基于科学探究的高中生物实验教学探索

曹冬林

生物学是一门实验科学，任何生物学结论和规律都是以实验为基础而得出的。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《新课标》）提出科学探究等核心素养很好地体现了生物学科的本质。那么，在高中生物学实验教学中如何使科学探究核心素养落地？下面就此展开探索。

1 关于科学探究的核心素养

生物学学科核心素养是学生后天习得的终身受益成果，是公民基本素养的重要组成之一，是学生在解决真实情境中的生物学问题时所表现出来的必备品格和关键能力。生物学学科核心素养主要包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。科学探究是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及结果的交流与讨论的能力。生物学实验是发展学生科学探究素养的最直接、最有效途径。但现阶段的生物学实验仍习惯以学科知识教学为重心，对科学探究素养不重视，很多实验只强调一般探究环节，使得实验教学不能具体而明确地体现科学探究能力，严重阻碍了学生科学探究核心素养的发展。科学探究能力是指从科学探究过程中发掘的、以心智技能为中心的特殊技能，也是学生在探究学习过程中必须学习和掌握的基本技能。

2 在高中生物实验教学中进行科学探究的探索

2.1 精化问题情境，激发科学探究的意识

生物学教师要想提升学生的科学探究核心素养，首先要培养学生的探究意识。只有激发学生的探究潜能和欲望，才能充分发挥学生的主观能动性。教师在教学的过程中要根据学生的实际学习情况，找到学生的最近发展区，然后按照相关的逻辑结构设计有关联性的问题情境，以此为载体展开课堂教学，并将其贯穿到教学活动中的各个环节。在实验教学过程中，教师可将教学目标设计成带有内在逻辑关联的、贴近学生认知水平的问题串。教师要巧借问题串，激发学生的求知欲，挖掘学生的探究潜能，让学生能够因此产生积极的情感体验和浓厚的学习兴趣。基于这种情感体验和兴趣基础，学生能在在求知中获得乐趣，在快乐中收获新知，促进科学探究素养的形成。

例如，在“观察叶绿体”实验教学之前，教师要使学生先弄清楚观察的内容、观察胞质环流现象的方式，再进一步探究加强胞质环流现象的措施。这样可使学生先明确实验目的的实验活动，再进行细致地、有目标地去进行观察活动，并进一步完成探究过程，从而培养观察和实践能力。另外，教师还可利用问题串，拓展学生科学探究的深度和广度，培养学生的创新思维。再根据教学实际情况进行大胆的实践和创新，驱动学生进行主动探究和主动思考。这样不仅可以将学生的问题意识激发出来，还拓展学生思维的广度和深度。

2.2 优化教学方法，诱导学生进行科学探究

实验教学的方法选取得当的话，将有助于学生获取科学探究的方法，如果没有一定的科学探究的方法，科学探究将无从谈起。在实验教学过程中，教师选择适宜的教学方法，如角色扮演教学法、互动游戏式教学法、构建物理模型教学法等，不仅可以活跃课堂气氛，突出学生的主体地位，还能优化学生的科学探究方法，增强学生的科学探究素养。

首先，教师要指导学生了解和掌握探究方法。让学生能够了解和掌握科学探究的一般方法是探究性学习实施的一个重要目标。一般来说，科学探究主的方法主要包括综合、分析、判断、推理等和获取信息、收集证据、调查、实验、观察等思维方法。教师只有先让学生掌握探究学习的方法，才能调动学生的学习积极性，让学生的学习态度由要我学转变为我要学，从学会转变为会学。

例如，在“酶”一节课的教学中，通过设计实验方案并探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用、探究pH对过氧化氢酶的影响、探究温度对唾液淀粉酶的影响，从而提出确定酶的最适温度和最适pH的方法。在对已有实验结果和结论的进行归纳总结基础上，学生进一步开展实验设计并进行实验探究，使自己的科学探究方法在科学探究过程中得到进一步提升和改善。

2.3 深化实验内容，拓展科学探究的渠道

在实际实验教学过程中，生物学教师可以根据教学内容开展一些拓展式的探究性实验，给学生提供一个能够合作、交流、动脑思考以及探究创新的平台和空间，进一步激发学生的科学探究欲，促进学生的主动地进行科学探究。更重要的是，生物实验教学具有较强的实践性，学生在实验的过程中不仅要动脑还要动手，在动手的过程中可以加强对一些理论知识的认识，而且实践能力也因此得到有效的提升。

在进行“观察洋葱表皮细胞质壁分离以及质壁分离复原”实验内容的教学时，笔者先带领学生做一个演示性的实验。在达到教学目标以后，教师可以根据教学内容和学生的实际情况，引导学生向探究的方向逐步迈进：①实验操作方法是否有可以进一步简化，以实现实验效率的提高？②除了蔗糖溶液，是否可以使用其他的试剂？③实验是否只能用洋葱的紫色外表皮细胞？换做其他的植物细胞能否可以？学生带着这些问题，设计和探索实验。学生经过探讨、实践和思考之后，得出如下的结论：①可以进一步简化实验操作，如直接掀开盖玻片，滴加蔗糖溶液。这样既可以省略几次重复滴加试剂以及利用吸水吸纸吸引的步骤，缩短操作时间，又可以防止实验操作者因为操作不当而对显微镜造成污染。②蔗糖溶液有较强的黏性，容易对显微镜造成污染。该实验可以使用其他的试剂如KN03代替。KN03使用过程中还省略了给植物细胞滴加清水的步骤而发生自动质壁分离复原。③除了使用洋葱外表皮细胞作为实验对象，还可以使用其他的植物细胞。这种基于课本实验、适度拓展实验、提出新的实验问题、让学生进行新的实验设计和实施的探究过程使學生的科学探究能力得到了培养和提升。

2.4 细化实验目标，落实科学探究素养

《新课标》对学生生物实验技能方面只给出了描述性的指导原则，没有根据学生的认知水平和规律进行具体化。目前还未有太多研究对学生实验技能训练和发展的目标进行全面提炼和整理，并形成相应的目标体系。笔者以“基于方法观传授知识、基于过程观培养能力、基于综合性提高创新意识”为实验教学理念，构建了“一条主线、三个层次”的实验教学目标新体系，以能力培养为主线，从基本技能训练、综合探究实验和创新设计实验三个层次实施实验教学，从而提高学生实践能力和创新能力。

只有细化实验教学的目标，才能科学地进行生物实验教学的设计。因此根据《新课标》，结合生物实验教学的实际，教师全面地整理和细化了实验教学目标，形成我校生物实验教学的三维目标体系。知识目标强调的是知识的基础性、综合性、应用性;能力目标着重培养学生的提出问题的能力、获取信息的能力、探究能力和创新能力;情感领域目标则注重科学价值、科学态度等的培养。

2.5 量化实验评价，保障科学探究的落地

实验探究的目的并不在于全班得到统一的实验结果，而重在使学生真正参与探究过程，让学生懂得科学的探究方法，让他们的创新意识得到发挥。在“交流评价”环节比普通的实验多一个交流模块，一般有2个交流模块：一个模块放在实验前，交流个人提出探究问题及设计的实验方案，重点评价学生能否提出值得探究的问题，并进行猜想和假设;另一个则放在实验操作之后，对实验结果的分析交流以及对实验中的各种特异情况作进一步的探究。评价以激励性评价为主，重点评价学生：能否独立正确地完成实验操作方法：能否科学地观察实验现象，如实地记录实验的数据：能否对实验现象或收集到的实验数据进行分析、归纳或概括出实验的结论;能否与他人交流成果且有所获益等。另外还设置了成果展示栏，对学生的优秀实验报告、课外实验探究、创新实验设计、研究性成果进行展示汇报，让学生感受和分享成功的快乐，更激发他们参与实验的热情和参与实验探究的激情。

实验中有很多现象并不象预设的一样。对新生成的实验问题，学生不能根据现象作出结论判断。教师通过交流评价环节，引导学生展开激烈的讨论。每一个学生都参与实验分析，通过层层分析、步步推进，逐步深入对问题的认识，然后提出新问题，并且自主设计新的实验进一步探究解决，作出合理解释。例如，有一组学生在探究用淀粉酶探究pH对酶活性影响时，观察到淀粉酶在碱性条件下溶液遇碘不变蓝。实验出现的“意外”是否说明“淀粉酶在碱性条件下活性很高”呢？该组学生为了找出原因，积极展开了进一步的探究。首先，学生根据实验结果溶液不变蓝，提出第一个新的设想：“试管中的淀粉被完全分解了吗？”他们改用斐林试剂检测，并没有观察到砖红色沉淀，得出结论：“淀粉没有被分解”。那么，什么原因阻止了淀粉和碘液的显色反应呢？考虑到加HCI与加NaOH实验组之间唯一区别在于pH不同，该组学生提出第二个设想：“碘液在碱性条件下可以和淀粉反应？”他们先往该试管的溶液中加入1 mL的HCl溶液用以中和NaOH溶液，再滴加碘液，此时溶液变为深蓝色。于是，实验出现“意外”的原因终于大白了，是检测的试剂选择不当，碘液会与NaOH反应，本实验应该选择斐林试剂进行检测比较合适。

又如，在进行“光合色素的提取与分离”实验教学时，除了按教材中的学生分组实验展开教学外，还在生物学科教室中让学生分组自行选择实验课题和设计实验方案，进行深度评价。实验课题有：光合作用真的离不开叶绿素吗？植物叶片在生长过程中色素种类和含量会变化吗？不同植物叶片所含色素种类和含量有区别吗、绿叶为什么变黄？……在学生实验的过程中，教师用摄像机或手机拍摄和采集学生创新或不当的实验方法和操作过程，作为分析评价的内容。通过电脑和投影仪向全班学生展示所拍摄的实验过程录像，组织评价和探讨下列实验操作是否恰当：在充分研磨叶片之后，立即加入CaCO3;把10 mL无水乙醇一次性加入研钵进行研磨;沿铅笔线连续多次画滤液细线;用100 mL量筒而未用10 mL量筒量取无水乙醇;层析时让层析液没及滤纸条上的滤液细线，等等。

这种评价比单纯通过纸笔测试更能反映学生在实验过程中的问题，并通过评价有效地促进学生的反思，以进一步提升学生的实验探究能力。大量研究表明，学生学习的重要收获来源于经常向学生提供有关他们学习的反馈，尤其是当反馈包含了可以引导学生不断努力的具体意见时，而不仅仅是学习结果。当评价关注学生的学习过程而非最终成果时，评价就会极大地促进学生的学习。在科学探究过程中发挥评价的“牛鼻子”作用，对探究过程进行引导，使评价从“对学习的评价”转向“为学习的评价”引导学生自主学习，促进提升学生的反思。在科学探究过程中，设计好评价量规是使得科学探究落到实处的绝佳选择。

3 反思

作为生物学学科核心素养的内容之一的科学探究素养的培养对教师和课堂教学提出了新挑战。生物学教师需要改变固有的实验教学认知和教学行为，承载科学探究素养培养的任务与目标。这个调整需要有一个较长的过程。教师需要通过转变课堂教学方式，充分挖掘学生在科学探究素养方面的潜能，使科学探究素养的培养过程更多地转变为挖掘、培养与提升三位一体的综合过程。这种过程的完成对教师提出了更高要求。高中生物学教师要心怀核心素养的理念，在实验教学中不断探索，脚踏实地，立足课堂。

参考文献：

[1] 肖安庆，颜培辉.高中生物核心素养的内涵与培养策略[J].中小学教师培训，2017，（6）：60-62.

[2]譚永平，从发展核心素养的视角探讨高中生物必修内容的变革[J].课程·教材·教法，2016，（7）：75-76.

[3]钱峰梅.关于高中生物高效课堂教学模式的建构研究[JI科学大众，2017，（2）：31-32.

[4]杜丽娜，张优锋，高中生物高效课堂教学模式的探索[J].西部素质教育，2017，（14）：46-47.

[5]韦仕发，实验探究教育法在“新陈代谢与酶”一节中的应用[J].生物学教学，2006，（6）：33-35.