指向科學(xué)探究素養(yǎng)的高中生物實(shí)驗教學(xué)

廖中富

科學(xué)探究素養(yǎng)是指能夠根據(jù)生活實(shí)際中觀察到的生物學(xué)現(xiàn)象，提出疑問，設(shè)計實(shí)驗進(jìn)行探究，并對實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行分析交流與討論的能力。教師應(yīng)如何開展好基于科學(xué)探究素養(yǎng)的生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)？

一、創(chuàng)設(shè)問題探究情境，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)

知識的產(chǎn)生具有情境性，學(xué)習(xí)就是要讓知識重回情境，進(jìn)入發(fā)生狀態(tài)。生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在解決真實(shí)問題情境的過程中所形成的價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力，創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題探究情境是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的有效途徑。

真實(shí)問題情境可來源于現(xiàn)實(shí)生活、科學(xué)研究、社會議題。例如，為了探究一種新型除草劑的除草效果，實(shí)驗過程中必然會涉及統(tǒng)計雜草數(shù)量，這個就是一種真實(shí)的情境。在教學(xué)過程中，教師要時刻關(guān)注社會熱點(diǎn)，了解最新科研成果，積累豐富的問題情境素材。

巧妙創(chuàng)設(shè)問題探究情境進(jìn)行生物實(shí)驗教學(xué)，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和探究欲望。例如，在進(jìn)行必修1“檢驗生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)”實(shí)驗前，教師可創(chuàng)設(shè)如下問題情境：“不同生物材料中有機(jī)物種類和含量一樣嗎？判斷的依據(jù)是什么？這對我們選擇食物有什么啟發(fā)？為什么日常飲食中要合理搭配不同食物？如何檢測生物材料中的糖類、脂肪、蛋白質(zhì)？”又如，在學(xué)習(xí)酶的特性時，可創(chuàng)設(shè)如下問題情境：“新鮮采摘的糯玉米立即放入85℃左右的熱水中處理2分鐘，甜味可保持較長時間，為什么？”在實(shí)驗教學(xué)中，經(jīng)常設(shè)置具有難度梯度的問題鏈讓學(xué)生交流討論，培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)。

二、利用生物科學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度

生物科學(xué)史是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度的重要素材。在生物學(xué)發(fā)展過程中，孟德爾歷時8年堅持做豌豆雜交實(shí)驗，最終揭示了兩大遺傳學(xué)的規(guī)律；沃森和克里克在前人研究成果的基礎(chǔ)上，嘗試提出的多種結(jié)構(gòu)模型都被否定，研究過程困難重重，屢敗屢戰(zhàn)，最終成功構(gòu)建了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型；薩姆納體弱多病仍然堅持研究，歷經(jīng)9年終于提取出了脲酶結(jié)晶；魏爾肖敢于向權(quán)威挑戰(zhàn)，大膽質(zhì)疑前人研究成果，總結(jié)出“細(xì)胞通過分裂產(chǎn)生新細(xì)胞”，使“細(xì)胞學(xué)說”得以修正和發(fā)展；桑格和尼克森敢于大膽質(zhì)疑羅伯特提出的“蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)”靜態(tài)生物膜模型，通過大量實(shí)驗提出了被大多數(shù)人普遍接受的“流動鑲嵌模型”……

在教學(xué)中，教師可利用上述科學(xué)家的感人故事，培養(yǎng)學(xué)生鍥而不舍的鉆研精神，勇于探索的科學(xué)態(tài)度；培養(yǎng)學(xué)生敢于產(chǎn)生疑問，敢于挑戰(zhàn)權(quán)威的批判性思維；培養(yǎng)學(xué)生勇于提出問題，巧妙設(shè)計實(shí)驗，善于解決問題，正確分析實(shí)驗結(jié)果的科學(xué)探究素養(yǎng)。

三、重視探究實(shí)踐活動，提升實(shí)驗探究能力

在教學(xué)過程中要注重學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)歷。新教材每個模塊都安排有“探究·實(shí)踐”活動，這些實(shí)踐活動是提升學(xué)生實(shí)驗探究能力的有效載體。在實(shí)驗教學(xué)中，教師要指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會觀察、描述、記錄，善于提出問題，合理做出假設(shè)，進(jìn)行實(shí)驗，做出解釋等。讓學(xué)生在做中學(xué)、做中思、做中悟，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提升實(shí)驗探究能力。

“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”是學(xué)生在高中階段首次接觸的探究性實(shí)驗。實(shí)驗前，教師可以先列舉日常生活中的現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生提出具有一定探究價值的問題，讓學(xué)生嘗試做出假設(shè)并解釋。然后布置學(xué)生以學(xué)習(xí)小組為單位討論教材給出的參考案例，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實(shí)驗并完成實(shí)驗探究。實(shí)驗過程中要指導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察、如實(shí)記錄。例如，在滴加清水和蔗糖溶液后，在顯微鏡下觀察，中央液泡大小、液泡顏色深淺、原生質(zhì)層位置、細(xì)胞大小有沒有發(fā)生變化？學(xué)生在親自體驗探究的過程中能夠有效地提升實(shí)驗探究能力。在學(xué)習(xí)“影響酶活性的條件”時，考慮到學(xué)生在第四章的學(xué)習(xí)過程中已經(jīng)進(jìn)行過一次探究實(shí)驗，教師可讓學(xué)生獨(dú)立完成提出問題、做出假設(shè)，要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，自主挑選材料用具來設(shè)計實(shí)驗進(jìn)行探究，較好地訓(xùn)練了學(xué)生的實(shí)驗探究能力。

四、加強(qiáng)課外實(shí)踐活動，提升學(xué)生實(shí)踐能力

由于課堂實(shí)驗探究的時間很有限，教師還需要加強(qiáng)課外實(shí)踐活動。學(xué)生只有通過親身參與課外實(shí)踐活動，才能夠切實(shí)加深對實(shí)驗原理的理解，提升應(yīng)用知識解決實(shí)際問題的能力。例如，學(xué)習(xí)“果酒的制作”后，教師可組織興趣小組制作葡萄酒；學(xué)習(xí)“植物有效成分的提取”后，可組織興趣小組做化妝品；學(xué)習(xí)“植物組織培養(yǎng)”后，可組織興趣小組嘗試培養(yǎng)試管苗。通過組織學(xué)生動手參與課外實(shí)踐活動，有效提升學(xué)生的實(shí)踐能力，發(fā)展科學(xué)探究素養(yǎng)。

注：本文系廣東省2021年度中小學(xué)教師教育科研能力提升計劃項目“科學(xué)探究素養(yǎng)視域下生物實(shí)驗教學(xué)實(shí)踐研究”（課題編號：2021YQJK159）階段性研究成果。

責(zé)任編輯 黃博彥