生物環境的探究興趣。在學生引導策略培訓里，設置角色扮演環節，讓教師模擬學生可能出現的各種反應與疑問，練習如何運用啟發式提問、引導性反饋等技巧，促進學生自主思考而非直接告知答案。

教師互助與學習共同體的建設需建立完善的運行機制。設立線上交流平臺，教師可隨時分享最新的生物學研究成果、教學課件、實驗設計方案等資源。定期組織線下觀摩活動，觀摩后進行深度的評課議課，共同探討教學過程中的優點與不足。當教師遭遇跨學科問題，如生物信息學與傳統遺傳學實驗教學的融合困境時，共同體可組織跨學科教師會診，邀請計算機科學、數學等相關學科的教師參與研討，共同制定出適合學生的教學方案，助力教師在探究式教學中精準導航，實現從傳統角色向引導者角色的有效轉變。

3.3" 優化教學資源調配管理策略

在實驗設備與材料資源優化上，學校應構建專項資金的多元籌集體系，除常規教育經費撥款外，還可積極申請政府專項科研基金、校友捐贈以及與科研機構聯合申報項目資金，以充實購置先進生物學實驗儀器設備的資金。對于已購置的設備，應建立智能化預約管理系統，整合設備使用信息，依據實驗需求的緊急程度、所需時長等進行智能排期，最大化發揮設備的效能。學校與生物科技企業合作時，除試劑和儀器試用，還可簽訂長期戰略合作協議，企業技術人員定期入校開展儀器設備維護保養與新技術應用培訓講座，學校則為企業提供人才儲備與技術研發前期理論支持，形成互利共贏模式。

針對教學時間資源管理、課程體系優化需成立專門的跨學科專家委員會，全面梳理生物學理論課程，精準甄別重復內容并進行合理刪減或融合。例如，將細胞生物學與分子生物學中重疊的細胞信號轉導部分整合為專題模塊教學。實驗教學課時比例增加應遵循循序漸進的原則，根據學生年級與專業特點逐步提升。彈性教學時間安排中，長時段實驗課程模塊可安排在周末或假期，保障學生有連續且充足的時間深入探究。在線教學平臺功能拓展方面，除虛擬實驗、預習和討論，還應開發在線實驗進度跟蹤與評估系統，教師可實時監控學生課余實驗的進展并及時給予指導，學生也可通過平臺反饋實驗困難，教師依據大數據分析為學生提供個性化學習建議，充分延展教學時間，全面促進探究式實驗教學資源的高效配置與深度利用。

4" 結語

生物學實驗教學中探究式學習策略的應用是一項復雜而系統的工程。通過精心設計應用方案，全面認識并積極應對所面臨的挑戰，能夠有效提升教學效果，促進學生在知識、技能、思維與素養等多方面的協同發展。盡管當前仍存在諸多阻礙，但隨著教育理念的更新、教學方法的改進以及教學資源的優化配置，探究式學習策略必將在生物學實驗教學領域發揮更為顯著的作用，為生物學領域乃至整個科學領域培育出更多具備創新精神與實踐能力的高素質人才，有力推動生物學教育事業的進步與發展。

參考文獻

[1] 鐘曦，吳遵秋，翟素珍，等.基于“雨課堂+微課+虛擬仿真”混合教學模式在“生物化學實驗”教學中的運用探討[J].科技風，2024（31）：96-98.

[2] 曹曉梅，趙鑫銳，陳鵬程，等.全環節案例驅動式生物化學實驗教學改革[J].高師理科學刊，2024，44（9）：101-105.

[3] 韋田，張程，趙玲俐，等.模式生物果蠅在食品毒理學實驗教學改革中的應用[J].科教文匯，2024（17）：122-125.

[4] 陳新民，代林利，都韶婷，等.跨學科交叉整合實驗教學體系的創新研究——以生物化學醫學類基礎實驗教學改革為例[J].實驗技術與管理，2024，41（9）：230-235.

[5] 張俊嬌，高曉娟，鹿小詩，等.新工科背景下信息化實驗教學改革探索——以生物分離工程實驗為例[J].中國教育技術裝備，2024（17）：138-140.