大學(xué)生物學(xué)實驗教學(xué)中探究式學(xué)習(xí)策略的應(yīng)用

摘 要 文章闡述了大學(xué)生物學(xué)實驗教學(xué)中探究式學(xué)習(xí)策略的應(yīng)用設(shè)計，包括以學(xué)生認(rèn)知分層構(gòu)建實驗體系、跨學(xué)科融合創(chuàng)設(shè)實驗主題、情景模擬與角色扮演引入教學(xué)。剖析了應(yīng)用中面臨的學(xué)生思維與能力局限、教師角色轉(zhuǎn)換困境、教學(xué)資源調(diào)配難題等挑戰(zhàn)。并提出強(qiáng)化學(xué)生思維與能力培育、助力教師角色轉(zhuǎn)型、優(yōu)化教學(xué)資源調(diào)配管理等應(yīng)對措施。旨在為提升大學(xué)生物學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)與創(chuàng)新能力提供理論與實踐參考，推動探究式學(xué)習(xí)策略在生物學(xué)實驗教學(xué)中的有效實施。

關(guān)鍵詞 大學(xué)生物學(xué)實驗教學(xué)；探究式學(xué)習(xí)策略；教學(xué)挑戰(zhàn)

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.08.025

Application of Inquiry-Based Learning Strategies in

College Biology Experiment Teaching

LIU Zhen

（Yili Normal University， Yili， Xinjiang 835000）

Abstract This paper elaborates on the application design of inquiry-based learning strategies in college biology experiment teaching， including constructing experimental systems based on students' cognitive stratification， creating interdisciplinary experimental themes through cross-disciplinary integration， and introducing context simulation and role-playing into teaching. It analyzes challenges such as limitations in students' thinking and abilities， difficulties in teacher role transformation， and issues in teaching resource allocation. The paper proposes countermeasures including strengthening students' thinking and ability cultivation， facilitating teacher role transformation， and optimizing teaching resource allocation management. The aim is to provide theoretical and practical references for improving the quality of college biology experiment teaching， cultivating students' comprehensive literacy and innovative capabilities， and promoting the effective implementation of inquiry-based learning strategies in biology experiment teaching.

Keywords college biology experiment teaching; Inquiry-based learning strategies; teaching challenges

在現(xiàn)代高等教育語境下，生物學(xué)實驗教學(xué)對于學(xué)生生物學(xué)素養(yǎng)與實踐能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。傳統(tǒng)教學(xué)模式逐漸顯露出諸多不足，探究式學(xué)習(xí)策略應(yīng)運(yùn)而生。其強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位與自主探究過程，有望彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的缺陷。然而，該策略在大學(xué)生物學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用并非一帆風(fēng)順，面臨著來自學(xué)生、教師以及教學(xué)資源等多方面的挑戰(zhàn)。深入探討其應(yīng)用設(shè)計、挑戰(zhàn)及應(yīng)對措施，對于生物學(xué)實驗教學(xué)的改革與創(chuàng)新具有極為關(guān)鍵的意義。

1" 探究式學(xué)習(xí)策略在大學(xué)生物學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用設(shè)計

1.1" 以學(xué)生認(rèn)知梯度為基的實驗分層設(shè)計

依據(jù)學(xué)生在大學(xué)不同階段的認(rèn)知水平和知識儲備，構(gòu)建分層式實驗體系。大一學(xué)生剛接觸生物學(xué)專業(yè)，實驗設(shè)計應(yīng)著重于基礎(chǔ)生物學(xué)現(xiàn)象的觀察與驗證。大二學(xué)生有一定基礎(chǔ)知識后，可開展具有單一變量探究性的實驗，使學(xué)生學(xué)會運(yùn)用統(tǒng)計學(xué)方法處理數(shù)據(jù)，初步培養(yǎng)其科學(xué)探究能力和邏輯思維。對于高年級學(xué)生，實驗則側(cè)重于綜合性和創(chuàng)新性，使學(xué)生在復(fù)雜的實驗情境中整合多學(xué)科知識，提升其解決實際問題的能力以及創(chuàng)新意識，各層級實驗循序漸進(jìn)，逐步提升學(xué)生的探究深度與廣度[1]。

1.2" 跨學(xué)科融合的實驗主題創(chuàng)設(shè)

打破生物學(xué)單一的學(xué)科界限，將生物學(xué)與化學(xué)、物理學(xué)、計算機(jī)科學(xué)等學(xué)科知識融合于實驗教學(xué)中。在生物傳感器的設(shè)計實驗里，結(jié)合化學(xué)傳感原理與生物學(xué)的特異性識別機(jī)制，學(xué)生通過化學(xué)合成生物敏感材料，利用生物學(xué)的抗原― 抗體反應(yīng)或酶促反應(yīng)來檢測特定的生物分子，同時運(yùn)用物理學(xué)的信號轉(zhuǎn)換和放大原理，將生物化學(xué)信號轉(zhuǎn)化為可測量的電信號或光信號，再借助計算機(jī)科學(xué)知識進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析與處理，構(gòu)建完整的生物傳感檢測系統(tǒng)。

1.3" 引入情境模擬與角色扮演教學(xué)方法

創(chuàng)設(shè)真實的生物學(xué)研究情境或模擬生物學(xué)產(chǎn)業(yè)場景，讓學(xué)生在情境中扮演不同角色開展實驗探究。各角色之間相互協(xié)作、溝通交流，如同置身于真實的生物制藥產(chǎn)業(yè)環(huán)境。這種教學(xué)方法能夠增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度，使學(xué)生深刻體會到生物學(xué)實驗在實際產(chǎn)業(yè)和科研中的應(yīng)用價值，同時鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力、溝通能力以及在復(fù)雜情境下靈活運(yùn)用知識進(jìn)行決策的能力，有效提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和職業(yè)素養(yǎng)[2]。

2" 探究式學(xué)習(xí)策略應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)

2.1" 學(xué)生思維與能力局限

許多學(xué)生長期接受應(yīng)試教育，形成被動接受知識的思維定式，主動探究意識薄弱。學(xué)生在面對探究式實驗時，往往依賴教師給定的實驗框架，難以自主提出有深度、有價值的研究問題。例如，在遺傳學(xué)實驗中，多數(shù)學(xué)生只是機(jī)械地按照教師預(yù)設(shè)的步驟進(jìn)行果蠅雜交實驗，而不會主動思考基因在不同環(huán)境下的表達(dá)調(diào)控差異等拓展性問題。同時，學(xué)生在信息整合與分析能力方面存在不足，面對海量生物學(xué)文獻(xiàn)資料，無法快速篩選出關(guān)鍵信息并應(yīng)用于實驗設(shè)計與結(jié)果分析，這極大地限制了探究式學(xué)習(xí)的有效開展，導(dǎo)致學(xué)生在實驗過程中缺乏創(chuàng)新性思維與獨(dú)立解決問題的能力，難以深入挖掘?qū)嶒灡澈蟮纳飳W(xué)原理與規(guī)律。

2.2" 教師角色轉(zhuǎn)換困境

傳統(tǒng)教學(xué)模式下教師多為知識的灌輸者與實驗步驟的演示者，而在探究式學(xué)習(xí)策略應(yīng)用中，教師需轉(zhuǎn)換為引導(dǎo)者、組織者與促進(jìn)者。然而這一轉(zhuǎn)變面臨諸多困難，部分教師難以摒棄傳統(tǒng)教學(xué)觀念，對學(xué)生自主探究過程的把控不夠精準(zhǔn)，要么過度干預(yù)，限制學(xué)生的思維與行動自由，要么放任自流，使探究活動缺乏有效指導(dǎo)而偏離教學(xué)目標(biāo)。例如，在微生物學(xué)實驗中，當(dāng)學(xué)生在自主設(shè)計培養(yǎng)基配方出現(xiàn)錯誤時，教師可能因擔(dān)心實驗失敗而直接告知正確配方，而不是引導(dǎo)學(xué)生通過查閱資料、分析原因自行修正[3]。此外，教師自身的知識儲備與教學(xué)技能更新速度難以跟上探究式學(xué)習(xí)的要求，在面對學(xué)生提出的跨學(xué)科或前沿性問題時，可能無法給予及時、準(zhǔn)確的解答與指導(dǎo)，影響學(xué)生的探究熱情與教學(xué)效果。

2.3" 教學(xué)資源調(diào)配難題

探究式生物學(xué)實驗教學(xué)對教學(xué)資源的要求較高且復(fù)雜多樣。一方面，實驗設(shè)備與材料的種類和數(shù)量需求大幅增加。一些前沿性實驗如基因測序、蛋白質(zhì)組學(xué)分析等需要高精度、昂貴的儀器設(shè)備，且實驗試劑耗材消耗量大，普通實驗室難以滿足。例如，在進(jìn)行高通量基因表達(dá)分析實驗時，需要實時熒光定量" PCR" 儀等設(shè)備，其購置成本高昂且維護(hù)復(fù)雜，同時配套的熒光定量" PCR" 試劑價格不菲，限制了實驗的開展。另一方面，教學(xué)時間緊張。探究式實驗往往耗時較長，從問題提出、方案設(shè)計、實驗實施到結(jié)果討論與總結(jié)，每個環(huán)節(jié)都需要學(xué)生充分思考與實踐，而現(xiàn)有的課程教學(xué)時間有限，難以給予學(xué)生足夠的時間進(jìn)行深入探究，容易導(dǎo)致實驗過程倉促，學(xué)生無法充分體驗探究過程，影響學(xué)習(xí)效果與能力培養(yǎng)。

3" 探究式學(xué)習(xí)策略應(yīng)用的措施

3.1" 強(qiáng)化學(xué)生思維與能力培育體系

為有效構(gòu)建學(xué)生思維與能力培育體系，需多方面協(xié)同推進(jìn)。在探究式學(xué)習(xí)方法導(dǎo)論課程中，不僅要講解內(nèi)涵、流程與技巧，還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)代生物學(xué)研究前沿實例，如CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)的發(fā)現(xiàn)歷程，分析科學(xué)家如何在復(fù)雜的生物學(xué)現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題、構(gòu)建假設(shè)并設(shè)計精巧實驗驗證。通過對比不同類型的探究案例，使學(xué)生深刻理解探究式學(xué)習(xí)的多元性與靈活性[4]。

信息素養(yǎng)專項培訓(xùn)環(huán)節(jié)，除基礎(chǔ)的文獻(xiàn)檢索技能，還需教授學(xué)生如何評估文獻(xiàn)的可信度與影響力。例如，講解影響因子、引用次數(shù)等指標(biāo)在衡量文獻(xiàn)質(zhì)量中的作用，以及如何識別學(xué)術(shù)造假與低質(zhì)量研究。在文獻(xiàn)篩選過程中，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注研究方法的創(chuàng)新性、實驗設(shè)計的合理性以及結(jié)論的可靠性。同時，組織小組文獻(xiàn)研討活動，讓學(xué)生在交流中相互啟發(fā)，提升對文獻(xiàn)的理解與應(yīng)用能力。

在實驗教學(xué)實踐中，教師可設(shè)計具有挑戰(zhàn)性的預(yù)實驗任務(wù)，要求學(xué)生獨(dú)立完成從問題提出到初步方案設(shè)計的過程。教師針對學(xué)生方案中存在的問題，以提問的方式引導(dǎo)學(xué)生自我反思與修正，而非直接指出錯誤。例如，在細(xì)胞培養(yǎng)實驗中，當(dāng)學(xué)生設(shè)計的培養(yǎng)基配方不合理時，教師可詢問其依據(jù)的生物學(xué)原理，促使學(xué)生重新審視知識漏洞。對于小組討論，教師應(yīng)建立明確的討論規(guī)則與評價機(jī)制，如要求小組記錄討論過程、成員貢獻(xiàn)度以及最終達(dá)成的共識或解決方案，以此培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作與溝通能力，全方位提升學(xué)生在探究式生物學(xué)實驗教學(xué)中的思維與能力水平。

3.2" 助力教師角色轉(zhuǎn)型支持方案

在教育理念更新研討會的組織方面，應(yīng)確保其具有系統(tǒng)性與持續(xù)性。不僅邀請教育領(lǐng)域的知名專家，還可邀請在生物學(xué)探究式教學(xué)方面取得顯著成果的一線教師進(jìn)行經(jīng)驗分享。例如，一位長期從事微生物學(xué)探究式教學(xué)的教師，可詳細(xì)闡述如何在實驗教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生從日常生活中的微生物現(xiàn)象入手，提出如" “酸奶發(fā)酵過程中不同菌種的相互作用及對品質(zhì)的影響”等具有實際應(yīng)用價值的研究問題，讓參會教師深刻體會如何將抽象的教育哲學(xué)轉(zhuǎn)化為具體可操作的教學(xué)實踐[5]。研討會的專題報告應(yīng)涵蓋探究式學(xué)習(xí)在不同生物學(xué)分支學(xué)科（如植物學(xué)、動物學(xué)、分子生物學(xué)等）的應(yīng)用案例剖析，使教師能全面了解其在本專業(yè)教學(xué)中的多元呈現(xiàn)形式。

教學(xué)技能培訓(xùn)工作坊要注重個性化與針對性訓(xùn)練。在問題情境創(chuàng)設(shè)訓(xùn)練中，除了基于生物學(xué)熱點問題，還可結(jié)合本地生物資源特色或校園生物現(xiàn)象。比如，針對校園內(nèi)植物多樣性的調(diào)查，教師指導(dǎo)學(xué)生從校園植物分布不均衡現(xiàn)象出發(fā)，創(chuàng)設(shè)諸如 “校園綠化規(guī)劃中不同植物群落的構(gòu)建與生態(tài)平衡維護(hù)”的情境，激發(fā)學(xué)生對身邊生物環(huán)境的探究興趣。在學(xué)生引導(dǎo)策略培訓(xùn)里，設(shè)置角色扮演環(huán)節(jié)，讓教師模擬學(xué)生可能出現(xiàn)的各種反應(yīng)與疑問，練習(xí)如何運(yùn)用啟發(fā)式提問、引導(dǎo)性反饋等技巧，促進(jìn)學(xué)生自主思考而非直接告知答案。

教師互助與學(xué)習(xí)共同體的建設(shè)需建立完善的運(yùn)行機(jī)制。設(shè)立線上交流平臺，教師可隨時分享最新的生物學(xué)研究成果、教學(xué)課件、實驗設(shè)計方案等資源。定期組織線下觀摩活動，觀摩后進(jìn)行深度的評課議課，共同探討教學(xué)過程中的優(yōu)點與不足。當(dāng)教師遭遇跨學(xué)科問題，如生物信息學(xué)與傳統(tǒng)遺傳學(xué)實驗教學(xué)的融合困境時，共同體可組織跨學(xué)科教師會診，邀請計算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)等相關(guān)學(xué)科的教師參與研討，共同制定出適合學(xué)生的教學(xué)方案，助力教師在探究式教學(xué)中精準(zhǔn)導(dǎo)航，實現(xiàn)從傳統(tǒng)角色向引導(dǎo)者角色的有效轉(zhuǎn)變。

3.3" 優(yōu)化教學(xué)資源調(diào)配管理策略

在實驗設(shè)備與材料資源優(yōu)化上，學(xué)校應(yīng)構(gòu)建專項資金的多元籌集體系，除常規(guī)教育經(jīng)費(fèi)撥款外，還可積極申請政府專項科研基金、校友捐贈以及與科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合申報項目資金，以充實購置先進(jìn)生物學(xué)實驗儀器設(shè)備的資金。對于已購置的設(shè)備，應(yīng)建立智能化預(yù)約管理系統(tǒng)，整合設(shè)備使用信息，依據(jù)實驗需求的緊急程度、所需時長等進(jìn)行智能排期，最大化發(fā)揮設(shè)備的效能。學(xué)校與生物科技企業(yè)合作時，除試劑和儀器試用，還可簽訂長期戰(zhàn)略合作協(xié)議，企業(yè)技術(shù)人員定期入校開展儀器設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)與新技術(shù)應(yīng)用培訓(xùn)講座，學(xué)校則為企業(yè)提供人才儲備與技術(shù)研發(fā)前期理論支持，形成互利共贏模式。

針對教學(xué)時間資源管理、課程體系優(yōu)化需成立專門的跨學(xué)科專家委員會，全面梳理生物學(xué)理論課程，精準(zhǔn)甄別重復(fù)內(nèi)容并進(jìn)行合理刪減或融合。例如，將細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)中重疊的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)部分整合為專題模塊教學(xué)。實驗教學(xué)課時比例增加應(yīng)遵循循序漸進(jìn)的原則，根據(jù)學(xué)生年級與專業(yè)特點逐步提升。彈性教學(xué)時間安排中，長時段實驗課程模塊可安排在周末或假期，保障學(xué)生有連續(xù)且充足的時間深入探究。在線教學(xué)平臺功能拓展方面，除虛擬實驗、預(yù)習(xí)和討論，還應(yīng)開發(fā)在線實驗進(jìn)度跟蹤與評估系統(tǒng)，教師可實時監(jiān)控學(xué)生課余實驗的進(jìn)展并及時給予指導(dǎo)，學(xué)生也可通過平臺反饋實驗困難，教師依據(jù)大數(shù)據(jù)分析為學(xué)生提供個性化學(xué)習(xí)建議，充分延展教學(xué)時間，全面促進(jìn)探究式實驗教學(xué)資源的高效配置與深度利用。

4" 結(jié)語

生物學(xué)實驗教學(xué)中探究式學(xué)習(xí)策略的應(yīng)用是一項復(fù)雜而系統(tǒng)的工程。通過精心設(shè)計應(yīng)用方案，全面認(rèn)識并積極應(yīng)對所面臨的挑戰(zhàn)，能夠有效提升教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生在知識、技能、思維與素養(yǎng)等多方面的協(xié)同發(fā)展。盡管當(dāng)前仍存在諸多阻礙，但隨著教育理念的更新、教學(xué)方法的改進(jìn)以及教學(xué)資源的優(yōu)化配置，探究式學(xué)習(xí)策略必將在生物學(xué)實驗教學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮更為顯著的作用，為生物學(xué)領(lǐng)域乃至整個科學(xué)領(lǐng)域培育出更多具備創(chuàng)新精神與實踐能力的高素質(zhì)人才，有力推動生物學(xué)教育事業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。

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