新課程標準下生物學探究性學習實施路徑探究

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱新課標）中明確提出了“生命觀念”“科學思維”“科學探究\"以及“社會責任”的核心素養維度，為生物課堂教學新樣態的構建指明了新方向。《光合作用與能量轉化》是人教版高中生物學《必修1·分子與細胞》中第五章第四節的學習內容，本課的教學既有助于深化學生的基礎知識、豐富學生關于光合作用的知識儲備，又為后續生態系統物質循環與能量流動的學習打下基礎。同時，教學實踐表明，雖然學生已經具備了該節課的學習基礎，但由于內容較為抽象，傳統照本宣科的教學路徑難以起到理想的學習效果。因此，為強化學生認識的整體性與理解的深刻性，教師要在教學中確保學生的主體地位，引導其經歷一個完整的學習過程。新課程標準明確指出，“探究性學習是學生學習生物學的重要方式”。本課包含了多個經典實驗，這些實驗凝聚著生物學家的智慧，正是落實“科學探究”素養維度的有效載體。為避免“重結論、輕過程”的認知偏差，教師可以在教學實踐中采用探究性學習策略，讓學生在落實知識與技能的同時，充分感受靜態科學史所蘊藏的動態探究歷程，將科學家探究邏輯轉化為具體的學習方法。

一、構建探究情境，還原科學家思維

在新課程縱深發展的大背景下，教師要樹立創新意識，強化對學生素養與能力的培育，讓學生能夠在落實知識技能的同時，學會像科學家一樣思考。在《光合作用與能量轉化》教學中，人教版教材呈現出了光合作用探究的“科學史”，然而不少教師在教學中往往更注重“結論式”地呈現，缺乏對深層探究邏輯的拆解。光合作用探究過程呈現的核心要求之一，在于引導學生還原科學家的思維過程，而絕非單純的死記硬背。探究性學習視域的驅動下，教師可以在教學中通過探究情境的構建，將科學家的實驗設計轉化為可供學生參與的探究性問題，讓學生模擬科學家觀察、假設與驗證過程，理解科學發現的邏輯性，培養批判性思維，落實“科學探究”的素養要求。

以教材中恩格爾曼的實驗一為例，結合教學經驗，我們發現，很多學生在閱讀、思考與討論該實驗時都很容易忽視“黑暗無空氣環境”的設計意圖，即使教師告知意圖，學生也只是機械記憶，缺乏一個思維發展的完整過程。在以“還原科學家思維”為目標的課堂教學中，教師可以創設出探究情境，讓學生經歷“觀察現象一提出猜想一方案驗證”的完整探究過程。在“觀察現象”環節，教師可以用多媒體設備向學生展示實驗組“極細光束照射葉綠體 $$ 好氧菌聚集葉綠體受光部位\"以及對照組“完全曝光 $$ 好氧菌分布葉綠體所有部位”。通過對比，學生發現了異常現象，并提出質疑：“為什么要在‘黑暗且無空氣'的環境中進行操作？”這一問題暴露了前概念。而后，教師可以采用模擬實驗，讓學生將水綿替換為撕取表皮的菠菜葉肉細胞，將好氧菌替換為溶氧傳感器，在實驗中創設黑暗厭氧環境，并用激光筆照射葉肉細胞局部，同時結合傳感器的顯示結果，最終發現完全光照組整個細胞均勻產氧。在這一模擬實驗中，教師可以進行深度追問：“恩格爾曼為什么選擇水綿而不是葉片？”從而引導學生發現帶狀葉綠體便于觀察O₂ 釋放部位的結論。在上述探究情境的構建中，學生經歷了一個完整的學習過程，更是總結出了“對比實驗”與“局部控制”的關鍵要素，進一步落實了新課程標準中“掌握實驗設計的對照原則”的教學要求。

二、重演并改進實驗，在\"做中學”中發展創新意識

實驗教學是推進學生探究性學習，促進學生思維能力向更高階發展的重要教學載體，然而在傳統教學模式下，教學實驗的設計往往以驗證教材具體結論為目標，學生的學習操作較為被動，只是機械模仿卻難以拓展創新。為解決這一具體問題，教師可以樹立創新意識、運用科學路徑，以教材中呈現的實驗為基礎，通過實驗的重演與改進，讓學生在完整探究活動中發展科學探究能力。

在教學中，我們發現學生對教材所提及的希爾實驗中“離體葉綠體產氧”的意義難以理解，因此教師就可以通過“DCIP替代法\"實現實驗簡化，進一步提升光反應的可視化，發展學生基于實驗的推理能力。在實驗重演環節，教師可以選擇新鮮菠菜葉綠體濾液與 0.1% DCIP溶液作為材料，讓學生以小組為單位展開實驗。

A組：葉綠體溶液 2ml ，DCIP溶液1滴，采用光照條件，5分鐘后出現藍色褪去現象；

B組：葉綠體溶液 2ml ，DCIP溶液1滴，采用黑暗條件，5分鐘后藍色未發現明顯變化；

C組：葉綠體溶液 2ml ，DCIP溶液1滴，采用光照條件，5分鐘后藍色未發現明顯變化。

通過實驗活動，學生驚訝地發現：“光反應不需要暗反應，葉綠體自己就能產氧。\"在此基礎上，教師可以進行實驗改進，實驗從離體到溯源的發展。教師可以提出問題：“希爾實驗證明光反應產氧，但如何確定 O₂ 來自水？”以此向魯賓實驗過渡。而后，教師可以進行創新設計，向A組中加人 H₂¹⁸O ，用氧傳感器檢測，最終數據顯示 ¹⁸O₂ 濃度隨光照時間遞增。通過這一創新設計，學生可以發現希爾實驗的“遺憾”在于沒有標記技術，魯賓的成功站在了巨人的肩膀之上。在教學設計中，通過希爾與魯賓實驗記錄的對比，學生在學習中實踐，在實踐中培養了創新的意識。

三、問題鏈驅動深度探究，突破“知識碎片化”困境

在探究性學習視域下，課堂不再是教師的“一言堂”，學生才是學習過程的“主人翁”。在保障學生主體地位時，教師也需要充分尊重學生的學習規律。探究性學習不是一蹴而就的，而是一個循序漸進的發展過程，而在此過程中，層層遞進的問題鏈就可以成為學生走向探究之旅的階梯，是幫助學生形成知識網絡的助力，也是突破“知識碎片化”教學情境的關鍵所在。在問題鏈構建中，教師需要遵循遞進性原則，引導學生從現象分析走向本質探究。

以章節教學中“光反應與暗反應的關系\"的教學為例，教師可以構建出如下的問題鏈。

問題一：希爾實驗中離體葉綠體為何能在無CO2條件下釋放氧氣？（預期目標：引出光反應獨立性）

問題二：若向希爾反應體系中加入ATP和NADPH，暗反應能否進行？（預期目標：建立光、暗反應物質聯系）

問題三：夏季正午植物為何出現“光合午休”？如何用光反應與暗反應原理解釋？（預期目標：關聯環境因素與代謝調控）

在上述問題鏈的驅動下，學生逐步理解光反應與暗反應的時空協調性，并學會用科學原理解釋現實現象，在實現知識結構化的同時，也在思維認知里搭建出了探究框架。

四、設計跨學科項目，延伸社會責任感

新課標強調生物學與社會發展的關聯。在新課程改革的大背景下，跨學科融合已然成為教學發展的新方向。生物學科來源于生活，生物知識又能夠在生活中得到實踐應用，因此教師就可以提煉出具有探究價值的現實性素材，并以此為基礎設計跨學科項目，讓學生在延伸社會責任感的同時，經歷一個完整的探究過程，將生物學科的知識進行遷移運用。

例如：教師可以設計為學校蔬菜園溫室大棚制定“冬季番茄增產方案”的跨學科項目，將生物學科光合作用、光合速率、地理學科光照技術、數學學科數學建模思想等知識聯系在一起。在項自活動中，教師可以設計以下驅動性問題：如何提高光合速率？怎樣降低測溫測濕成本？補光電費與增產收益是否平衡？結合學生的探究成果，教師可以從生物原理角度評價方案的科學性，從實踐角度評價成本與操作的合理性，從方案設計角度評價創新性，將“社會責任目標”進行深度落實。

五、結語

本文以《光合作用與能量轉化》的教學為例，通過情境還原、實驗創新、問題鏈設計與跨學科實踐的具體路徑，將知識建構與素養發展相融合，進一步有效激發學生的科學探究興趣，促進學生的深度學習，同時引導學生強化對社會議題的關注，真正實現生物學課程的育人價值，促進學生綜合能力的全面發展。

（徐德明）