探究性學(xué)習(xí)驅(qū)動下的高中生物學(xué)教學(xué)設(shè)計與實踐

【中圖分類號】G633.91【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】1002-3275（2025）02-72-04

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》強調(diào)生物學(xué)應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)和實踐能力，倡導(dǎo)通過科學(xué)探究活動來激發(fā)學(xué)生思維、培養(yǎng)能力。在這一背景下，探究性學(xué)習(xí)逐漸成為高中生物學(xué)教學(xué)的關(guān)鍵手段。探究性學(xué)習(xí)為學(xué)生提供主動構(gòu)建知識和科學(xué)驗證理論的機會，有助于深化學(xué)生對生物學(xué)概念的理解，增強他們的邏輯分析能力。本文從探究性學(xué)習(xí)的設(shè)計原則與具體應(yīng)用角度展開，以“DNA分子的結(jié)構(gòu)”為例，探索探究性學(xué)習(xí)驅(qū)動下的高中生物學(xué)教學(xué)設(shè)計與實踐。

一、探究性學(xué)習(xí)概述

探究性學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心，重視學(xué)生主動參與和自主探究的教學(xué)模式，其核心在于通過科學(xué)問題的引導(dǎo)，使學(xué)生在知識建構(gòu)中發(fā)揮積極作用，強調(diào)學(xué)生在真實或模擬的科學(xué)情境中，通過觀察、實驗、討論、反思等活動來獲取和理解知識。[]這一學(xué)習(xí)方式與以教師講授為主的模式不同，更注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、批判性思維、解決實際問題的能力，使學(xué)生在掌握生物學(xué)知識的同時發(fā)展科學(xué)探究能力。探究性學(xué)習(xí)的核心要點包括問題導(dǎo)向、科學(xué)探究和反思性思維。首先，問題導(dǎo)向是探究性學(xué)習(xí)的起點，通過設(shè)計具有科學(xué)意義的問題，引導(dǎo)學(xué)生深入探究，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。其次，科學(xué)探究是探究性學(xué)習(xí)的核心過程，涵蓋提出假設(shè)、設(shè)計實驗、收集和分析數(shù)據(jù)、檢驗假設(shè)等科學(xué)方法。學(xué)生通過實驗操作和數(shù)據(jù)分析，體驗科學(xué)知識的生成和發(fā)展過程，培養(yǎng)科學(xué)的思維模式。最后，反思性思維貫穿整個探究過程，學(xué)生通過自我評價和反思，深化對知識的理解，并不斷優(yōu)化學(xué)習(xí)策略。

在生物學(xué)學(xué)習(xí)中，探究性學(xué)習(xí)具有重要意義。生物學(xué)是一門實驗性和實踐性較強的自然科學(xué)。探究性學(xué)習(xí)能夠促進(jìn)學(xué)生深入理解生物學(xué)概念和生命現(xiàn)象背后的原理，鞏固學(xué)生對生物學(xué)知識的掌握，為其未來的科學(xué)學(xué)習(xí)與發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

二、探究性學(xué)習(xí)設(shè)計原則

（一）問題驅(qū)動原則

問題驅(qū)動原則強調(diào)以科學(xué)問題為核心，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。該原則要求教學(xué)設(shè)計聚焦具有科學(xué)價值和挑戰(zhàn)性的問題，以激發(fā)學(xué)生的求知欲和探究動機，推動探究學(xué)習(xí)進(jìn)程。[2]問題的設(shè)計應(yīng)具有啟發(fā)性，促使學(xué)生聯(lián)系已有知識，主動探索新的科學(xué)概念。在明確的探究問題的引領(lǐng)下，學(xué)生能清晰地理解學(xué)習(xí)目標(biāo)并找準(zhǔn)學(xué)習(xí)方向。問題驅(qū)動原則為探究性學(xué)習(xí)提供了必要的框架，使學(xué)生在有意義的問題情境中進(jìn)行系統(tǒng)的科學(xué)探究，形成主動學(xué)習(xí)的習(xí)慣和批判性思維。

（二）合作交流原則

合作交流原則強調(diào)學(xué)生在探究性學(xué)習(xí)中通過小組合作實現(xiàn)知識共享和多向互動。學(xué)生通過角色分工、討論交流、集體反思開展團隊合作，能夠深化對科學(xué)問題的理解，形成多元的思考視角。[3]合作學(xué)習(xí)促使學(xué)生在交流中碰撞思維、拓展認(rèn)知，并通過互相啟發(fā)推動探究進(jìn)程?；诤献鹘涣髟瓌t開展探究性學(xué)習(xí)，不僅能培養(yǎng)學(xué)生的溝通和協(xié)作能力，而且能讓學(xué)生在共同探究中增強解決問題的綜合能力，為生物學(xué)探究提供豐富的社會化學(xué)習(xí)體驗。

（三）科學(xué)驗證原則

科學(xué)驗證原則強調(diào)探究過程的嚴(yán)謹(jǐn)性，要求學(xué)生運用科學(xué)方法進(jìn)行假設(shè)檢驗和實驗設(shè)計。學(xué)生需要通過收集和分析數(shù)據(jù)來驗證科學(xué)結(jié)論，確保探究活動的規(guī)范性和可靠性。該原則強調(diào)探究性學(xué)習(xí)應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和實驗技能，使其在科學(xué)探究中掌握精確的數(shù)據(jù)處理與分析方法。通過科學(xué)驗證，學(xué)生能理解科學(xué)理論的實證基礎(chǔ)，提升思維能力，并養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯繎B(tài)度。[4]堅持這一原則有助于保障探究性學(xué)習(xí)的科學(xué)性，深化學(xué)生對生物學(xué)知識和研究方法的理解。

三、探究性學(xué)習(xí)驅(qū)動下的“DNA分子的結(jié)構(gòu)”教學(xué)實踐策略

探究性學(xué)習(xí)方式為高中生物學(xué)教學(xué)提供了科學(xué)指導(dǎo)，尤其在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)方面具有重要意義。本文基于探究性學(xué)習(xí)驅(qū)動設(shè)計原則，以高中人教版“DNA分子的結(jié)構(gòu)”一課為教學(xué)案例進(jìn)行實踐設(shè)計。課程內(nèi)容涉及遺傳物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)，具有較強的理論性和實驗性，適合以探究性學(xué)習(xí)的方式實施。通過將問題驅(qū)動、合作交流、科學(xué)驗證原則貫穿于課前導(dǎo)入、課中探究、課后分析的環(huán)節(jié)中，實現(xiàn)探究性學(xué)習(xí)的有效落地，并促進(jìn)學(xué)生深度理解和綜合應(yīng)用生物

學(xué)知識。

（一）課前：問題導(dǎo)向，激發(fā)興趣

在課前準(zhǔn)備階段，教師應(yīng)遵循探究性學(xué)習(xí)的問題驅(qū)動原則設(shè)計情境，使問題具備科學(xué)性和啟發(fā)性，以激發(fā)學(xué)生的探究興趣和主動思考意識。教師通過精心設(shè)置富有挑戰(zhàn)性的問題，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系已有知識展開深入思考，并借助動畫、圖片等多媒體資源直觀呈現(xiàn)生物現(xiàn)象，強化學(xué)生對科學(xué)問題的敏感性和探究意識。這類生動的視覺資源有助于學(xué)生形成初步的問題意識，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探索生命科學(xué)奧秘的興趣。教師還應(yīng)鼓勵學(xué)生圍繞問題進(jìn)行討論，提出自己的疑問，為后續(xù)的探究活動提供理論基礎(chǔ)和思維方向。為確保學(xué)生深刻理解和持續(xù)探究問題，教師可構(gòu)建層層遞進(jìn)的問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生逐步從宏觀概念聚焦至具體的生物學(xué)知識點。通過這樣的設(shè)計，學(xué)生能明確學(xué)習(xí)任務(wù)，掌握科學(xué)探究的核心步驟，并保持高水平的參與狀態(tài)和學(xué)習(xí)動力，從而為后續(xù)課堂的探究活動做好充分準(zhǔn)備，奠定堅實的基礎(chǔ)。

例如在“DNA分子的結(jié)構(gòu)”一課中，為實現(xiàn)問題驅(qū)動，教師應(yīng)精心設(shè)計教學(xué)情境，以激發(fā)學(xué)生的興趣并引導(dǎo)其明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。本課的教學(xué)目標(biāo)為：理解DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)，掌握堿基互補配對原則，并探究DNA結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系。根據(jù)問題的功能和引導(dǎo)方式，可將其分為以下四種類型：① 背景性問題。背景性問題旨在為學(xué)生提供學(xué)習(xí)內(nèi)容的整體框架，引導(dǎo)其將新知識與已有認(rèn)知相連接，形成初步理解。如教師可以提問：“DNA作為遺傳信息的載體，與生物體的遺傳特征有何關(guān)聯(lián)？”或“遺傳信息是如何通過DNA的結(jié)構(gòu)被傳遞和保存的？”這類問題可以幫助學(xué)生理解DNA的生物學(xué)意義，激發(fā)學(xué)生對遺傳機制的興趣，并為探究DNA分子結(jié)構(gòu)奠定背景知識。 ② 基礎(chǔ)性問題?；A(chǔ)性問題聚焦DNA的基本組成成分及其結(jié)構(gòu)特性，引導(dǎo)學(xué)生從簡單概念入手，逐步理解DNA分子更復(fù)雜的特征。如教師可提問：“DNA分子的基本組成單位是什么？”或“磷酸、脫氧核糖和含氮堿基在DNA結(jié)構(gòu)中分別起什么作用？”此類問題可以幫助學(xué)生鞏固基礎(chǔ)知識，并構(gòu)建對DNA分子結(jié)構(gòu)的初步認(rèn)識，為進(jìn)一步的探究提供理論支持。 ③ 探究性問題。探究性問題旨在推動學(xué)生思考DNA結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，并鼓勵學(xué)生提出假設(shè)和進(jìn)行科學(xué)推理。如教師可提問：“DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)為何能穩(wěn)定地儲存和傳遞遺傳信息？”或“堿基互補配對原則如何影響DNA的分子穩(wěn)定性？”這類問題能讓學(xué)生深人探討DNA結(jié)構(gòu)如何支持其功能，并理解堿基配對在遺傳信息保真中的關(guān)鍵作用。 ④ 擴展性問題。擴展性問題旨在激發(fā)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)造性思維，引導(dǎo)其聯(lián)想DNA結(jié)構(gòu)在更廣泛的生物學(xué)背景中的意義，并為實驗探究環(huán)節(jié)做準(zhǔn)備。如教師可提問：“如果堿基配對規(guī)則被破壞，DNA的結(jié)構(gòu)和功能會發(fā)生什么變化？”或“為什么DNA分子采取雙螺旋結(jié)構(gòu)而不是其他形狀？”這類問題讓學(xué)生思考突變、遺傳穩(wěn)定性和功能變化的生物學(xué)影響，并鼓勵學(xué)生作出假設(shè)，為接下來的實驗驗證提供理論依據(jù)。

（二）課中：合作探究，驗證方案

在課堂中，教師遵循合作交流和科學(xué)驗證原則設(shè)計教學(xué)活動，科學(xué)分組并明確任務(wù)，確保每個學(xué)生積極參與實驗過程并承擔(dān)具體職責(zé)。教師提前準(zhǔn)備所需材料，詳細(xì)指導(dǎo)學(xué)生制訂實驗方案，強調(diào)操作流程的規(guī)范性及數(shù)據(jù)記錄的準(zhǔn)確性，培養(yǎng)學(xué)生的實驗素養(yǎng)與科學(xué)態(tài)度。為幫助學(xué)生順利完成實驗，教師應(yīng)在各小組間巡視，觀察實驗進(jìn)展，及時提供技術(shù)支持和方法指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生解決操作中遇到的困難。同時，教師積極鼓勵學(xué)生在實驗過程中開展組內(nèi)討論、反思實驗現(xiàn)象，以此促進(jìn)批判性思維的發(fā)展。實驗結(jié)束后，教師組織全班學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)成果展示，各小組詳細(xì)闡述實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)分析、實驗現(xiàn)象，分享各自的探究過程和結(jié)果。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行橫向比較，分析不同實驗方案的優(yōu)劣，討論實驗誤差來源和改進(jìn)方法，并梳理和總結(jié)各組數(shù)據(jù)的共性與差異。通過全班交流與反思，學(xué)生進(jìn)一步理解實驗背后的科學(xué)原理，學(xué)會從不同角度審視實驗數(shù)據(jù)，并形成解決問題的新思路，為后續(xù)更復(fù)雜的科學(xué)探究活動積累經(jīng)驗和技能。

例如圍繞“DNA分子的結(jié)構(gòu)”一課，教師設(shè)計并組織嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灮顒?，引?dǎo)學(xué)生通過合作探究逐步理解DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特征及堿基配對原則。為保證實驗順利進(jìn)行，教師應(yīng)提前準(zhǔn)備所需的實驗用具，包括DNA模型套件、標(biāo)有堿基符號（A、T、C、G）的卡片、示意圖、輔助材料（如色標(biāo)標(biāo)簽和數(shù)據(jù)記錄表格）。實驗開始前，教師將全班分為若干小組，并分配任務(wù)，使每個學(xué)生都能積極參與。教師先指導(dǎo)學(xué)生簡要回顧DNA的基本結(jié)構(gòu)單元。每組學(xué)生通過觀察DNA結(jié)構(gòu)圖，確認(rèn)兩條DNA鏈由脫氧核糖-磷酸骨架組成，并采用反向平行的排列方式（5到3'方向與3'到5方向相對）。在正式實驗環(huán)節(jié)，小組成員利用模型套件搭建DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，注意將磷酸和脫氧核糖交替連接，形成骨架。接下來，學(xué)生模擬堿基互補配對過程：將A與T配對，形成兩條氫鍵；將C與G配對，形成三條氫鍵。各小組觀察并記錄配對后DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，特別關(guān)注氫鍵對結(jié)構(gòu)完整性的影響。此過程使學(xué)生直觀理解氫鍵數(shù)目不同對DNA分子穩(wěn)定性的重要作用。實驗過程中，教師在教室內(nèi)巡視，檢查學(xué)生的操作，確保所有步驟規(guī)范。學(xué)生還需探討DNA鏈的方向性，了解兩條鏈的反向排列如何影響雙螺旋的螺旋性和對稱性。小組成員應(yīng)使用色標(biāo)標(biāo)簽區(qū)分不同堿基對，并記錄模型構(gòu)建過程中每一步的變化與觀察結(jié)果。如有學(xué)生注意到，只有互補堿基配對（A-T和C-G）才能穩(wěn)定保持雙螺旋結(jié)構(gòu)，而非互補配對會導(dǎo)致模型失穩(wěn)甚至崩塌。每組在實驗過程中嚴(yán)格記錄數(shù)據(jù)和實驗現(xiàn)象，填寫數(shù)據(jù)記錄表，詳細(xì)描述每種配對組合下的模型穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)特征。學(xué)生還需繪制簡圖展示雙螺旋結(jié)構(gòu)，并標(biāo)注出磷酸骨架、脫氧核糖和堿基對的位置，清晰呈現(xiàn)DNA的空間構(gòu)型。此外，小組需總結(jié)實驗發(fā)現(xiàn)，如A與T的雙氫鍵較C與G的三氫鍵穩(wěn)定性的差異，以及整體結(jié)構(gòu)對遺傳信息存儲的生物學(xué)意義。實驗結(jié)束后，各小組將實驗過程與結(jié)果整理成報告，內(nèi)容包括搭建步驟、模型變化、觀察到的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差異等。教師可要求小組展示DNA結(jié)構(gòu)圖和實驗記錄，以促進(jìn)全班學(xué)生對堿基配對原則的理解。通過這一實驗活動，學(xué)生不僅掌握了DNA分子的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)，而且培養(yǎng)了數(shù)據(jù)分析和科學(xué)記錄能力，為后續(xù)的遺傳學(xué)學(xué)習(xí)打下堅實基礎(chǔ)。

（三）課后：數(shù)據(jù)分析，反思提升

課后，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)整理和分析實驗數(shù)據(jù)，幫助學(xué)生進(jìn)一步深化對探究結(jié)果的理解和反思。學(xué)生需使用柱狀圖、折線圖等可視化工具直觀呈現(xiàn)實驗結(jié)果，確保圖表設(shè)計規(guī)范、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確清晰。通過小組展示各自的實驗數(shù)據(jù)和分析成果，并在全班范圍內(nèi)進(jìn)行討論和比較，學(xué)生可以識別實驗設(shè)計的優(yōu)缺點，分析數(shù)據(jù)之間的共性和差異，歸納出關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)。教師在此過程中應(yīng)促進(jìn)學(xué)生深度思考，并引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)經(jīng)驗和教訓(xùn)，識別實驗中的不足和改進(jìn)點。此外，教師還應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生撰寫結(jié)構(gòu)合理的反思報告，內(nèi)容包括實驗數(shù)據(jù)的總結(jié)、分析中的亮點、遇到的挑戰(zhàn)及其應(yīng)對策略。為進(jìn)一步提升學(xué)生的科學(xué)思維能力，可設(shè)置小組間的互評環(huán)節(jié)，鼓勵學(xué)生分享反思成果并討論改進(jìn)實驗設(shè)計的方法。這一過程有助于優(yōu)化探究方法，深化學(xué)生的理解，并為后續(xù)科學(xué)學(xué)習(xí)奠定更堅實的基礎(chǔ)。

1.數(shù)據(jù)整理與圖表繪制

教師引導(dǎo)學(xué)生將各小組的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理，并選擇適當(dāng)?shù)膱D表工具進(jìn)行可視化?？墒褂弥鶢顖D展示每種堿基配對的穩(wěn)定性差異，或者用折線圖表現(xiàn)不同配對組合對DNA模型整體穩(wěn)定性的影響，示例實驗數(shù)據(jù)表見表1。

2.數(shù)據(jù)分析與全班討論

教師安排各小組依次展示實驗數(shù)據(jù)和圖表，詳細(xì)解釋各自的實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)趨勢；引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行橫向比較，討論各組實驗設(shè)計的優(yōu)劣，以及數(shù)據(jù)一致性和差異性。學(xué)生分析例如“C-G配對因形成三條氫鍵顯著更穩(wěn)定，而A-T配對因兩條氫鍵稍遜，但仍保持穩(wěn)定”的現(xiàn)象。通過探討模型構(gòu)建中的誤差，如堿基配對錯誤或模型搭建中的操作失誤，學(xué)生可深入反思實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。教師進(jìn)一步幫助學(xué)生總結(jié)數(shù)據(jù)分析中的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)，強調(diào)數(shù)據(jù)分析的規(guī)范性和嚴(yán)謹(jǐn)性，并說明如何進(jìn)一步優(yōu)化實驗設(shè)計，減少誤差，提高數(shù)據(jù)的科學(xué)性。

3.實驗報告撰寫

教師提供結(jié)構(gòu)化的實驗報告模板，指導(dǎo)學(xué)生有序撰寫報告。報告一般包括五個主要部分。其一，引言，主要闡述實驗背景與目的，說明探究DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)及堿基配對原則的意義。其二，實驗方法，需要詳細(xì)記錄實驗的具體步驟、使用材料、遵循的科學(xué)方法。其三，實驗數(shù)據(jù)，主要包含整理后的數(shù)據(jù)表和可視化圖表，完整呈現(xiàn)各堿基配對組合的穩(wěn)定性和實驗現(xiàn)象。其四，數(shù)據(jù)分析，需要解釋實驗數(shù)據(jù)背后的科學(xué)原理，分析各配對組合的穩(wěn)定性原因，并指出實驗過程中可能的誤差來源。其五，討論與反思，主要總結(jié)實驗成效和不足，并提出改進(jìn)方法，反思實驗設(shè)計的優(yōu)化路徑。學(xué)生應(yīng)詳細(xì)描述所遇到的挑戰(zhàn)及應(yīng)對策略，例如如何提高數(shù)據(jù)記錄的準(zhǔn)確性或改進(jìn)模型搭建技術(shù)。

四、結(jié)語

探究性學(xué)習(xí)模式在高中生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用需緊密結(jié)合問題導(dǎo)向、合作探究、科學(xué)驗證原則。本文通過探討“DNA分子的結(jié)構(gòu)”教學(xué)案例，總結(jié)教學(xué)設(shè)計和實踐策略，展示探究性學(xué)習(xí)對學(xué)生科學(xué)思維和研究能力的促進(jìn)作用，可為優(yōu)化高中生物學(xué)探究教學(xué)提供理論與實踐支持，并為未來課程設(shè)計探索更系統(tǒng)化、科學(xué)化的教學(xué)路徑提供參考。

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