基于生物拓展實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生科學(xué)探究能力的實(shí)施策略

李桂梅

文件編號(hào)：1003-7586（2018）11-0047-03

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》延續(xù)了2003版和2011版課程標(biāo)準(zhǔn)注重“探究能力”養(yǎng)成的思路，將“科學(xué)探究”列為生物學(xué)科四大核心素養(yǎng)之一?？梢?jiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力歷來(lái)是生物學(xué)教學(xué)的重要目標(biāo)與要求。如何在教學(xué)實(shí)踐中更好地促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力的提高，教師除了充分挖掘教材，在常規(guī)教學(xué)中力求實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，還應(yīng)該適應(yīng)學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，因材施教，通過(guò)各種途徑，為對(duì)生物學(xué)科有濃厚興趣的學(xué)生創(chuàng)造更多自主探究的機(jī)會(huì)。

開(kāi)展拓展實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的有效補(bǔ)充途徑。目前高中生物教材中的很多實(shí)驗(yàn)為體驗(yàn)或驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，即使是探究性實(shí)驗(yàn)，也列出了詳細(xì)的探究過(guò)程與具體內(nèi)容，學(xué)生往往在未經(jīng)充分思維后就直接參考了教材。因此，教材實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生自主探究能力上還稍顯不足，不能滿足熱愛(ài)生物學(xué)科的學(xué)生的求知需求和探究愿望，而拓展實(shí)驗(yàn)可以作為有效補(bǔ)充。為此，在教學(xué)實(shí)踐中，筆者結(jié)合校本課進(jìn)行了拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，積極探索有效開(kāi)展拓展實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力提升的實(shí)施策略。

1拓展實(shí)驗(yàn)和科學(xué)探究能力的內(nèi)涵

“拓展實(shí)驗(yàn)”是指以教材實(shí)驗(yàn)為探索起點(diǎn)，在原有實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)材料、變量的控制、實(shí)驗(yàn)方法、與實(shí)際生活的聯(lián)系等基礎(chǔ)上發(fā)展出新的課題，并隨之開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)探究，包括教材實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)探究、延伸探究以及利用教材實(shí)驗(yàn)原理開(kāi)展的新的問(wèn)題探究等。

“科學(xué)探究能力”是指“能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界的生物學(xué)問(wèn)題，針對(duì)特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問(wèn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施以及對(duì)結(jié)果的交流與討論的能力”。

2拓展實(shí)驗(yàn)對(duì)科學(xué)探究能力養(yǎng)成的促進(jìn)作用

首先，拓展實(shí)驗(yàn)是以教材實(shí)驗(yàn)為起點(diǎn)，建立在對(duì)教材實(shí)驗(yàn)充分掌握的基礎(chǔ)之上，可以促進(jìn)教材實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。其次，相對(duì)教材實(shí)驗(yàn)探究，拓展實(shí)驗(yàn)具有自主性、開(kāi)放性和未知性的特點(diǎn)，給學(xué)生留有廣闊的思維空間和探究視域。拓展實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生的全程參與和自主探究，包括問(wèn)題的提出、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、材料的準(zhǔn)備、具體的實(shí)施和結(jié)果的討論分析等，對(duì)學(xué)生的能力要求上升到了一個(gè)新高度。對(duì)照上述的科學(xué)探究能力的內(nèi)涵，不難發(fā)現(xiàn)，拓展實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展可以對(duì)科學(xué)探究能力進(jìn)行全方位的訓(xùn)練，促進(jìn)學(xué)生能力的提升。再次，拓展實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，為學(xué)生創(chuàng)造了更多進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)踐的機(jī)會(huì)。實(shí)踐出真知，學(xué)生需要在實(shí)踐中去驗(yàn)真和證偽。

3開(kāi)展拓展實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力提升的實(shí)施策略

3.1總體實(shí)施方案

拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)并不是面向全體學(xué)生開(kāi)展的教學(xué)活動(dòng)，而是結(jié)合學(xué)校的校本課、社團(tuán)和研究性學(xué)習(xí)等活動(dòng)來(lái)開(kāi)展，由學(xué)生自由選擇參與。一個(gè)單元的拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是以1-2個(gè)教材實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的拓展，以小組合作的方式開(kāi)展，遵循一般的探究過(guò)程，具體分為以下幾個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)：（1）在某教材實(shí)驗(yàn)的原理和操作方法基礎(chǔ)上，聯(lián)系生活實(shí)際，發(fā)散思維，提出新的問(wèn)題;（2）嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)解釋現(xiàn)象或解決問(wèn)題，小組匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案，全體學(xué)生共同參與修正;（3）創(chuàng)造拓展實(shí)驗(yàn)實(shí)施的條件，在實(shí)踐中驗(yàn)真、證偽或探尋問(wèn)題的本質(zhì);（4）展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果和交流實(shí)驗(yàn)結(jié)論，師生共同分析評(píng)價(jià);（5）師生反思和研討實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題。拓展實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)施注重組內(nèi)討論、小組匯報(bào)和集體研討，讓每一位學(xué)生完整地親歷探究實(shí)驗(yàn)的思維和實(shí)踐的全過(guò)程，又參與其他小組多個(gè)環(huán)節(jié)的研討，間接經(jīng)歷多個(gè)探究實(shí)驗(yàn)的探究過(guò)程，提高學(xué)習(xí)效率。

3.2增強(qiáng)提出新問(wèn)題能力的教學(xué)策略

在拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)初期，學(xué)生自主提出新的探究問(wèn)題較為困難，教師在課程安排上應(yīng)從簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)著手，給予更多的引導(dǎo)。教師可充分利用生活中的生物現(xiàn)象或結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)學(xué)生從教材實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)方法、控制變量、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等方面提出拓展課題。可以通過(guò)設(shè)問(wèn)引導(dǎo)學(xué)生思考：“植物細(xì)胞吸水與失水”實(shí)驗(yàn)為什么選紫色洋蔥鱗片葉作為實(shí)驗(yàn)材料，校園中還有哪些具備類(lèi)似優(yōu)點(diǎn)的選材？利用本實(shí)驗(yàn)原理，你還能探知關(guān)于這些選材的哪些秘密？這樣可以引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)選材和實(shí)驗(yàn)原理應(yīng)用上提出新的探究問(wèn)題。教師也可以通過(guò)暴露問(wèn)題引導(dǎo)。如“滲透裝置”演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師向?qū)W生展示內(nèi)外液面變化，一開(kāi)始有意沒(méi)有在教室移動(dòng)展示，會(huì)有部分學(xué)生看不清，可能會(huì)思考：怎樣改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象便于觀察？也可以通過(guò)展示生物現(xiàn)象引導(dǎo)，例如做“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)后，提醒學(xué)生看窗外變黃的樹(shù)葉或非綠色樹(shù)葉，促進(jìn)學(xué)生產(chǎn)生對(duì)葉片為何變黃和非綠色葉片如何進(jìn)行光合作用的疑問(wèn)。可以通過(guò)理論與實(shí)際的沖突引導(dǎo)，例如學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中自己繪制的酵母菌種群數(shù)量變化曲線并不是標(biāo)準(zhǔn)的“S”型，特別是后期有明顯的下降趨勢(shì)，思考如何解釋該現(xiàn)象，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜測(cè)。

當(dāng)學(xué)生具備了一定的發(fā)現(xiàn)和提出問(wèn)題的能力之后，教師應(yīng)減少引導(dǎo)，不要直接將學(xué)生引入教師預(yù)設(shè)好的問(wèn)題，應(yīng)讓學(xué)生自主思考，探究自己想探究的問(wèn)題。在提出問(wèn)題階段，可以先不考慮實(shí)施的可行性，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)散思維，天馬行空，提出盡量多的豐富多樣的探究問(wèn)題。之后，再考慮實(shí)際情況，評(píng)估確定幾個(gè)在學(xué)校條件下可行性高的探究課題，組建課題小組。

3.3提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的教學(xué)策略

在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，教師要鼓勵(lì)和要求各課題小組，結(jié)合教材實(shí)驗(yàn)或所學(xué)理論知識(shí)，查閱相關(guān)資料，對(duì)拓展實(shí)驗(yàn)的目的、要求和材料進(jìn)行分析，制定初步的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。即使制定的初始實(shí)驗(yàn)方案漏洞百出，但是小組成員經(jīng)歷了一個(gè)思維過(guò)程，只要有思考，就會(huì)有進(jìn)步。教師要調(diào)動(dòng)集體的力量，小組匯報(bào)探究方案，全體學(xué)生糾錯(cuò)和修正。

例如，某小組想利用不同濃度的蔗糖溶液探究“洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞的細(xì)胞液濃度”。該小組匯報(bào)完實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)后，很快有學(xué)生提出意見(jiàn)和建議：（1）教材實(shí)驗(yàn)為定性實(shí)驗(yàn)，此實(shí)驗(yàn)為定量實(shí)驗(yàn)，不適合采用教材的處理方式。（2）不應(yīng)用同一片材料多次依次滴加不同濃度的蔗糖溶液，而應(yīng)選同一部位相同位置的多片材料，分別滴加不同濃度的蔗糖溶液觀察質(zhì)壁分離狀態(tài)，清水一組作為對(duì)照。（3）蔗糖溶液的濃度要換算成物質(zhì)的量濃度，因?yàn)闈B透壓大小跟溶質(zhì)的分子數(shù)量有關(guān)。經(jīng)過(guò)一輪實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的匯報(bào)和修正完善后，每個(gè)小組對(duì)自的已實(shí)驗(yàn)課題有了更深刻的認(rèn)識(shí)，也同時(shí)經(jīng)歷了多個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思維訓(xùn)練。

另外，教師要有點(diǎn)評(píng)和指導(dǎo)，對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，要著重分析其一般性的規(guī)律，讓學(xué)生領(lǐng)悟?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)的一般思路和原則，比如對(duì)照原則和控制變量的方法。對(duì)于某些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的問(wèn)題，教師不要過(guò)早指出，讓學(xué)生在實(shí)踐中去發(fā)現(xiàn)，并自行調(diào)整方案。

3.4訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)操作能力的教學(xué)策略

拓展實(shí)驗(yàn)實(shí)施階段，從儀器的使用、試劑的配制、操作方法、注意事項(xiàng)等方面，對(duì)學(xué)生嚴(yán)格要求，使其具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和規(guī)范、熟練的操作能力。對(duì)于一些新的實(shí)驗(yàn)方法和儀器裝置的使用，要提前做演示和講解操作規(guī)范。

另外，教師在實(shí)踐中要引導(dǎo)學(xué)生自己摸索實(shí)驗(yàn)條件，想辦法改進(jìn)操作方法。例如，某小組探究“綠色蔬菜變黃過(guò)程中色素的變化”，預(yù)計(jì)提取、分離新鮮和放置變黃后的菠菜葉中的色素進(jìn)行比較，但時(shí)值5月，菠菜放在冰箱，沒(méi)變太黃前就腐爛了，教師要引導(dǎo)學(xué)生分析原因，摸索儲(chǔ)存條件，或探尋其他的實(shí)驗(yàn)方法。某小組探究“紅花檻木紫色葉片中的色素種類(lèi)”設(shè)計(jì)了用清水紙層析分離色素的實(shí)驗(yàn)組。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，濾紙條吸水后變軟變重，會(huì)貼壁或倒入水中。因此，不能像平時(shí)實(shí)驗(yàn)中那樣把濾紙條靠在試管或小燒杯壁上，學(xué)生自主進(jìn)行了改進(jìn)：使用試管架和夾子把濾紙條固定并吊在液面上方，保證下端沒(méi)入水中而不會(huì)整根濾紙條倒入水中。

3.5發(fā)展分析問(wèn)題能力的教學(xué)策略

由于拓展實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放性和不可預(yù)測(cè)性，所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往會(huì)與預(yù)期有偏差，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也會(huì)有很多意想不到的問(wèn)題出現(xiàn)。這些都是優(yōu)良的教學(xué)素材，是拓展實(shí)驗(yàn)相對(duì)教材實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)之一。教師要充分利用這些教學(xué)素材，調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維積極性，引導(dǎo)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，揭示實(shí)驗(yàn)結(jié)果所蘊(yùn)含的生物學(xué)規(guī)律;教會(huì)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)操作、變量控制等方面討論和分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題;提醒學(xué)生通過(guò)查閱相關(guān)資料，尋求幫助。例如，某小組在探究“質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)的替代材料”時(shí)選擇了幾種花的花瓣，發(fā)現(xiàn)多數(shù)花瓣表皮撕取困難，有的未撕下前就已明顯損壞，有些看似完好，清水制作裝片觀察時(shí)，細(xì)胞死亡內(nèi)容物釋出，視野中很快就一片混沌的花色。通過(guò)查閱相關(guān)書(shū)籍，分析可能是花冠的細(xì)胞壁相對(duì)較薄的原因。某小組“探究紫色洋蔥外表皮細(xì)胞的細(xì)胞液濃度”，發(fā)現(xiàn)同一部位的細(xì)胞在同一濃度蔗糖溶液中質(zhì)壁分離并不同步，原因可能有多種：撕取的外表皮厚薄不均勻，有的地方有細(xì)胞重疊;同一部位的細(xì)胞也可能由于生理狀態(tài)不同，細(xì)胞液濃度有差異等。

教師要重視實(shí)驗(yàn)過(guò)程中新生成的探究問(wèn)題。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也許會(huì)發(fā)現(xiàn)一些新的問(wèn)題，教師要提醒學(xué)生重視這一閃而過(guò)的新發(fā)現(xiàn)，鼓勵(lì)他們深入探究下去，也許會(huì)有意想不到的收獲。例如，在探究“紅花檵木紫色葉片中的色素”時(shí)，某課題小組發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：紅花檵木紫紅色的葉片，加無(wú)水乙醇后變綠色，提取液為濃的墨綠色，但是劃到濾紙條上，等干燥后又變?yōu)榧t色，研磨用的器皿，殘汁干了也恢復(fù)紅色。此時(shí)，教師要鼓勵(lì)他們查閱資料，尋找原因，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)自己的猜測(cè)。這樣一個(gè)逐步分析、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)尋找真相的過(guò)程更能促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力的提升。

要在全體學(xué)生范圍內(nèi)開(kāi)展分析和研討，讓每位學(xué)生都得到更多的思維機(jī)會(huì)，更有效提升分析問(wèn)題的能力。而且，通過(guò)全體噓聲頭腦風(fēng)暴，更易碰撞出思維火花，更好的解決問(wèn)題。

3.6學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)策略

最后，學(xué)習(xí)效果即學(xué)生科學(xué)探究能力提升的評(píng)價(jià)，采用訪談和問(wèn)卷調(diào)查的方式進(jìn)行。一方面是學(xué)生自己的主觀評(píng)價(jià)，另一方面是通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)題的解題能力比較進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。問(wèn)卷的題目設(shè)定，主要包括兩方面：學(xué)生自己的主觀評(píng)價(jià)題，自我評(píng)估在科學(xué)探究各方面能力是否有提升;選擇、整合高考卷和模擬卷中有代表性的實(shí)驗(yàn)試題，將上過(guò)拓展實(shí)驗(yàn)課的學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)組，另外選擇拓展實(shí)驗(yàn)開(kāi)展前與實(shí)驗(yàn)組學(xué)生生物成績(jī)相當(dāng)?shù)南嗤瑪?shù)量的學(xué)生作為對(duì)照組，評(píng)價(jià)分析實(shí)驗(yàn)組相比對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)題解題能力提高的情況。