基于生物實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的實(shí)踐研究

羅建義　吳志強(qiáng)

新一輪課改背景下高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)強(qiáng)調(diào)面向全體學(xué)生，倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與包括生物實(shí)驗(yàn)在內(nèi)的探究學(xué)習(xí)過(guò)程，以提高學(xué)生收集和處理信息、主動(dòng)獲取知識(shí)的能力?！翱茖W(xué)探究”是生物學(xué)核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容之一。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，若把教材知識(shí)融合在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行探究，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生鞏固教材知識(shí)，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)的價(jià)值，幫助學(xué)生在探究中形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究方法，學(xué)會(huì)用科學(xué)的思維對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，提升他們的科學(xué)探究素養(yǎng)。

1創(chuàng)設(shè)有吸引力的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮吞骄糠諊?/p>

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是對(duì)教材內(nèi)容的再現(xiàn)和驗(yàn)證，旨在加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握。其目的性強(qiáng)，但缺乏對(duì)學(xué)生獲取知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)，缺失結(jié)論的探究體驗(yàn)，無(wú)助于學(xué)生探究素養(yǎng)的提高。因此，教師需要根據(jù)具體學(xué)情，對(duì)教材中的一些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一定的調(diào)整，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的興趣，這對(duì)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的養(yǎng)成將起到重要作用。

在開(kāi)展“植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原”實(shí)驗(yàn)時(shí)，傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)已無(wú)法激發(fā)學(xué)生的思維和興趣。于是，教師將此實(shí)驗(yàn)的目的調(diào)整為探究不同種類的植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象的條件。在教師的預(yù)設(shè)下，引導(dǎo)學(xué)生分別選用紫色洋蔥的內(nèi)表皮細(xì)胞、花生的種子細(xì)胞、植物莖尖分生區(qū)細(xì)胞、菠菜葉肉細(xì)胞與紫色洋蔥的外表皮細(xì)胞進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)選擇紫色洋蔥外表皮細(xì)胞為實(shí)驗(yàn)材料的原因有了充分的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)試劑方面，除了0.3%的蔗糖溶液外，還選擇了3%的蔗糖溶液，3%的尿素、KNO₃、乙二醇溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在探究、觀察、比較與分析后得出了結(jié)論。有部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，3%的尿素、KNO₃、乙二醇溶液中的植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)復(fù)原現(xiàn)象。教師可以引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)探究，分析產(chǎn)生這種結(jié)果的本質(zhì)原因，使實(shí)驗(yàn)探究走向更深處。

在寬松的實(shí)驗(yàn)探究氛圍中，適當(dāng)改換實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?chuàng)設(shè)一系列的問(wèn)題情境，吸引學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)中來(lái)，積極開(kāi)發(fā)他們的想象力。只要學(xué)生有想法，教師應(yīng)當(dāng)積極給予鼓勵(lì)和幫助。學(xué)生體驗(yàn)了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)操作、結(jié)論推導(dǎo)的整個(gè)環(huán)節(jié)，更好地培養(yǎng)了他們的探究素養(yǎng)和創(chuàng)新精神。

2創(chuàng)設(shè)自主性的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和改變

以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為基石，根據(jù)教材實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和時(shí)間，分階段、分層次的開(kāi)展學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生自主探究。教師可以分別對(duì)檢測(cè)試劑、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行改變，并從這三個(gè)視角進(jìn)行差異性分析，創(chuàng)設(shè)學(xué)生自己動(dòng)腦、動(dòng)嘴、動(dòng)手的學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)生探索的欲望和獨(dú)立思考的積極性。

2.1創(chuàng)設(shè)改變檢測(cè)試劑的差異性分析

改變?cè)噭┑牟町愋苑治?，指在自主探究的?shí)驗(yàn)教學(xué)中，改變檢測(cè)試劑后常會(huì)引起實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)論的變化，繼而引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)論的差異性進(jìn)行分析，以促進(jìn)學(xué)生探究技能的全面提升。這種改變，旨在利用不同試劑反映探究問(wèn)題的不同側(cè)面，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)探究問(wèn)題進(jìn)行多角度認(rèn)識(shí)，使學(xué)生對(duì)探究問(wèn)題的認(rèn)識(shí)更加全面。

在“溫度對(duì)酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)中，教材選擇碘液作為檢測(cè)試劑。有部分學(xué)生提出，用斐林試劑或班氏試劑能不能作為檢測(cè)試劑呢？面對(duì)這樣的疑問(wèn)，教師應(yīng)該及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析。比如，預(yù)測(cè)不同檢測(cè)劑的檢測(cè)對(duì)象、使用條件的差異性，預(yù)判實(shí)驗(yàn)成功的可能性等。然后，再讓學(xué)生利用不同的檢測(cè)試劑開(kāi)展平行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。通過(guò)這樣的分析后，學(xué)生不僅對(duì)“溫度對(duì)酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)更深刻，同時(shí)地對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究有了正確的理解。

當(dāng)然，探究素養(yǎng)的培養(yǎng)要結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、條件、檢測(cè)試劑等特點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)的具體情境來(lái)進(jìn)行，不可盲目或生硬改變。

2.2創(chuàng)設(shè)改變實(shí)驗(yàn)步驟的差異性分析

改變實(shí)驗(yàn)步驟的差異性分析，指在學(xué)生自主探究中，教師可以有意地改變實(shí)驗(yàn)步驟，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注步驟改變前后的現(xiàn)象改變，對(duì)實(shí)驗(yàn)中提出的問(wèn)題、現(xiàn)象、失敗的原因細(xì)致考慮。要求學(xué)生多問(wèn)“為什么”，全面系統(tǒng)地分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒉僮饕笈c實(shí)驗(yàn)步驟改變之間的關(guān)系，提高探究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果，從而促進(jìn)學(xué)生探究技能的提高。這種改變，可以使學(xué)生更加明晰不同的實(shí)驗(yàn)步驟與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)論之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，正確理解選擇恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)步驟的必要性與不可替代性。實(shí)驗(yàn)步驟的改變可以根據(jù)預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)步驟，從實(shí)驗(yàn)組別的增減，自變量、無(wú)關(guān)變量的變化，處理方式的調(diào)整，步驟的互換等方面考慮。

如“探究pH值對(duì)酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)中，常規(guī)實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)為：①取同型號(hào)的試管9只依次標(biāo)號(hào)，分別加入2mL 0.5%的可溶性淀粉溶液，相應(yīng)的緩沖液3mL，使各試管中溶液的pH值依次穩(wěn)定在3、4、5、6、7、8、9、10、11；②將9只試管在37℃的溫度下恒溫水浴，分別向9只試管中加入0.5%的唾液1mL；③每隔1min從第5號(hào)試管（即pH為7的試管）中取出1滴反應(yīng)液，滴在比色板上，加1滴碘液顯色，待呈橙黃色時(shí)，立即取出9支試管，加碘液顯色并比色，記錄結(jié)果；④分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出結(jié)論。

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生可以對(duì)以上步驟進(jìn)行有目的的改變。有的學(xué)生認(rèn)為9只試管過(guò)多，建議縮小試管中溶液的pH梯度，或保留其中的某幾只試管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；有的學(xué)生困惑溫度設(shè)置的時(shí)間究竟是在加酶之前還是加酶之后，于是他們?cè)O(shè)計(jì)將實(shí)驗(yàn)的第一步與第二步進(jìn)行互換；有的學(xué)生想知道無(wú)關(guān)變量究竟與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有沒(méi)有關(guān)系，他們或用20℃的恒溫水浴，或改變第5號(hào)試管的比色時(shí)間。學(xué)生對(duì)步驟改變前后觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比，甄別其相似程度，對(duì)出現(xiàn)的誤差進(jìn)行分析。這樣做，學(xué)生不僅認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)的合理性，更讓他們觸及實(shí)驗(yàn)探究問(wèn)題的本質(zhì)，對(duì)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的提高具有重要意義。

實(shí)驗(yàn)步驟的改變依然要根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃砗蜅l件，可以是針對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的探究，也可以是對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)。切不可一味地追求改變而隨意改變，科學(xué)的改變是學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的開(kāi)始，是學(xué)生探究科學(xué)素養(yǎng)提高的表現(xiàn)。

2.3創(chuàng)設(shè)改變實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異性分析

改變實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異性分析，指在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中，教師可適當(dāng)添加實(shí)驗(yàn)材料，調(diào)整實(shí)驗(yàn)用具，改變實(shí)驗(yàn)方法，獲得各種不同于預(yù)設(shè)結(jié)果的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸因分析，橫向比較造成結(jié)果的差異性，縱向比較導(dǎo)致相應(yīng)結(jié)果的原因，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的認(rèn)識(shí)能夠反映現(xiàn)象本真。旨在培養(yǎng)學(xué)生的探究技能素養(yǎng)，有利于學(xué)生分析、質(zhì)疑及探究能力的提高。這種改變，要立足結(jié)果差異，根據(jù)當(dāng)時(shí)的具體條件，選材、器材的性能等多方面考慮，切忌分析不徹底，比較不到位。

如在探究淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖作用的專一性實(shí)驗(yàn)中，A組學(xué)生嚴(yán)格按照教材的建議以斐林試劑作為檢測(cè)試劑，發(fā)現(xiàn)在淀粉溶液中加入淀粉酶水解，再加入斐林試劑水浴加熱后出現(xiàn)了磚紅色沉淀，蔗糖溶液在相同的條件下做相同處理后卻無(wú)顏色變化。學(xué)生基于此得出淀粉酶對(duì)底物的催化具有專一性的結(jié)論。B組學(xué)生在討論的基礎(chǔ)上，以碘液作為檢測(cè)試劑進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)含有淀粉溶液的試管藍(lán)色褪去，含有蔗糖溶液的試管無(wú)顏色變化。組間交流后，B組學(xué)生認(rèn)為他們?cè)O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)也得出了酶具有專一性的結(jié)論，但A組學(xué)生卻堅(jiān)持認(rèn)為B組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是錯(cuò)誤的。教師隨即引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生成的問(wèn)題進(jìn)行歸因分析，橫向比較造成結(jié)果差異的原因。A組學(xué)生以斐林試劑作為檢測(cè)試劑，側(cè)重于對(duì)淀粉水解后產(chǎn)物的鑒定。B組學(xué)生選用碘液作為檢測(cè)試劑，只能說(shuō)明淀粉酶對(duì)淀粉的催化程度如何，側(cè)重于對(duì)底物剩余量的鑒定。淀粉酶能否催化蔗糖的水解，僅以溶液顏色未變是無(wú)法判斷的。因此，B組學(xué)生得出的結(jié)論是不準(zhǔn)確的。同時(shí)，分析實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組出現(xiàn)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理論基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生充分認(rèn)識(shí)淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解的實(shí)質(zhì)。顏色變化僅是表象，能否發(fā)生水解反應(yīng)才是問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。教師要根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)改變前后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果多做差異性分析，對(duì)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的提升有較大幫助。

3創(chuàng)設(shè)多元化的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

多元化的教學(xué)評(píng)價(jià)是對(duì)學(xué)生的發(fā)展性評(píng)價(jià)，既關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，更關(guān)注他們的學(xué)習(xí)過(guò)程；既要關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的水平，更要關(guān)注他們?cè)趯W(xué)習(xí)活動(dòng)中所表現(xiàn)出來(lái)的情感與態(tài)度。這種評(píng)價(jià)，可幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)自己在學(xué)習(xí)策略、思維、習(xí)慣上的長(zhǎng)處與不足，認(rèn)識(shí)自我，樹(shù)立信心，真正體驗(yàn)到自己的成功與進(jìn)步。

在探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可創(chuàng)設(shè)多元化的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、探究過(guò)程進(jìn)行判定。評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖欠裢瓿?，學(xué)生探究是否主動(dòng)，測(cè)量方法是否恰當(dāng)，測(cè)定數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，依據(jù)的實(shí)驗(yàn)方案是否合理等。通過(guò)評(píng)價(jià)，教師對(duì)課堂中生成的問(wèn)題及時(shí)給予反饋，對(duì)學(xué)生取得的階段性成果不斷肯定，不斷激發(fā)學(xué)生探究素養(yǎng)的提高。

如在研究“滲透作用”的實(shí)驗(yàn)中，教師要對(duì)各小組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案、半透膜的選擇、儀器的安裝、對(duì)滲透作用的理解狀況、小組內(nèi)各位學(xué)生的參與程度及表現(xiàn)進(jìn)行判定。根據(jù)擬定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)各小組的實(shí)驗(yàn)預(yù)案及狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定其等級(jí)，引導(dǎo)后進(jìn)小組選擇或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，促進(jìn)他們對(duì)探究方案的預(yù)判與選擇能力的提升。在實(shí)驗(yàn)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程、測(cè)定的方法、現(xiàn)象的觀察、結(jié)論的科學(xué)性、實(shí)驗(yàn)人員的情感表現(xiàn)等方面予以評(píng)價(jià)。教師積極采用小組自評(píng)、組間互評(píng)及教師總評(píng)相結(jié)合的方式，作出科學(xué)公證的評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的提升。

科學(xué)探究素養(yǎng)是生物學(xué)核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，基于生物實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)的有效實(shí)踐，可以引導(dǎo)學(xué)生從不同側(cè)面理解教材實(shí)驗(yàn)，形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究方法。多元化的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，更使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)探究的科學(xué)性有了充分的認(rèn)識(shí)，促使學(xué)生科學(xué)探究的素養(yǎng)不斷提升。