高中生物實驗教學培養(yǎng)學生科學思維能力的實踐探究

摘 要：為研究高中生物實驗教學培養(yǎng)學生科學思維能力的方法，從重視準備實驗、創(chuàng)設(shè)真實情境、結(jié)合定量實驗、構(gòu)建實驗?zāi)Ｐ鸵约耙龑?dǎo)實驗設(shè)計五個方面，探討了如何有效培養(yǎng)學生科學思維能力的策略.

關(guān)鍵詞：實驗教學；科學思維；高中生物

中圖分類號：G632"" 文獻標識碼：A"" 文章編號：1008-0333（2023）03-0140-03

在2017版生物課標中，提出了核心素養(yǎng)概念，科學思維則是其重要內(nèi)容之一.培養(yǎng)學生科學思維，不僅有助于學生更好的掌握和理解生物知識，而且能幫助其運用相關(guān)理論知識和邏輯來分析、論證生物問題，而實驗教學則是培養(yǎng)學生科學思維能力的重要途徑.鑒于此，教師應(yīng)不斷改進和優(yōu)化高中生物實驗教學，從而有效培養(yǎng)學生科學思維，促進其全面發(fā)展.

1 重視準備實驗，培養(yǎng)學生科學思維的方法

在開展高中生物實驗教學前，為確保順利開展實驗教學，教師應(yīng)加大對預(yù)實驗準備的重視程度.在正式開展科學研究的過程中，有的時候需要提前做到部分準備性的實驗，即預(yù)實驗.就高中生物實驗教學而言，是否準備好預(yù)實驗，是能否順利完成實驗的關(guān)鍵，其在實驗中起著重要的作用，能在實現(xiàn)實驗用具、實驗方案及設(shè)計、實驗條件最優(yōu)化選擇的同時，確保生物實驗的科學性和可行性.教師在準備預(yù)實驗的過程中，可鼓勵學生積極參與到其中，在引導(dǎo)其發(fā)現(xiàn)實驗缺陷的同時，有效培養(yǎng)其生物科學思維的應(yīng)用方法.

例如，在人教版高中生物“生長素的生理作用”實驗教學中，由于生長素具備高效、微量特點，若實驗中選擇的濃度過大，則無法得到明顯的實驗效果.因此，在正式實驗前，教師應(yīng)引導(dǎo)學生在準備好相關(guān)儀器、試劑的同時，首先進行預(yù)實驗環(huán)節(jié)，來確定生長素適宜濃度和范圍.在實驗教學操作環(huán)節(jié)，教師可先準備好生根粉、帶根的綠蘿枝條、天平、燒杯以及量筒等實驗材料，并將學生分為兩個小組，一組進行預(yù)實驗，一組結(jié)合預(yù)實驗的結(jié)果來開展正式的實驗.針對預(yù)實驗小組，教師引導(dǎo)學生結(jié)合生根粉的種類來進行不同倍數(shù)的稀釋，并設(shè)置出對照組進行對比，之后裁剪帶根綠蘿枝條，將其置于實驗組溶液和對照組溶液中，并在一周后統(tǒng)計和分析數(shù)據(jù)，從而得出生長素最佳濃度范圍.通過分析預(yù)實驗數(shù)據(jù)可得出，當進行800倍稀釋、溶液濃度在1.25×10-3g/mL的時候，綠蘿的生根效果是最好的.但若按照商品介紹中的300倍稀釋，綠蘿根芽會由于受到生根粉高濃度影響，而從正常錐形轉(zhuǎn)變成球形，因此，通過預(yù)實驗，不僅為高效開展正式實驗提供了科學基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也培養(yǎng)了學生的科學思維應(yīng)用方法.

2 創(chuàng)設(shè)真實情境，培養(yǎng)學生科學思維的觀念

教師在高中生物實驗教學中，可結(jié)合實驗內(nèi)容創(chuàng)設(shè)適宜的、真實的情境，在引導(dǎo)學生體驗生物魅力、構(gòu)建生物系統(tǒng)的同時，讓其在問題情境中，充分發(fā)揮其思考能力、發(fā)散思維，有效培養(yǎng)其科學思維的觀念，幫助其能在科學思維的引導(dǎo)下，深入探索和理解生物實驗內(nèi)容.

例如，在人教版高中生物《細胞的物質(zhì)輸入和輸出》中，針對其中的實驗教學內(nèi)容“植物細胞吸水、失水”現(xiàn)象探究，在實驗前，教師可結(jié)合學生生活實際，創(chuàng)設(shè)并引入吸水、失水真實問題情境，激發(fā)學生積極思考、主動參與.比如：“白菜在經(jīng)過剁碎和放鹽之后，為什么會滲出水分呢？”等問題情境，在引發(fā)學生思考的時候，培養(yǎng)其發(fā)散思維，之后在學生明白其原因是細胞出現(xiàn)了失水、吸水現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，教師需要引導(dǎo)學生分析細胞吸水、失水現(xiàn)象，并提出想要探索的問題，比如：“細胞內(nèi)的水分是怎樣進出的？”等問題，通過學生提問，在營造出主動、積極課堂氛圍的同時，教師可選擇其中探究價值高、切合學生實際生活的問題，來進行實驗教學，從而有效培養(yǎng)其科學素養(yǎng)觀念，提高其科學認知水平.在實驗中，教師可引導(dǎo)學生分析實驗材料，并提出問題：“為什么要選擇洋蔥鱗片的葉外表皮作為材料呢？”“除洋蔥外，你能用其它材料來開展細胞吸水、失水實驗嗎？”在這類問題的思考和探索下，能有效拓寬學生思維空間，并促進其科學思維觀念的養(yǎng)成和提升.另外，教師可在實驗教學結(jié)束后，以生活實例為主題開展小組競賽活動，激發(fā)學生思考、分享和解釋生活中關(guān)于細胞吸水、失水的現(xiàn)象，從而有效提升其科學思維應(yīng)用能力.

3 結(jié)合定量實驗，培養(yǎng)學生科學思維的意識

教師在設(shè)計高中生物實驗教學的過程中，應(yīng)對學生提出更高層次的要求，使其通過定性基礎(chǔ)建立定量意識，并在量變的過程中深刻認識事物本質(zhì)，從而確保生物實驗的準確性、嚴密性和科學性.教師在開展生物實驗教學的過程中，應(yīng)深入分析教材內(nèi)容，并結(jié)合學生實際情況來有效結(jié)合定性實驗、定量實驗，從而在培養(yǎng)其科學思維意識的同時，促進其科學思維優(yōu)質(zhì)發(fā)展.

例如，在人教版高中生物《酶的作用和本質(zhì)》學習內(nèi)容中，相關(guān)實驗內(nèi)容“不同條件過氧化氫分解比較”，從實驗?zāi)康亩?，主要是對有機、無機兩種催化劑在催化效果異同方面的比較.教材實驗設(shè)計中，是通過不同催化劑的作用下，來觀察衛(wèi)生香燃燒情況，從而比較催化劑促進反應(yīng)劇烈的程度，以此區(qū)分酶、氯化鐵對反應(yīng)催化的效果，從而通過對實驗現(xiàn)象的分析，得出實驗的定性結(jié)論.然而，在實驗的實際操作中，因為過氧化氫在劇烈分解的過程中會有大量水蒸氣產(chǎn)生，所以可能會出現(xiàn)衛(wèi)生香無法復(fù)燃的現(xiàn)象，加之僅僅通過觀察衛(wèi)生香燃燒狀況，在沒有實驗數(shù)據(jù)支撐的情況下來判定實驗的結(jié)果，相對欠缺科學性和合理性.因為學生無法借助相關(guān)數(shù)據(jù)來進行分析、處理、探討酶高效性特點，而導(dǎo)致其在實驗思考方面淺顯和片面化，極不利于其科學思維意識的形成.因此，在開展實驗的過程中，教師則可將定量、定性實驗有效結(jié)合起來，從而有效培養(yǎng)其科學意識.教師首先可鼓勵學生自行尋找適宜酶的來源，其次通過利用自制酶溶液來進行教材設(shè)計的分解過氧化氫實驗，使其在感性方面形成對酶催化的初步認識.在這樣的基礎(chǔ)上，教師通過介紹相關(guān)的化學儀器和試劑，在激發(fā)其對新實驗興趣的同時，幫助其將化學、生物有效關(guān)聯(lián)起來，并引導(dǎo)其關(guān)注定量實驗設(shè)計，從而呈現(xiàn)數(shù)據(jù)化、直觀化、科學化、準確化的實驗結(jié)果.通過實驗教學的螺旋式設(shè)計，能在幫助學生掌握生物實驗常用方法的同時，加強其實驗中的對照意識，通過分析實驗數(shù)據(jù)，不僅能培養(yǎng)其數(shù)據(jù)處理能力，而且能加強其對生物系統(tǒng)的深入認識.另外，在結(jié)合定量實驗的過程中，能有效培養(yǎng)其批判思維、發(fā)散思維，并增強其生物科學思維的意識.

4 構(gòu)建實驗?zāi)Ｐ?，提高學生科學思維的能力

在實驗教學中，教師可引導(dǎo)學生構(gòu)建植物細胞或者動物細胞的完整物理模型，并重復(fù)應(yīng)用于后期實驗教學中.在模型構(gòu)建的過程中，學生會在結(jié)合相關(guān)概念的基礎(chǔ)上，從細胞水平角度來思考和探索，形成結(jié)構(gòu)、功能相聯(lián)系的觀念，從而有效提高其科學思維的能力.

例如，在人教版高中生物《細胞的基本結(jié)構(gòu)》相關(guān)內(nèi)容學習后，就細胞和相關(guān)基礎(chǔ)知識而言，學生已經(jīng)有了一定基礎(chǔ)，教師就可提出問題：“在復(fù)雜生理活動中，細胞是怎樣完成的？”“細胞各結(jié)構(gòu)分別對應(yīng)什么功能？”通過相關(guān)的問題，在激發(fā)學生探索欲、求知欲的同時，鼓勵其通過合作，來構(gòu)建細胞的專屬模型.首先，班級作為整體，將學生分組，各小組分別負責細胞各成分的制作；其次，各小組根據(jù)所制作細胞結(jié)構(gòu)，來選擇需要的材料進行實驗，可選擇粘合性好、保持時間長的超輕粘土作為材料，同時，可對廢棄材料進行回收利用，已達到保護環(huán)境的目標；最后，各小組通過查閱書籍和資料，在全面了解細胞結(jié)構(gòu)、功能特點的基礎(chǔ)上，進行書面草圖繪制和功能闡釋.在制作和構(gòu)建的過程中，可充分發(fā)揮思維和想象，制作出兩個模型來分別體現(xiàn)其外部、內(nèi)部形態(tài).需要注意的是，各小組在模型構(gòu)建中應(yīng)隨時溝通，確保結(jié)構(gòu)和比例的合理安排.完成后的模型，教師可充分應(yīng)用到細胞膜鑲嵌流動模型、細胞器功能和結(jié)構(gòu)、分泌蛋白合成及分泌、細胞核結(jié)構(gòu)特點、細胞膜的顯微結(jié)構(gòu)、胞吞和胞吐、光合作用和呼吸作用等相關(guān)的教學中和實驗中，在幫助學生更好理解生物內(nèi)容的同時，加深其對知識的鞏固能力和應(yīng)用能力.此外，在構(gòu)建實驗?zāi)Ｐ偷倪^程中，學生需要將教材中的圖片、文字描述，轉(zhuǎn)換成為三維模型，這有利于鍛煉其模型建構(gòu)的能力.同時，通過解說制作模型、觀察其他模型的過程，能提高學生解讀模型、交流表達的能力.最重要的是，在制作、構(gòu)建模型的過程中，能加強學生結(jié)構(gòu)、功能相互聯(lián)系、密不可分的生物觀念.因此，教師應(yīng)在實驗教學中鼓勵和引導(dǎo)學生積極構(gòu)建實驗?zāi)Ｐ停岣咂淇茖W思維的能力.

5 引導(dǎo)實驗設(shè)計，提升學生科學思維的素養(yǎng)

教師在開展高中生物實驗教學的過程中，應(yīng)注重講授實驗設(shè)計方面的內(nèi)容，在引導(dǎo)其自主設(shè)計實驗、自主完成實驗操作的過程中，訓練其實驗綜合能力.教師應(yīng)打破單一科學思維限制，鼓勵學生在充分發(fā)揮其創(chuàng)造思維的過程中進行實驗改造，也可提供相關(guān)課題，讓學生自主選擇、設(shè)計和開展，并根據(jù)實驗結(jié)果進行實驗報告的撰寫，從而有效培養(yǎng)、提升其科學思維的素養(yǎng).

例如，在人教版高中生物《細胞的物質(zhì)輸入和輸出》中的“植物細胞吸水、失水”實驗內(nèi)容，因為存在滲透壓變化現(xiàn)象，所以學生較易理解質(zhì)壁分離的現(xiàn)象，但往往卻忽視了質(zhì)壁分離現(xiàn)象下半透膜的作用，而通過機械式的記憶方法來掌握液泡膜、細胞膜以及細胞質(zhì)的基質(zhì)等相關(guān)知識點，在難度相對高的考察中則出現(xiàn)無法靈活應(yīng)對的現(xiàn)象.因此，教師可通過引導(dǎo)實驗設(shè)計的方式，綜合提升其科學思維的素養(yǎng).首先，針對質(zhì)壁分離的現(xiàn)象，教師可引導(dǎo)學生設(shè)計和開展該項實驗，使其能在對質(zhì)壁分離有初步了解的同時，分析實驗現(xiàn)象及條件，從而實現(xiàn)原生質(zhì)層的有效引出；其次，通過層層遞進，來探索原生質(zhì)層的組成成分，從而深入了解和掌握質(zhì)壁分離.在此過程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學生通過假說演繹思維來設(shè)計和開展實驗，在培養(yǎng)創(chuàng)新性、縝密性、科學性思維的同時，有效提升其科學思維的素養(yǎng).

總而言之，核心素養(yǎng)為高中生物教學指明了方向和目標，教師應(yīng)在深入挖掘和分析教學資源的基礎(chǔ)上，不斷優(yōu)化生物實驗教學，培養(yǎng)學生科學思維作為核心和基礎(chǔ)，促進學生思維的進步、發(fā)展.

參考文獻：

［1］ 王小江.基于科學思維培養(yǎng)的高中生物學實驗教學研究［D］.延安：延安大學，2021.

［2］ 付綠倩.高中生物實驗教學中培養(yǎng)學生科學思維能力的實踐研究［D］.溫州：溫州大學，2020.

［3］ 顏曉琪.基于科學思維素養(yǎng)的高中生物學實驗教學優(yōu)化［D］.濟南：山東師范大學，2020.

［責任編輯：季春陽］

收稿日期：2022-10-25

作者簡介：張曼玲（1994.4-），女，安徽省安慶人，碩士，中學二級教師，從事遺傳學（動物）研究.