借助實驗情境提升學(xué)生生物科學(xué)思維品質(zhì)的研究

李婷 賈亞蘭

摘要：在農(nóng)村學(xué)校的生物課堂上，生物實驗教學(xué)由于種種現(xiàn)實條件的制約難以深入開展.據(jù)此，文章針對實驗情境下提升農(nóng)村高中生生物科學(xué)思維品質(zhì)的問題，分析了開展生物實驗教學(xué)的作用意義，剖析了農(nóng)村高中生物實驗課教學(xué)的現(xiàn)狀問題，提出了針對性的教學(xué)策略.

關(guān)鍵詞：實驗情境；科學(xué)思維；農(nóng)村高中；高中生物

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2023）33-0136-03

在高中生物教育體系中，實驗教學(xué)占據(jù)重要地位，教材內(nèi)容中各類實驗的步驟、結(jié)論占據(jù)大量篇幅，新課程標準也重視對學(xué)生生物科學(xué)態(tài)度和思維的培養(yǎng).通過開展實驗教學(xué)，學(xué)生能在實驗中探究得出重要知識結(jié)論，從實驗過程中思考問題，提升觀察能力、動手能力，學(xué)會以科學(xué)嚴謹?shù)膽B(tài)度去發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題.高中生物實驗教學(xué)對于學(xué)生的生物核心素養(yǎng)培養(yǎng)具有重要意義，幫助學(xué)生將生物科學(xué)思維落實于實踐，從理論和實踐雙方面提升學(xué)生的生物科學(xué)思維品質(zhì).

1 開展生物實驗教學(xué)對于培養(yǎng)生物科學(xué)思維品質(zhì)的意義

1.1 激發(fā)學(xué)生生物研究興趣

在高中生物教學(xué)中，讓學(xué)生親自動手進行實驗操作才能使生物知識給學(xué)生留下深刻印象，激發(fā)其生物探索熱情和興趣.實驗操作突破教材講解這一平面的學(xué)習狀態(tài)，具有一定的趣味性，學(xué)生在其中大多保持高漲的學(xué)習熱情，能夠使學(xué)生在實驗課的教學(xué)中激發(fā)自身學(xué)習動力，更專注于知識內(nèi)容的學(xué)習和記憶，培養(yǎng)學(xué)生投入生物研究的興趣.

1.2 提高學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新能力

生物重要的知識結(jié)論都來源于科學(xué)家們的實驗創(chuàng)新，生物教育的目標在于培養(yǎng)高素質(zhì)生物人才，自然也離不開對學(xué)生生物研究創(chuàng)新思維的鍛煉.通過實驗操作，學(xué)生能夠切身體會生物實驗的進行，從實際場景中觀察和研究實驗現(xiàn)象，思考實驗問題，在長期的鍛煉中逐漸掌握生物實驗的思維邏輯，提高創(chuàng)新能力.

1.3 培養(yǎng)學(xué)生嚴謹科學(xué)態(tài)度

在高中生物實驗課的教學(xué)中，學(xué)生能夠從嚴謹?shù)膶嶒灢僮髦懈惺苌锟茖W(xué)探究的嚴謹態(tài)度，感受實驗操作中的科學(xué)性.教師在進行生物實驗教學(xué)時要先向?qū)W生提出生物實驗的基本準則以及使用生物實驗室內(nèi)各種器材的規(guī)則方法，著重強調(diào)一些實驗當中的重要步驟操作不能出現(xiàn)任何差錯，潛移默化地向?qū)W生灌輸生物實驗的科學(xué)性、嚴謹性.通過高中生物的實驗操作，學(xué)生能夠逐漸理解生物實驗準則的要求，摸索生物實驗的科學(xué)規(guī)律，感悟體會生物實驗的嚴謹性、科學(xué)性.

2 實驗情境下提升農(nóng)村高中生生物科學(xué)思維品質(zhì)的策略建議

2.1 靈活選擇實驗材料

農(nóng)村相較于城市，在經(jīng)濟水平、文化認知方面都相對較差，資金、資源等都比較缺乏，對于農(nóng)村高中學(xué)校而言，大部分農(nóng)村學(xué)校的硬件條件都較差，在實驗教育上可投入的資金都相對短缺.開展生物科學(xué)實驗需要大量的實驗設(shè)備和實驗藥品，這些材料通常都十分昂貴，許多實驗器材和藥品材料的儲存條件也較為苛刻，需要專門的儲存空間和實驗場所來確保其能夠正常使用.另外，許多生物實驗所需要的器材還必須實時確定其狀態(tài)，及時檢查檢修.種種實驗開展的客觀條件都要求學(xué)校具備充足的資金與人力來維持和管理，而農(nóng)村學(xué)校的教育資金狀況往往無法維持良好的實驗條件，無法為學(xué)生創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的實驗環(huán)境，導(dǎo)致能直接接觸生物實驗操作的學(xué)生數(shù)量大大受限[1]，學(xué)生生物科學(xué)思維品質(zhì)素養(yǎng)的提升也面臨一定阻礙.因此就要求教師在教學(xué)時盡力尋找一些實驗材料的替代品來改進實驗材料，采用生活中可找到的材料來進行生物實驗.例如“制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”的實驗中，教師可以選擇塑料泡沫、彩色塑料片或硬紙片、鐵絲、曲別針、橡皮泥等生活中常見的、易獲得的材料作為實驗道具，按照教材要求來制作相應(yīng)模型，完成實驗.還有“用高倍顯微鏡觀察葉綠體”的實驗教學(xué)，這一實驗需要用到實驗材料黑藻，但是黑藻獲取途徑少需要單獨購買，增加教學(xué)成本，基于這一因素可以使用菠菜來代替黑藻進行觀察實驗.在觀察細胞時還可以對菠菜不同位置的細胞進行觀察對比，判斷不同位置葉綠體的分布狀況，既不干擾實驗的正常進行，還能從中思考不同因素對于實驗結(jié)果的影響.

2.2 改進創(chuàng)新實驗方案

創(chuàng)新設(shè)計的實驗方案需要符合學(xué)生的真實操作水平，控制適當?shù)膶嶒灢僮麟y度，安排合理的實驗進行時間，提高實驗的可操作性，減少學(xué)生對于實驗操作學(xué)習的畏難心理，提升學(xué)生對于生物實驗教學(xué)的接受度和參與度，力求在激發(fā)學(xué)生實驗學(xué)習熱情的基礎(chǔ)上，掌握豐富生物知識，提高其生物實驗技能[2].例如，在“酵母菌呼吸方式”的實驗中，對實驗裝置的氣密性要求很高，實驗中的有氧條件和無氧條件需要操作者嚴格控制，在完成操作觀察現(xiàn)象時需要檢測二氧化碳濃度和有無酒精，二者的檢測難度都較大.常規(guī)的實驗方案實施具有一定的困難，由此可以適當創(chuàng)新實驗方案，在嚴格保持實驗裝置氣密性的基礎(chǔ)上利用酶的高效性，采用過氧化氫分解制取氧氣的方法創(chuàng)造有氧條件；可以采用較小的注射器使二氧化碳變化表現(xiàn)更明顯，并且實時觀測注射器刻度的變化情況，更直觀地觀測到二氧化碳生成的快慢情況.通過調(diào)整實驗方案，合理降低實驗進行難度，為實驗順利進行創(chuàng)造條件，同時也是對學(xué)生思維靈活性、創(chuàng)新性的培養(yǎng)，鼓勵其在生物學(xué)習中大膽創(chuàng)新，通過實際的實驗操作，學(xué)生能夠充分發(fā)揮主觀能動性，自覺地進入生物學(xué)習狀態(tài)，實際操作時學(xué)生大多會將課堂學(xué)習目標轉(zhuǎn)移至實驗的順利進行，在實驗過程中遇到困難知識時能夠積極回顧和學(xué)習實驗涉及的知識點，從而促進學(xué)生自覺深入探索思考，提升其思維品質(zhì)的創(chuàng)新性和深刻性.

2.3 組建不同實驗小組

受限于硬件資源的短缺和信息來源的閉塞，很多情況下農(nóng)村生物課堂無法保證在每個實驗中所有學(xué)生都能動手參與，針對此情況，教師可以采取劃分實驗小組的方式來提升學(xué)生對實驗的認識理解.為保證學(xué)生在實驗中的學(xué)習效果，提高學(xué)生在實驗學(xué)習中的參與度，在面對兩個相似的實驗時可以組建兩個不同的實驗小組，分別進行不同的實驗，在兩個實驗小組下再細致劃分每位小組成員，確保每位學(xué)生都能參與到實驗操作中來.例如“探索生長素類似物促進插條生根的最適濃度”的實驗中，該實驗需要探究“生根數(shù)”和“平均生根長度”兩方面的變量實驗[3]，但是兩種因變量的實驗操作大致是類似的，因此教師就可以在進行此實驗時將學(xué)生劃分為兩個大組，分別進行兩種實驗因變量的探究.在不同的實驗探究中，學(xué)生積極對比與其他人的實驗結(jié)果，從中更好地掌握生物實驗和學(xué)習的規(guī)律，進而培養(yǎng)實驗素養(yǎng)和獨立性思維品質(zhì).

2.4 拓展延伸現(xiàn)有實驗

教師可以基于現(xiàn)有的實驗條件，通過改變一些實驗步驟豐富實驗情境，創(chuàng)造多元思考的問題，使有限的實驗資源發(fā)揮更大的教育價值.例如研究植物細胞吸水和失水的實驗，在進行實驗時首先按照教材中給定的0.3 g/mL濃度的蔗糖溶液開展，在完成了這一濃度的實驗后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生改變蔗糖溶液的濃度，配置多個濃度的蔗糖溶液，再按照教材規(guī)定的實驗步驟進行操作，觀察并記錄不同蔗糖濃度下細胞的質(zhì)壁分離情況，以及滴加清水后細胞的復(fù)原狀況.在單一的生物實驗中改變實驗變量狀況，得出結(jié)論來更深入地驗證已知結(jié)論，通過對現(xiàn)有實驗的延伸拓展來深化學(xué)生的思考，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識[4].學(xué)生在實驗中獲得充實的知識體驗，生物實驗課為學(xué)生的創(chuàng)新性發(fā)展創(chuàng)造不可替代的客觀條件，使其有機會在科學(xué)的邏輯和豐富的科學(xué)知識指導(dǎo)下對實驗操作進行實際性的創(chuàng)新，或基于切身實驗認識進行創(chuàng)新性思考，極大程度地開拓學(xué)生多元發(fā)展的空間，培養(yǎng)思維品質(zhì)的靈活性.

2.5 構(gòu)建科學(xué)評價體系

對于高中學(xué)生而言，其自身對于生物實驗的認知理解就比較淺層，在許多高中學(xué)生的認知里，生物實驗與實際生活和學(xué)習的關(guān)系都較為遙遠，認為生物實驗僅僅是教材內(nèi)容的實體化版本，自身的學(xué)習任務(wù)僅停留在掌握實驗結(jié)論理論層面，是否動手做實驗以及實驗結(jié)果如何對于他們而言都不重要，只關(guān)注知識點的記憶學(xué)習以及考試分數(shù)的提升，意識不到實驗操作過程對于個人發(fā)展的深層意義.還有許多學(xué)生在有條件參與生物實驗操作時，不重視實驗操作，不嚴格要求自己，對實驗課的態(tài)度較為敷衍，實驗課在這些學(xué)生面前僅僅是教師布置的實踐任務(wù)，而看不到其對自身生物科學(xué)思維品質(zhì)培養(yǎng)的意義，認識不到實驗學(xué)習對于自身生物核心素養(yǎng)以及綜合學(xué)習能力鍛煉的深層次意義.針對生物實驗教學(xué)，教師的教學(xué)評價體系也應(yīng)當更適用于實驗成果的考查，完善教學(xué)評價體系，使其更符合學(xué)生實際學(xué)習水平，提高學(xué)生對于實驗學(xué)習的重視度以及參與度.對于學(xué)生的實驗進程，教師可以采取多元化的評價方案，如小組自評與互評結(jié)合，教師進行最終審核補充評價.小組自評互評后，學(xué)生要積極發(fā)現(xiàn)自己實驗方案和步驟中的問題并調(diào)整修改獲得解決方案，最終得出完整實驗方案提交給教師.教師也要盡量對學(xué)生的實驗方案做出正面評價，發(fā)掘其在實驗中的創(chuàng)新意識和科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究興趣，促進學(xué)生在長期的實驗學(xué)習鍛煉中逐漸養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，培養(yǎng)生物科學(xué)研究必不可少的科學(xué)觀念，提升其生物批判性思維，提高生物核心素養(yǎng).

綜上所述，在實驗實踐不斷被重視強調(diào)的今天，高中生物教師必須意識到生物實驗操作的重要性，重視學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)培養(yǎng)，發(fā)掘生物實驗中蘊含的科學(xué)素養(yǎng)，提高學(xué)生生物學(xué)習能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究意識.

參考文獻：

［1］?陳興.科學(xué)思維培養(yǎng)視域下高中生物真實情境創(chuàng)設(shè)路徑研究[J].教學(xué)管理與教育研究，2022（08）：80-82.

[2] 陳惠仙.運用情境教學(xué)法培養(yǎng)高中生生物學(xué)科科學(xué)思維的實踐研究[D].桂林：廣西師范大學(xué)，2020.

[3] 沈戈.例談農(nóng)村高中生物實驗教學(xué)中科學(xué)探究能力的培養(yǎng)[J].新課程導(dǎo)學(xué)，2021（20）：67-68.

[4] 劉珍.農(nóng)村高中生物實驗課的創(chuàng)新與改進[J].課堂內(nèi)外（教師版），2020（4）：116-117.

［責任編輯：季春陽］