基于科學(xué)探究的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

曹冬林

生物學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，任何生物學(xué)結(jié)論和規(guī)律都是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)而得出的?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱《新課標(biāo)》）提出科學(xué)探究等核心素養(yǎng)很好地體現(xiàn)了生物學(xué)科的本質(zhì)。那么，在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何使科學(xué)探究核心素養(yǎng)落地？下面就此展開探索。

1 關(guān)于科學(xué)探究的核心素養(yǎng)

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生后天習(xí)得的終身受益成果，是公民基本素養(yǎng)的重要組成之一，是學(xué)生在解決真實(shí)情境中的生物學(xué)問題時所表現(xiàn)出來的必備品格和關(guān)鍵能力。生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任?？茖W(xué)探究是指能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的生物學(xué)問題，針對特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問、實(shí)驗(yàn)設(shè)計、方案實(shí)施以及結(jié)果的交流與討論的能力。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的最直接、最有效途徑。但現(xiàn)階段的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)仍習(xí)慣以學(xué)科知識教學(xué)為重心，對科學(xué)探究素養(yǎng)不重視，很多實(shí)驗(yàn)只強(qiáng)調(diào)一般探究環(huán)節(jié)，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能具體而明確地體現(xiàn)科學(xué)探究能力，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生科學(xué)探究核心素養(yǎng)的發(fā)展?？茖W(xué)探究能力是指從科學(xué)探究過程中發(fā)掘的、以心智技能為中心的特殊技能，也是學(xué)生在探究學(xué)習(xí)過程中必須學(xué)習(xí)和掌握的基本技能。

2 在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)探究的探索

2.1 精化問題情境，激發(fā)科學(xué)探究的意識

生物學(xué)教師要想提升學(xué)生的科學(xué)探究核心素養(yǎng)，首先要培養(yǎng)學(xué)生的探究意識。只有激發(fā)學(xué)生的探究潛能和欲望，才能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。教師在教學(xué)的過程中要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況，找到學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，然后按照相關(guān)的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)聯(lián)性的問題情境，以此為載體展開課堂教學(xué)，并將其貫穿到教學(xué)活動中的各個環(huán)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師可將教學(xué)目標(biāo)設(shè)計成帶有內(nèi)在邏輯關(guān)聯(lián)的、貼近學(xué)生認(rèn)知水平的問題串。教師要巧借問題串，激發(fā)學(xué)生的求知欲，挖掘?qū)W生的探究潛能，讓學(xué)生能夠因此產(chǎn)生積極的情感體驗(yàn)和濃厚的學(xué)習(xí)興趣?；谶@種情感體驗(yàn)和興趣基礎(chǔ)，學(xué)生能在在求知中獲得樂趣，在快樂中收獲新知，促進(jìn)科學(xué)探究素養(yǎng)的形成。

例如，在“觀察葉綠體”實(shí)驗(yàn)教學(xué)之前，教師要使學(xué)生先弄清楚觀察的內(nèi)容、觀察胞質(zhì)環(huán)流現(xiàn)象的方式，再進(jìn)一步探究加強(qiáng)胞質(zhì)環(huán)流現(xiàn)象的措施。這樣可使學(xué)生先明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膶?shí)驗(yàn)活動，再進(jìn)行細(xì)致地、有目標(biāo)地去進(jìn)行觀察活動，并進(jìn)一步完成探究過程，從而培養(yǎng)觀察和實(shí)踐能力。另外，教師還可利用問題串，拓展學(xué)生科學(xué)探究的深度和廣度，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。再根據(jù)教學(xué)實(shí)際情況進(jìn)行大膽的實(shí)踐和創(chuàng)新，驅(qū)動學(xué)生進(jìn)行主動探究和主動思考。這樣不僅可以將學(xué)生的問題意識激發(fā)出來，還拓展學(xué)生思維的廣度和深度。

2.2 優(yōu)化教學(xué)方法，誘導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法選取得當(dāng)?shù)脑挘瑢⒂兄趯W(xué)生獲取科學(xué)探究的方法，如果沒有一定的科學(xué)探究的方法，科學(xué)探究將無從談起。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師選擇適宜的教學(xué)方法，如角色扮演教學(xué)法、互動游戲式教學(xué)法、構(gòu)建物理模型教學(xué)法等，不僅可以活躍課堂氣氛，突出學(xué)生的主體地位，還能優(yōu)化學(xué)生的科學(xué)探究方法，增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。

首先，教師要指導(dǎo)學(xué)生了解和掌握探究方法。讓學(xué)生能夠了解和掌握科學(xué)探究的一般方法是探究性學(xué)習(xí)實(shí)施的一個重要目標(biāo)。一般來說，科學(xué)探究主的方法主要包括綜合、分析、判斷、推理等和獲取信息、收集證據(jù)、調(diào)查、實(shí)驗(yàn)、觀察等思維方法。教師只有先讓學(xué)生掌握探究學(xué)習(xí)的方法，才能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度由要我學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)槲乙獙W(xué)，從學(xué)會轉(zhuǎn)變?yōu)闀W(xué)。

例如，在“酶”一節(jié)課的教學(xué)中，通過設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案并探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用、探究pH對過氧化氫酶的影響、探究溫度對唾液淀粉酶的影響，從而提出確定酶的最適溫度和最適pH的方法。在對已有實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論的進(jìn)行歸納總結(jié)基礎(chǔ)上，學(xué)生進(jìn)一步開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，使自己的科學(xué)探究方法在科學(xué)探究過程中得到進(jìn)一步提升和改善。

2.3 深化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，拓展科學(xué)探究的渠道

在實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，生物學(xué)教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容開展一些拓展式的探究性實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生提供一個能夠合作、交流、動腦思考以及探究創(chuàng)新的平臺和空間，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究欲，促進(jìn)學(xué)生的主動地進(jìn)行科學(xué)探究。更重要的是，生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中不僅要動腦還要動手，在動手的過程中可以加強(qiáng)對一些理論知識的認(rèn)識，而且實(shí)踐能力也因此得到有效的提升。

在進(jìn)行“觀察洋蔥表皮細(xì)胞質(zhì)壁分離以及質(zhì)壁分離復(fù)原”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的教學(xué)時，筆者先帶領(lǐng)學(xué)生做一個演示性的實(shí)驗(yàn)。在達(dá)到教學(xué)目標(biāo)以后，教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際情況，引導(dǎo)學(xué)生向探究的方向逐步邁進(jìn)：①實(shí)驗(yàn)操作方法是否有可以進(jìn)一步簡化，以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)效率的提高？②除了蔗糖溶液，是否可以使用其他的試劑？③實(shí)驗(yàn)是否只能用洋蔥的紫色外表皮細(xì)胞？換做其他的植物細(xì)胞能否可以？學(xué)生帶著這些問題，設(shè)計和探索實(shí)驗(yàn)。學(xué)生經(jīng)過探討、實(shí)踐和思考之后，得出如下的結(jié)論：①可以進(jìn)一步簡化實(shí)驗(yàn)操作，如直接掀開蓋玻片，滴加蔗糖溶液。這樣既可以省略幾次重復(fù)滴加試劑以及利用吸水吸紙吸引的步驟，縮短操作時間，又可以防止實(shí)驗(yàn)操作者因?yàn)椴僮鞑划?dāng)而對顯微鏡造成污染。②蔗糖溶液有較強(qiáng)的黏性，容易對顯微鏡造成污染。該實(shí)驗(yàn)可以使用其他的試劑如KN03代替。KN03使用過程中還省略了給植物細(xì)胞滴加清水的步驟而發(fā)生自動質(zhì)壁分離復(fù)原。③除了使用洋蔥外表皮細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)對象，還可以使用其他的植物細(xì)胞。這種基于課本實(shí)驗(yàn)、適度拓展實(shí)驗(yàn)、提出新的實(shí)驗(yàn)問題、讓學(xué)生進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計和實(shí)施的探究過程使學(xué)生的科學(xué)探究能力得到了培養(yǎng)和提升。

2.4 細(xì)化實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，落實(shí)科學(xué)探究素養(yǎng)

《新課標(biāo)》對學(xué)生生物實(shí)驗(yàn)技能方面只給出了描述性的指導(dǎo)原則，沒有根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平和規(guī)律進(jìn)行具體化。目前還未有太多研究對學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練和發(fā)展的目標(biāo)進(jìn)行全面提煉和整理，并形成相應(yīng)的目標(biāo)體系。筆者以“基于方法觀傳授知識、基于過程觀培養(yǎng)能力、基于綜合性提高創(chuàng)新意識”為實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，構(gòu)建了“一條主線、三個層次”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)新體系，以能力培養(yǎng)為主線，從基本技能訓(xùn)練、綜合探究實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新設(shè)計實(shí)驗(yàn)三個層次實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從而提高學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

只有細(xì)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)，才能科學(xué)地進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計。因此根據(jù)《新課標(biāo)》，結(jié)合生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際，教師全面地整理和細(xì)化了實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，形成我校生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的三維目標(biāo)體系。知識目標(biāo)強(qiáng)調(diào)的是知識的基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性;能力目標(biāo)著重培養(yǎng)學(xué)生的提出問題的能力、獲取信息的能力、探究能力和創(chuàng)新能力;情感領(lǐng)域目標(biāo)則注重科學(xué)價值、科學(xué)態(tài)度等的培養(yǎng)。

2.5 量化實(shí)驗(yàn)評價，保障科學(xué)探究的落地

實(shí)驗(yàn)探究的目的并不在于全班得到統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而重在使學(xué)生真正參與探究過程，讓學(xué)生懂得科學(xué)的探究方法，讓他們的創(chuàng)新意識得到發(fā)揮。在“交流評價”環(huán)節(jié)比普通的實(shí)驗(yàn)多一個交流模塊，一般有2個交流模塊：一個模塊放在實(shí)驗(yàn)前，交流個人提出探究問題及設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案，重點(diǎn)評價學(xué)生能否提出值得探究的問題，并進(jìn)行猜想和假設(shè);另一個則放在實(shí)驗(yàn)操作之后，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析交流以及對實(shí)驗(yàn)中的各種特異情況作進(jìn)一步的探究。評價以激勵性評價為主，重點(diǎn)評價學(xué)生：能否獨(dú)立正確地完成實(shí)驗(yàn)操作方法：能否科學(xué)地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如實(shí)地記錄實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)：能否對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或收集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納或概括出實(shí)驗(yàn)的結(jié)論;能否與他人交流成果且有所獲益等。另外還設(shè)置了成果展示欄，對學(xué)生的優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)報告、課外實(shí)驗(yàn)探究、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計、研究性成果進(jìn)行展示匯報，讓學(xué)生感受和分享成功的快樂，更激發(fā)他們參與實(shí)驗(yàn)的熱情和參與實(shí)驗(yàn)探究的激情。

實(shí)驗(yàn)中有很多現(xiàn)象并不象預(yù)設(shè)的一樣。對新生成的實(shí)驗(yàn)問題，學(xué)生不能根據(jù)現(xiàn)象作出結(jié)論判斷。教師通過交流評價環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生展開激烈的討論。每一個學(xué)生都參與實(shí)驗(yàn)分析，通過層層分析、步步推進(jìn)，逐步深入對問題的認(rèn)識，然后提出新問題，并且自主設(shè)計新的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探究解決，作出合理解釋。例如，有一組學(xué)生在探究用淀粉酶探究pH對酶活性影響時，觀察到淀粉酶在堿性條件下溶液遇碘不變藍(lán)。實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的“意外”是否說明“淀粉酶在堿性條件下活性很高”呢？該組學(xué)生為了找出原因，積極展開了進(jìn)一步的探究。首先，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果溶液不變藍(lán)，提出第一個新的設(shè)想：“試管中的淀粉被完全分解了嗎？”他們改用斐林試劑檢測，并沒有觀察到磚紅色沉淀，得出結(jié)論：“淀粉沒有被分解”。那么，什么原因阻止了淀粉和碘液的顯色反應(yīng)呢？考慮到加HCI與加NaOH實(shí)驗(yàn)組之間唯一區(qū)別在于pH不同，該組學(xué)生提出第二個設(shè)想：“碘液在堿性條件下可以和淀粉反應(yīng)？”他們先往該試管的溶液中加入1 mL的HCl溶液用以中和NaOH溶液，再滴加碘液，此時溶液變?yōu)樯钏{(lán)色。于是，實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)“意外”的原因終于大白了，是檢測的試劑選擇不當(dāng)，碘液會與NaOH反應(yīng)，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)該選擇斐林試劑進(jìn)行檢測比較合適。

又如，在進(jìn)行“光合色素的提取與分離”實(shí)驗(yàn)教學(xué)時，除了按教材中的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)展開教學(xué)外，還在生物學(xué)科教室中讓學(xué)生分組自行選擇實(shí)驗(yàn)課題和設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行深度評價。實(shí)驗(yàn)課題有：光合作用真的離不開葉綠素嗎？植物葉片在生長過程中色素種類和含量會變化嗎？不同植物葉片所含色素種類和含量有區(qū)別嗎、綠葉為什么變黃？……在學(xué)生實(shí)驗(yàn)的過程中，教師用攝像機(jī)或手機(jī)拍攝和采集學(xué)生創(chuàng)新或不當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)方法和操作過程，作為分析評價的內(nèi)容。通過電腦和投影儀向全班學(xué)生展示所拍攝的實(shí)驗(yàn)過程錄像，組織評價和探討下列實(shí)驗(yàn)操作是否恰當(dāng)：在充分研磨葉片之后，立即加入CaCO3;把10 mL無水乙醇一次性加入研缽進(jìn)行研磨;沿鉛筆線連續(xù)多次畫濾液細(xì)線;用100 mL量筒而未用10 mL量筒量取無水乙醇;層析時讓層析液沒及濾紙條上的濾液細(xì)線，等等。

這種評價比單純通過紙筆測試更能反映學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的問題，并通過評價有效地促進(jìn)學(xué)生的反思，以進(jìn)一步提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。大量研究表明，學(xué)生學(xué)習(xí)的重要收獲來源于經(jīng)常向?qū)W生提供有關(guān)他們學(xué)習(xí)的反饋，尤其是當(dāng)反饋包含了可以引導(dǎo)學(xué)生不斷努力的具體意見時，而不僅僅是學(xué)習(xí)結(jié)果。當(dāng)評價關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程而非最終成果時，評價就會極大地促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)。在科學(xué)探究過程中發(fā)揮評價的“牛鼻子”作用，對探究過程進(jìn)行引導(dǎo)，使評價從“對學(xué)習(xí)的評價”轉(zhuǎn)向“為學(xué)習(xí)的評價”引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，促進(jìn)提升學(xué)生的反思。在科學(xué)探究過程中，設(shè)計好評價量規(guī)是使得科學(xué)探究落到實(shí)處的絕佳選擇。

3 反思

作為生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)容之一的科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)對教師和課堂教學(xué)提出了新挑戰(zhàn)。生物學(xué)教師需要改變固有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)認(rèn)知和教學(xué)行為，承載科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)的任務(wù)與目標(biāo)。這個調(diào)整需要有一個較長的過程。教師需要通過轉(zhuǎn)變課堂教學(xué)方式，充分挖掘?qū)W生在科學(xué)探究素養(yǎng)方面的潛能，使科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)過程更多地轉(zhuǎn)變?yōu)橥诰颉⑴囵B(yǎng)與提升三位一體的綜合過程。這種過程的完成對教師提出了更高要求。高中生物學(xué)教師要心懷核心素養(yǎng)的理念，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不斷探索，腳踏實(shí)地，立足課堂。

參考文獻(xiàn)：

[1] 肖安慶，顏培輝.高中生物核心素養(yǎng)的內(nèi)涵與培養(yǎng)策略[J].中小學(xué)教師培訓(xùn)，2017，（6）：60-62.

[2]譚永平，從發(fā)展核心素養(yǎng)的視角探討高中生物必修內(nèi)容的變革[J].課程·教材·教法，2016，（7）：75-76.

[3]錢峰梅.關(guān)于高中生物高效課堂教學(xué)模式的建構(gòu)研究[JI科學(xué)大眾，2017，（2）：31-32.

[4]杜麗娜，張優(yōu)鋒，高中生物高效課堂教學(xué)模式的探索[J].西部素質(zhì)教育，2017，（14）：46-47.

[5]韋仕發(fā)，實(shí)驗(yàn)探究教育法在“新陳代謝與酶”一節(jié)中的應(yīng)用[J].生物學(xué)教學(xué)，2006，（6）：33-35.