高中生物探究性實驗教學策略研究

隨著新課標的深入實施，高中生物教學的核心目標已從知識積累轉向能力培養。而新課標提出的“科學探究與創新意識”素養，強調通過實驗探究活動發展學生的自主學習能力。然而，以往的高中生物實驗教學存在著“重驗證輕探究\"\"重操作輕思維”等現象，實驗課程的育人價值未能充分發揮出來。教師對此要有充分的認識，立足生物學科特點，理解探究性實驗在培養學生自主學習能力中的獨特作用，提出具有可操作性的教學策略，為推進高中生物實驗教學改革提供理論支撐和實踐范例。

一、探究性實驗在高中生物教學中的價值

實驗是連接理論知識與實踐應用的橋梁，而探究性實驗強調學生在實驗中的自主探索，具有更為多元的教育價值。

首先，生物學科的知識體系具有較強的邏輯性和系統性，實驗中的探究活動能幫助學生將碎片化的知識點整合為結構化的知識網絡。相比于以往學生大都在教師的逐步示范或各種要求下進行實驗，探究性實驗更有助于學生對觀察、假設、驗證等科學方法的綜合運用，從而構建完整的認知體系。

其次，帶有較強探究性的實驗能夠培養學生的高階思維能力。比如由學生通過自主探究進行實驗設計，學生需要綜合考慮變量控制、數據處理等因素，這對學生的邏輯思維和批判性思維提出了較高要求，能夠比較有效地鍛煉學生的核心素養。

最后，探究性實驗可以促進學生的社會性發展。探究性實驗一般是以小組合作的方式進行的，實驗能夠因此而成為學生交流協作的平臺。通過觀點碰撞與資源共享，學生不僅可以更好地理解所學知識，還能發展團隊合作能力和溝通技巧。

二、高中生物探究性實驗教學的有效策略

（一）實驗初期的共同設計

1．真實情境，開發實驗主題

在探究性實驗中，學生的探究其實從實驗設計時就已經開始了。而為了激發學生對于實驗設計的興趣，幫助學生為后續完成實驗做好一定的準備，教師需要開發、優化實驗主題，使其既與當前的教學內容密切相關，又緊密聯系現實生活，再通過創設真實情境引發學生的好奇心。在這樣的情境中，抽象的生物概念及相應的實驗主題以相對生動、具體的方式呈現給學生，能夠成為學生參與實驗設計的思維線索，學生可以初步感受到當前實驗的現實價值[2]。

以人教版必修1“探究植物細胞的吸水和失水”實驗為例。在實驗教學開始前，教師通過與學生的溝通交流，結合當地的實際情況，決定以“探索鹽堿地植物生長的困境”為實驗主題。

隨后，教師通過網絡等途徑整理相關視頻等素材，制作成課件后呈現給學生。學生通過觀看，能夠了解當地鹽堿地的植物生長情況，相對直觀地意識到植物細胞吸水或失水的狀態，并因不同植物的生長狀態差異而產生好奇心。

接下來，教師可以進一步補充背景知識，如通過特定植物實現對鹽堿地的利用和改造，讓學生明白這一主題及相關情境的價值內涵，鼓勵學生自主設計實驗，解決其中存在的問題。

在上述基礎上，學生可以通過交流討論提出“如何通過調節土壤溶液濃度提高作物產量”等探究問題，并合作設計實驗方案，如：選擇不同濃度的蔗糖溶液進行植物細胞吸水和失水實驗；通過分析實驗數據，理解滲透作用的原理；提出改良鹽堿地的可行性建議。這種將實驗與現實問題相結合的主體與情境，能夠有效激發學生的學習興趣，促使學生主動參與到對實驗設計的探究中，為后續教學取得良好效果做好充分準備。

2.學科融合，充實實驗素材

新穎的實驗主題和實驗情境，以及在此基礎上對于實驗的自主設計，一方面能夠激發學生興趣，另一方面則需要豐富的實驗學習素材作為支撐。比如：“探索鹽堿地植物生長的困境”的實驗，除了需要依靠教材上與“探究植物細胞的吸水和失水”

相關的知識內容外，還需要現實資料作為補充，如現實中科研人員進行的更加細致的科學實驗資料，以及生物以外其他領域因素所造成的影響。因此，教師要認識到生物學科與物理、化學、信息技術等學科的天然交叉性，在實驗設計中融入多學科知識，以拓寬學生視野，培養其綜合運用知識的能力。必要時，可以讓學生自己嘗試挖掘學科間的交叉點，引導學生從不同角度分析問題。

例如：人教版選擇性必修3《DNA的粗提取與鑒定》。基于對學生各學科能力水平的了解，以及不同學科教師間的交流合作，高中生物教師可以加強這一實驗的跨學科特征。

其一，在帶領學生進行實驗設計時，適當融入化學知識，引導學生思考不同試劑（如NaCl溶液、酒精）可能對DNA提取效果造成的影響，并在實驗設計中加以體現。

其二，結合信息技術，鼓勵和指導學生利用相關軟件模擬展示DNA分子結構。學生需綜合運用化學、生物和信息技術等不同學科的知識技能，以完成這一展示，直觀呈現自己結合理論與實踐所取得的學習收獲。

其三，有條件的學校，可以在實驗中運用物理離心技術，引導學生從物理的角度進行探索和實踐操作，如為何可以使用離心技術，其作用是什么，還有哪些生物實驗也可能用到離心技術。

通過在實驗中融入跨學科元素，學生在探究中不僅能夠掌握DNA提取的基本方法，還能理解多學科知識在生命科學研究中的應用價值，發展綜合思維能力。

（二）實驗過程的自主學習

1.階梯任務，指明探究路徑

高中生物探究式實驗本質上是學生自主學習的過程，而學生自主學習能力的發展需要長期的、循序漸進的努力。特別是對于某些已經習慣依賴教師的學生，要首先產生自主學習的意識，然后再逐步發展自主學習的實際能力，逐漸形成良好的自主學習習慣并掌握適合自己的學習方法。所以，高中生物探究性實驗要想取得良好效果，需要在整個過程中培養學生的自主學習能力，并遵循“由易到難、循序漸進”的認知規律[3]。為此，教師可將復雜的實驗任務分解為若干階梯式子任務，引導學生逐步深入探究。每個子任務則有明確、具體的目標和操作步驟，同時保留一定的開放性，鼓勵學生自主探索。

比如：人教版必修1“綠葉中色素的提取和分離”實驗，教師可采用階梯任務設計。

① 第一階段：實驗設計與首次實驗。教師鼓勵學生通過口頭討論、繪制思維導圖等方式，明確在本實驗中要完成的步驟，如研磨、過濾等步驟，說明這些基本步驟的作用。經過初步完善后，學生分組完成首次實驗。

② 第二階段；方法改進。圍繞首次實驗時的設計、過程和結果，展開全面的回顧分析，加深認識，并在此基礎上鼓勵學生提出新的想法，如嘗試不同提取劑（如丙酮、無水乙醇），比較實驗效果。隨后再次進行實驗，觀察實驗效果的差異，嘗試給出各自的猜想和解釋，師生再對此展開交流互動，加以驗證。

③ 第三階段：應用拓展。結合之前的實驗收獲，引導學生分析不同光照條件下植物葉片色素組成的差異，實現從理論到實踐，再回到實踐的學習閉環。

通過這種分層任務設計，不僅能夠有效拓展實驗內容，升華實驗的教育價值，還能讓學生在掌握基礎實驗技能的同時逐步發展創新思維和自主探究能力。

2．鼓勵質疑，培養批判思維能力

批判思維是自主學習能力的重要組成部分，對學生在探究性實驗中取得何種學習成果有著重要影響。在以往的高中生物實驗教學中，部分教師傾向于“知識型”的實驗教學，學生只需要按照教材和教師的指導完成實驗，記憶實驗所涉及的理論知識。這種實驗的過程和結果相對固定，缺少質疑的必要和空間，不利于對學生批判思維能力的培養。因此，在探究性實驗中，教師應營造寬松的學習氛圍，鼓勵學生對實驗方案、數據結果質疑[4]。通過組織小組討論、辯論等活動，引導學生多角度分析問題，培養其理性批判精神。

比如：針對人教版必修2“低溫誘導植物細胞染色體數目的變化”實驗，教師首先要讓學生參與到對實驗的設計中來，只要不存在安全隱患或明顯錯誤，就可以讓學生分組嘗試，不要提出過多的要求，追求所謂實驗設計的“完美”。

實驗進行過程中，如果出現了某些問題，教師應該通過參與到實驗小組中，與學生進行討論、問答等方式，啟發學生自己發現并解決，而不是直接告訴學生是實驗步驟或其他錯誤，更不要要求學生“必須”如何進行實驗，

實驗結束后，則專門設計組織質疑環節，可以借助電子白板等設備展示不同小組的實驗結果，邀請各小組代表上臺說明本組的設計思路、實驗過程以及對實驗結果的分析解釋，鼓勵學生展開組間交流溝通，分析差異原因，對其他小組提出疑問或回應質疑。

在這一過程中，學生通過對比實驗數據等信息，能夠自己發現低溫處理時間、根尖取材部位等因素對實驗結果的影響，不僅加深了對實驗原理的理解，還學會了科學分析和理性判斷，有效提升了批判思維能力。

（三）技術賦能的實驗支持

1．虛擬平臺，拓展實驗空間

在高中生物課程中，某些實驗可能需要較為先進、多樣的硬件設備，或者要經過較長的時間。而學校條件有限，高中生的時間比較寶貴，無法對這類實驗的探究提供充分支持。對此，教師可以借助先進的技術手段，建立虛擬實驗平臺，突破時空限制，為學生提供沉浸式學習體驗。比如：通過虛擬現實（VR）、增強現實（AR）等技術，使得學生能夠在虛擬環境中進行高危、復雜實驗。或者某些帶有互動功能的軟件工具、視頻等，也能夠成為“虛擬平臺”，根據學生的操作實時反饋實驗數據，反映實驗現象。這既保證了學生對探究性實驗的參與，又為學生提供了新穎的自主學習工具。

例如：人教版選擇性必修2“探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響”實驗。在現實中，教師很難為學生創造必要的條件，因為自然選擇表現在種群基因頻率上需要經過漫長的時間，實驗難以開展。

這時，教師就可以借助虛擬平臺。比如制作“互動視頻”，使得學生能夠通過選擇視頻中出現的不同選項，設置自然選擇的壓力（如天敵數量、食物資源），快速“跳過”漫長的時間，觀察到自然選擇下種群基因頻率的動態變化。

在學生操作、探究的過程中，教師則要注意對學生的引導和啟發，鼓勵學生自主“設計”和“操作”實驗，比如嘗試不同的選項，對選擇之后的結果進行預測，再與視頻呈現的內容進行對比、質疑、辨析，最終深刻、直觀地理解自然選擇的作用機制，掌握基因頻率計算方法。這種實驗模式，有效拓展了實驗教學的深度和廣度，使得學生能夠在更多樣的實驗中完成探究，發展核心素養。

2.多元工具，自主發現規律

學生自主探究在高中生物學科的主要作用，在于幫助學生深入理解生物學科大概念，發現其中蘊藏的科學規律。探究性實驗為學生的這種學習探究提供了機會和平臺。不過，虛擬實驗可能給學生帶去的真實感不足，所以，教師仍然要積極爭取學校的支持，盡可能在高中生物實驗中引入多元的方法手段，為學生的實驗探究提供新手段。比如：在學校經濟條件允許的情況下，可以增加數據采集器、傳感器等設備，實時記錄實驗數據；又如：人工智能工具，幫助學生對實驗數據進行分析。教師應指導學生合理使用，培養其信息素養和自主探究能力[5]。

例如：對于人教版選擇性必修1“探究生長素類似物促進插條生根的最適濃度”這一實驗，教師應積極引入數字化工具，指導學生使用數據采集器記錄不同濃度生長素類似物處理下插條的生根數量和長度，通過Excel軟件繪制生長曲線，借助人工智能進行方差分析，確定最適濃度范圍。

實驗結束后，應讓各小組總結實驗過程，通過思維導圖等方式，梳理自己在實驗過程中使用了哪些工具，這些工具的使用方法、注意事項等分別是什么，今后還可能在哪些實驗中發揮作用。

相比于虛擬實驗，這種借助技術工具切實開展的實驗能夠給學生帶去更加深刻、全面的探究收獲，還使學生從單純的操作執行者轉變為數據分析師，有效提升學生將來自主進行科學探究的能力[6]。

結束語

綜上所述，高中生物探究性實驗在培養學生自主學習能力與核心素養方面有著獨特價值，教師應該從實驗設計創新、自主學習支持、技術融合應用等角度采取科學合理的教學策略，有效促進學生問題意識、批判思維和創新能力的發展。未來，教師還應進一步加強相關的教學研究與實踐，探索探究性實驗與不同教學模式的整合路徑，為培養適應未來社會的創新型人才提供持續動力。

參考文獻

[1]張燕梅.高中生物學實驗教學創新與實踐：以“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質”為例[].中學生物學，2025，41（4）：30-31.

[2]張笑男.桑代克三大學習定律在生物實驗教學中的應用：以“探究溫度對酶活性的影響”實驗為例[].中學教學參考，2024（29）：76-78.

[3]張乙堃.高中生物學實驗教學的優化策略探究：以《檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質》為例[J].高考，2025（4）：144-146.

[4]高思勤.虛擬現實技術在高中生物抽象概念教學中的應用[D].廣州：廣東技術師范大學，2024.

[5]張霞飛.核心素養下高中生物實驗課堂化教學設計與實踐[D].南昌：東華理工大學，2024.

[6]佘瑞雪，張鋒.技術增強型學習在高中生物學實驗教學中的融合與實踐：以“微生物的培養技術及應用”為例[].中小學數字化教學，2024（11）：14-17.

本文系福建省教育科學\"十四五”規劃2023年度常規課題“基于生物科技實踐特色的縣域高中創新教學模式研究”（課題編號：FJJKZX23-787）研究成果。