在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的探究

尹虎軍

摘 要：高中生物教學(xué)活動(dòng)中，不管是哪一個(gè)模塊的教學(xué)，都跟實(shí)驗(yàn)有密切的關(guān)系。因此，通過(guò)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)生物學(xué)科核心素養(yǎng)是最直接、最有效的途徑，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是落實(shí)生物核心素養(yǎng)的一個(gè)重要方向。本文通過(guò)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中嘗試基于“問(wèn)題串”式的實(shí)驗(yàn)實(shí)施、運(yùn)用“類(lèi)比推理”法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及對(duì)教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)逆向提問(wèn)三個(gè)方面來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效率的提升，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維能力，發(fā)展了學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維;高中生物;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在高中階段進(jìn)行科學(xué)思維的培養(yǎng)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，科學(xué)思維也是生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的根本。在高中生物教學(xué)中，探究生物學(xué)科中各種現(xiàn)象或者是問(wèn)題時(shí)，都需要學(xué)生們使用科學(xué)的思維方式，以此來(lái)有效解釋相關(guān)的現(xiàn)象和規(guī)律。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的自覺(jué)能動(dòng)性創(chuàng)造了良好的實(shí)踐環(huán)境和條件。本文從以下三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)。

一、基于“問(wèn)題串”式的實(shí)驗(yàn)實(shí)施來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

高中生物學(xué)科科學(xué)思維培養(yǎng)的最佳載體是生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，而實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維培養(yǎng)的方法與途徑則是基于實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)出具有極強(qiáng)邏輯性的“問(wèn)題串”，通過(guò)“問(wèn)題串”的分析與解答使學(xué)生掌握必備的生物學(xué)知識(shí)，同時(shí)自然生成生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)思維模式。針對(duì)高中生物教材中具體的實(shí)驗(yàn)還可設(shè)置更多啟發(fā)性極強(qiáng)的“問(wèn)題串”。

例如，在“觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布”實(shí)驗(yàn)中，我們可以如此設(shè)計(jì)“問(wèn)題串”：

1.實(shí)驗(yàn)原理分析的“問(wèn)題串”：DNA和RNA分子本身有顏色嗎？如果沒(méi)有顏色怎么辦？要染色則用什么染色劑來(lái)染色？甲基綠-吡羅紅混合染液的作用機(jī)理是什么？能否單獨(dú)使用其中的一種染色劑？能否選擇葉肉細(xì)胞或帶有色素的細(xì)胞來(lái)作為本實(shí)驗(yàn)的材料？細(xì)胞膜是一種半透膜，那么染色劑甲基綠-吡羅紅能否進(jìn)入細(xì)胞？要使染色物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞怎么辦？鹽酸在本實(shí)驗(yàn)中的作用是什么？

利用“問(wèn)題串”的分析與討論，很容易讓學(xué)生得到這樣的知識(shí)內(nèi)容：DNA和RNA分子沒(méi)有顏色，想要觀察到他們?cè)诩?xì)胞中的分布，則需要染色才行，要選用甲基綠-吡羅紅混合染液，不能用單一染色劑染色，如用甲基綠染色則把DNA和RNA都染成綠色就無(wú)法看到分布情況，故必須要通過(guò)兩種染色物質(zhì)對(duì)DNA和RNA的親和力不同而產(chǎn)生的競(jìng)爭(zhēng)才著上不同的顏色，由于該實(shí)驗(yàn)是通過(guò)染色來(lái)觀察的，因此，不能選擇本身有色素或有葉綠體的葉肉細(xì)胞來(lái)做實(shí)驗(yàn)，不然本身的色素會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

2.實(shí)驗(yàn)材料用具及步驟中的“問(wèn)題串”：本實(shí)驗(yàn)選擇的材料是什么？甲基綠-吡羅紅混合染液是如何配制與使用的具體的實(shí)驗(yàn)步驟應(yīng)怎樣設(shè)計(jì)？取口腔上皮細(xì)胞制片步驟的注意事項(xiàng)是什么？水解步驟的注意事項(xiàng)是什么？對(duì)涂片為什么要用緩水流沖洗？染好色的圖片觀察是怎樣使用顯微鏡？

利用“問(wèn)題串”的分析與討論，很容易讓學(xué)生得到這樣的知識(shí)內(nèi)容：本實(shí)驗(yàn)選擇的材料可以是無(wú)色的洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細(xì)胞，也可以是人的口腔上皮細(xì)胞，而甲基綠-吡羅紅混合染液必須是現(xiàn)配現(xiàn)用，且A液與B液要按照1：4的比例混合使用。本實(shí)驗(yàn)的制片需要經(jīng)取材、水解、沖洗涂片、染色等四步，在制片步驟中要對(duì)涂片進(jìn)行烘干，其目的是固定細(xì)胞;水解步驟中要注意時(shí)間與溫度的控制，不然水解過(guò)度則會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的整體性破壞，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾;殘留在涂片上的鹽酸會(huì)解離過(guò)度必須進(jìn)行沖洗，但不能用急水流沖洗，不然導(dǎo)致細(xì)胞被沖走而無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn);染好的涂片就要進(jìn)行觀察，通常是先低倍鏡后高倍鏡觀察。

二、運(yùn)用“類(lèi)比推理”法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

“類(lèi)比推理”就是根據(jù)兩個(gè)對(duì)象之間在某些方面的相同或相似，推論出它們?cè)谄渌矫嬉部赡芟嗤蛳嗨频囊环N方法，該方法是科學(xué)研究中常用的方法之一，包括生物科學(xué)研究在內(nèi)，很多科學(xué)研究在研究過(guò)程中都經(jīng)常使用“類(lèi)比推理”的方法，在生物教材中，也經(jīng)?？梢钥吹健邦?lèi)比推理”的實(shí)例，如細(xì)胞學(xué)說(shuō)建立、薩頓的假說(shuō)、人腦與電腦等，這些都體現(xiàn)出“類(lèi)比推理”在生物教學(xué)中的重要性。

例如，在“生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制”實(shí)驗(yàn)中，老師可以引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用“類(lèi)比推理”的方法來(lái)理解該實(shí)驗(yàn)，此實(shí)驗(yàn)是通過(guò)向自來(lái)水、緩沖液及不同生物材料中加入鹽酸或者氫氧化鈉溶液，引起相關(guān)試劑的pH發(fā)生不同變化，得出生物內(nèi)的液體環(huán)境與緩沖液相似而不同于自來(lái)水，從而類(lèi)比說(shuō)明生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制。另外，在“嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型”實(shí)驗(yàn)中也涉及到“類(lèi)比推理”，學(xué)生在學(xué)習(xí)了真核細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以后，可以嘗試來(lái)制作細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)的模型。這種就是根據(jù)已知的知識(shí)讓學(xué)生進(jìn)行空間的想象，通過(guò)結(jié)構(gòu)上的相似性進(jìn)行相應(yīng)的推理類(lèi)似的模型，這種就是使學(xué)生的思維能夠得到進(jìn)一步的開(kāi)拓，也能更好的使學(xué)生理解真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及空間構(gòu)型，并且達(dá)到加深記憶的效果。

“類(lèi)比推理”是一種十分有效的邏輯思維方法，將其運(yùn)用到高中生物教學(xué)中進(jìn)行充分的融合，不僅能幫助學(xué)生更加明確生物概念和相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的積累，更有助于學(xué)生提升自身對(duì)問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)、分析和解決能力。在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的“類(lèi)比推理”能力是一項(xiàng)重要的教學(xué)內(nèi)容，為了提高教學(xué)質(zhì)量，“類(lèi)比推理”有助于學(xué)生在生物學(xué)習(xí)時(shí)舉一反三、靈活運(yùn)用。在“類(lèi)比推理”教學(xué)下，學(xué)生不但激發(fā)了學(xué)習(xí)的積極性，還促進(jìn)了創(chuàng)造思維能力的發(fā)展，在知識(shí)的學(xué)習(xí)上更富有深度與廣度，形成了完整的知識(shí)體系?！邦?lèi)比推理”的課堂上，氣氛活躍，師生之間能夠進(jìn)行有效交流，為學(xué)生綜合能力的發(fā)展提供了廣闊的空間。

三、對(duì)教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)逆向提問(wèn)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

高中生物教材中的實(shí)驗(yàn)是高中生物教學(xué)的重要組成部分，也是教學(xué)的良好素材，我們可以通過(guò)對(duì)高中生物教材中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)逆向來(lái)引導(dǎo)學(xué)生去完善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使其實(shí)驗(yàn)更加的嚴(yán)密可靠，很自然的生成科學(xué)思維模式。

例如，在“體驗(yàn)制備細(xì)胞膜的方法”實(shí)驗(yàn)中講授到細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子是怎樣排列時(shí)，我們可以這樣進(jìn)行逆向提問(wèn)設(shè)計(jì)：

1.如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明細(xì)胞膜中的磷脂分子為兩層？

學(xué)生們就會(huì)積極地思考并回答：可以將細(xì)胞膜中的磷脂提取出來(lái)，然后在空氣——水界面上鋪展成單個(gè)分子層，測(cè)量其面積并與細(xì)胞的表面積比較，若是磷脂的面積是細(xì)胞表面積的二倍，則可以證明細(xì)胞膜中的磷脂分子是排列成連續(xù)的兩層，否則就不是。

2、要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的必須要獲得較純凈的細(xì)胞膜，選擇什么樣的細(xì)胞才好？

可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行這樣的思考：本實(shí)驗(yàn)是探究細(xì)胞膜中脂質(zhì)的排布情況，則我們提取的細(xì)胞膜純度必須要高，也就是說(shuō)不能有細(xì)胞器膜和核膜等其他膜結(jié)構(gòu)。另一方面，要思考怎么樣才能更好讓細(xì)胞內(nèi)容物釋放，留下空殼的細(xì)胞膜，通過(guò)這一系列的引導(dǎo)思考，很容易讓學(xué)生們聯(lián)想到哺乳動(dòng)物的成熟紅細(xì)胞。

3、如何讓哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞破裂？如何分離并提取出細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子？

可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行這樣的思考：哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞沒(méi)有細(xì)胞壁的束縛，在蒸餾水中就很容易吸水漲破，故可直接將紅細(xì)胞放入蒸餾水即可使其吸水漲破;要將細(xì)胞膜和內(nèi)容物等分離怎么辦？可直接想到差速離心法來(lái)處理;但是細(xì)胞膜中除了有脂質(zhì)還有蛋白質(zhì)和糖類(lèi)怎么將脂質(zhì)提取出來(lái)呢？實(shí)際上教材中就明確提出是用丙酮來(lái)提取的脂質(zhì);為什么要選用丙酮作為脂質(zhì)溶劑？因丙酮易溶于水，不會(huì)漂浮在水面，也就不會(huì)影響單層分子層的面積，使其實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確。

總之，隨著時(shí)代的發(fā)展，社會(huì)對(duì)人才的需求逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袆?chuàng)造思維和理性分析能力的腦力勞動(dòng)者，“科學(xué)思維”作為開(kāi)展思維教育的生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的內(nèi)容之一，急需落實(shí)于實(shí)踐。然而教育行業(yè)的一線工作者在高考等諸多方面的壓力下，將課堂教學(xué)的更多注意力放在了傳授學(xué)科知識(shí)上，忽略對(duì)學(xué)生科學(xué)思維和個(gè)人發(fā)展所需品格的培養(yǎng)。可見(jiàn)，落實(shí)科學(xué)思維，能增加學(xué)生的探究欲望和興趣，提升科學(xué)思維、探究能力和表達(dá)能力，有助于培養(yǎng)具健全人格和終生發(fā)展素養(yǎng)的人才。所以，作為高中生物教師，一定要將核心本位理念落實(shí)到位，強(qiáng)化自身對(duì)核心素養(yǎng)的認(rèn)識(shí)，以此來(lái)有效培養(yǎng)學(xué)生們的生物核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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本文是甘肅省教育科學(xué)“十三五”2019年度一般規(guī)劃課題“基于核心素養(yǎng)的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究”（批準(zhǔn)號(hào)：GS[2019]GHB1009）的成果之一。