科学探究高中生物实验教学的价值追求

2020-09-14 12:23:19 中学理科园地 2020年4期

黄梅芳

摘   要:生物学科科学探究素养要求学生能够运用科学的学习方法探索生物知识,发现生活中的生物问题,尤其要做好生物实验,依据实验现象提出问题、解决问题。教师要充分发挥学生科学探究在实验教学中的作用,在实验过程中培养学生科学探究素养,做到相互促进。

关键词:科学探究;高中生物;实验教学;价值追求

立德树人已经成为新时代学科教学的重要使命,对于高中生物来说,最重要的是培养学生生物学科核心素养。高中生物具有自然科学的特点,适合培养学生科学探究的素养,通过生物实验教学涵养学生科学探究的品质,是生物实验教学应然的价值追求。

1  精心设计实验教学,实现科学探究的价值

高中生物实验教学培养学生科学探究素养需要教师转变传统的教学思想,尤其是要由单纯追求应试分数转向学生知识、能力、品质到素养的提升。教师要发挥自己的专业潜能和智慧精心设计、巧妙构思每一次实验,具体要做到如下几点。

1.1  设计具有科学探究的实验教学目标

要能够围绕科学探究素养的要求来设计实验教学目标。如“DNA是主要的遗传物质”一课中的实验教学目标,可以设计为“理解科学家肺炎双球菌转化实验的过程,理解假说演绎法与类比推理法”“理解噬菌体侵染细菌实验过程与原理,理解从特殊到一般的归纳方法”。这里的演绎、类比、归纳都是科学探究必不可少的素养,学生可以从科学家遗传物质的探索过程中理解一些科学探究的方法、态度。

1.2  实验过程中陶冶学生科学探究品质

让学生在解决真实问题情境中合作探究、科学思维,正确对待学生实验过程中生成的新的问题,引领学生深度学习的过程中形成科学探究素养。如学生进行有丝分裂实验时,指导学生探索如何处理过期药物,既培养学生保护环境、节约资源的社会责任感,又涵养学生科学探究的素养。

1.3  基于科学探究素养的要求评价学生

实验教学的评价一方面考核学生涉及实验的知识,另一方面评价学生实验过程中是否具有科学探究的品质。如让学生相互欣赏创作的校园野生植物作品,交流各自创作的感受。

2  科学探究提高生物实验教学效果

高中生物学科旨在培养学生进化思想和生态学思想,指导学生研究生命现象和生命活动规律,引导学生体验和感悟生命。科学探究的方法能够提高学生实验学习的效果。

2.1  开展实验探究活动,理解生物知识

教师在进行生物教学过程中,充分发挥学生的主观能动性,指导学生开展自主实验探究活动,体验理解生物知识,探究掌握生物知识。如学生学习“走进细胞”内容时,一方面教师组织学生解读教材中“细胞壁、细胞膜、细胞核”等基本概念,另一方面学生借助显微镜,观察洋葱表皮细胞的变化情况,把书本上的“细胞壁、细胞膜、细胞核”等基本概念与显微镜下的洋葱表皮细胞的形态、组成部分进行对照,并进行相应地分析,理解实验现象,借助实验进行知识探究,掌握学科知识。

2.2  探究生活中生物问题,实现深度学习

学生生活中经常会发现一些生物问题,这些问题的生成,说明学生能够用生物的视角去思考生活现象,也反映了学生具有初步的实验科学探究的精神。如有些学生发现学校植物园、家庭周围的花卉、农田里不同层次、不同位置的植物叶片的颜色差异比较明显,总是想弄清楚为什么。这种自然生成的问题能够促使学生产生强烈的探究欲望,学生自己发现问题,自己探究,学习就会更加深入。学生在学了有关的生物知识以后,就会探究不同部位叶片的叶绿素组成的差异等。教师应该关注学生学习中自然生成的问题,引导学生运用实验开展科学探究活动,加深对生物知识的理解。

3  改进生物实验,提升科学探究素养

“科学探究”注重的是观察现象,获取、处理信息,提出假设,收集、整理证据,进行判断、推理、得出结论。改进教材中的生物实验,验证学生自己的假设,不仅有助于学生理解知识、运用知识解决现实问题,还有助于学生形成严谨、踏实的科学态度,用科学的思维分析生命现象,用科学的眼光看待生命现象。

3.1  整合教材实验,方便学生科学探究

提升学生生物学科核心素养,需要教师改进实验教学,需要教师依据实验教学的目标以及教学的实际情况,深入理解教材实验、解读教材实验、创造性的使用教材,对教材中的实验进行整合。如观察“有丝分裂、减数分裂现象”“矮壮素影响生根”的实验,可以合并选用百合为实验材料。百合的雄性个体产生的精子数量远远多于雌性个体产生的卵子数量,百合花药产生的花粉数量较多,是产生雄配子的器官,能够旺盛地减数分裂。整合以后的实验,提高了实验材料的利用率,学生通过实验探究细胞分裂的方式,有利于學生理解运用生物知识。

3.2  转变实验方式,促进学生科学探究

按照实验的目的,高中生物实验大致分为验证性实验和探究性实验两种。验证性实验主要是再现教材内容、巩固已学知识、验证教材原理,学生在验证性实验过程中,基本上接受的是已有知识。探究性实验主要是学生通过实验主动建构知识、探究结论的过程。教师实验教学过程中要主动转变实验方式,设计实验问题情境,引导学生积极开展探究性实验活动,在运用实验探究知识过程中提升科学探究素养。如引导学生进行对比实验,观察对比实验过程中的不同现象,分析不同现象形成的原因。以“植物细胞质壁分离及复原”实验为例,教师可以引导学生选用不同浓度的蔗糖溶液作为实验试剂进行实验对比,观察不同预设条件下的不同现象;还可以引导学生选择不同的实验材料进行对比实验,如选择紫色洋葱的内、外表皮细胞和菠菜叶肉细胞进行对比实验,观察不同材料的不同现象,通过三种材料实验出现的不同现象,探究选用紫色洋葱外表皮细胞的原因。学生经过实验探究发现紫色洋葱外表皮细胞有大的深紫色的液泡,颜色和大小不同于其它植物的细胞壁。不同试剂、不同材料对比实验的不同现象,给学生探究的欲望,学生探究现象背后的本质原因,引导学生掌握简单的科学探究方法。

3.3  改进实验材具,提升学生探究素养

生物教材规定的实验用材料和器材具有普适性,但是实际实验教学中不同学校的实验条件不同,如果教师能够因地制宜,根据学校条件和地域特色变更实验材料,改变实验用具,有可能使实验效果更好。因为是对书本要求的实验材料和实验器材的改变,学生会更加感兴趣,也会生成更多的新问题,更加能够激发学生科学探究的热情。如教材中观察“叶绿体与细胞质流动”的实验,教材提出的实验材料是苔藓类植物,对于有些学校学生、有些季节来说取材有困难。故可依据季节和学校所处地域以及实验要求,让学生选用万寿菊管状花的花瓣表皮、黄瓜嫩茎的表皮毛、韭菜等进行比较实验。通过分析探究实验现象,学生们就会发现韭菜的效果最好,而韭菜一年四季都容易取材。改变实验器材,方便学生探究。如教材中“渗透作用”的实验,用的是长颈漏斗,而使用长颈漏斗实验时液面上升速度慢又耗时,效果也不明显。但如果选用移液管,液面上升快、用时少,效果非常明显。为了培养学生科学探究素养,不少教师根据实验教学的具体情况,拓展实验探究的思路,创新实验仪器和材料,使用与时俱进的恒温宝、红外线测温枪、便携式酒精检测仪等先进器材;有的还自制实验探究需要的多种模型;有的教师还组织学生使用废弃物品拼装实验装置,既节能环保,又促进学生有效提高实验科学探究能力。

生物实验本身就包含着科学探究,高中生物实验一方面助力学生探究生物知识,一方面承载着培养学生科学探究的素养,这也是生物实验立德树人的内在要求。生物教师应该充分发挥科学探究在实验教学中的作用,努力探索实验教学,提升学生的科学探究素养。