拓展高中生物实验，提高科学探究能力

石丹花

摘 要 通过对高中生物教材原有实验进行拓展，包括实验材料、仪器、方法等的改进和创新，帮助学生提升思维能力和科学探究能力，增强社会责任感，进而提高生物学核心素养。

关键词 科学探究 实验拓展 生物学核心素养

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

1 概念界定

1.1 科学探究

近来，教育部提出核心素养的概念，其中生物学核心素养是学生形成核心素养的关键之一。生物学核心素养包括生命观念、理性思维、科学探究和社会责任4个维度。科学探究是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及结果交流与讨论。在开展不同的工作中，都乐于并善于团队合作。

1.2 实验拓展

实验拓展立足于培养学生的生物学核心素养，以教材原有实验为基础，对实验内容、材料或方法进行延伸、改进或创新。教师引导学生的思考，提高理性思维和科学探究能力，进而提高生物学核心素养。

2 研究背景

生物学是一门以实验为基础的学科，许多生物学原理的形成离不开实验为证据的支撑。同时，实验的开展对培养学生的动手能力及创新思维都有重要作用。

然而，现在的高中生物实验教学过程存在种种问题。首先，生物被公认为副科，學校对生物实验的重视度不够。多数学校对生物实验室经济投入不足，实验设备陈旧，缺少仪器、材料，以至于部分实验无法完成。其次，受到应试教育的影响，生物课时较少，多数实验通过课堂讲授或教师演示，学生只需牢记实验步骤及结论即可。另外，许多生物学教师本身动手能力有限，从未接受专门的培训指导，因此实验开出率较低。

显然，剥夺学生的实验权利便 阻碍了学生创新能力的提升。学生的动手能力较差，“眼高手低”现象较为普遍。因此，教师应该充分挖掘教材中的实验，对原有实验进行改进、创新、拓展，给学生创造动手操作的机会，帮助学生提高科学探究能力，进而提高生物学核心素养。

3 高中生物实验拓展策略

3.1 改进教材原有实验

（1） 知识内容拓展。

有些生物学概念的表述比较抽象，可用实验演示，则形象易懂。如减数分裂过程中同源染色体、联会及交叉互换，学生对人体细胞中23对染色体并没有直观的认识。教师可以将高倍显微镜下男性和女性的染色体组成图打印出来。学生以小组为单位，将染色体剪下，根据大小、形状模拟同源染色体配对，从而对联会、四分体、交叉互换有个直观的认识。

（2） 创新实验材料。

实验材料的选取直接影响实验的开展和效果。教材中建议的材料并不一定是最合适的，教师应该从实验操作的难易、材料的获取、实验效果等角度择优选择。

如在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，教材建议用新鲜的菠菜绿叶，结果分离出四条色素带，其中叶绿素较明显，但叶黄素含量较少。本实验教学时已是深秋，学生可以提取并分离不同植物叶片的色素，如黄色的银杏叶片、紫甘蓝叶片、红色枫叶。每个探究小组选取一种叶片进行实验，并与其他小组交流实验结果。学生在不同材料的实验中，不仅了解了叶绿素和叶黄素，还认识了花青素。这有助于培养学生的发散思维及知识迁移能力。

（3） 改进实验仪器。

受当地经济发展水平的制约，多数学校对实验室的资金投入较少，相关实验仪器设备较为陈旧，因此实验现象不够明显。

如“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验中，学生自己制作的装片在普通光学显微镜下很难观察清楚，很大程度上打击了学生动手的积极性。有条件的学校可以购置电子数码显微镜，学生可以直接通过显示器屏幕观察，还可以拍照、录制视频并拷贝回去。利用数码显微镜观察，不仅实验现象明显，还可让学生体会科学技术的进步对实验探究的积极作用。

（4） 创新实验方法。

教师要鼓励学生大胆创新，对教材实验中繁琐的方法步骤进行简化，同样可以达到实验的目的。

如“观察植物细胞质壁分离与复原”的实验，在撕取洋葱外表皮时，教材建议先用刀片划“井”，然后用镊子撕取。这个操作并不顺利，镊子一般较钝，不易撕取，且洋葱表皮容易卷曲。因此可以改为逆着洋葱鳞片叶弯曲的方向轻轻折断，便会露出外表皮，然后直接用手撕取即可。实际操作表明，这种方法更为快速、简便。

在“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验中，教材中压片的方法是将根尖弄碎放在载玻片上，盖上盖玻片，在盖玻片上再加一片载玻片，然后用拇指轻轻按压载玻片。这种方法的弊端是染料容易沾在手上，而且载玻片容易滑动，导致根尖位置变动。改进方法是用长条形吸水滤纸沿着载玻片宽的方向缠绕，固定载玻片和盖玻片，再轻轻按压。这样不仅可以固定盖玻片的位置，还可以吸收多于的染液。

（5） 创新实验组织形式。

多数教师在实验室教学虽采取小组合作的形式，但仍是教师一人指导整个班级，无疑增加了教师负担，降低了实验效率。教师不妨采取对各组组长进行“岗前培训”，然后实验操作过程中由组长负责指导每组成员。这在一定程度上可以提高学生的责任感与合作交流能力。

（6） 创新实验设计。

提升学生的理性思维和科学探究能力是提高生物学核心素养的重要方面。教师对教材实验重新设计，开展探究性实验，让学生尝试根据生活中的现象提出问题、作出假设、设计实验并开展实验，根据实验结果得出结论，与他人交流，从而培养学生实事求是、坚持不懈的态度。

如“探究温度对酶活性的影响”，教师可以让学生根据加酶洗衣粉的包装说明，自行设计实验，使学生在实验设计中体会控制变量原则、对照原则等，让学生形成科学思维的习惯，认同生物学与社会生活的密切联系。

3.2 开展课外探究实验

受到课堂时间、实验室设备等条件的制约，有些实验无法在学校实验室完成，教师可以组织学生利用周末时间开展课外探究实验。

例如，“果汁发酵制作果酒和果醋”此实验虽在实验室有简易制作装置，但是设备简陋并不能充分发挥学生的探究能力。若条件允许，教师可以组织学生参观当地酒厂，让学生认识果酒生产企业的生产设备、制作工艺流程等，让学生尝试用所学知识解决生产实践中的问题，增强社会责任感。又如，带领学生去农业生产基地，了解农作物种植过程中应注意的问题，使学生了解大棚种植的优势等，能运用所学的光合作用和呼吸作用相关知识去解释农业生产的一些问题，从而密切联系生活实际，提高学生的社会责任感。

3.3 创新设计趣味实验

对于某些抽象、枯燥的内容，若是通过趣味实验呈现出来，可大大提高学生兴趣。趣味实验包括让学生身体模仿、角色扮演等。如学习氨基酸结构通式时，可用学生的身体模仿——头部代表R基，两手代表氨基和羧基，双脚并拢代表H原子。学生手拉手站成一排表示氨基酸的脱水缩合过程，形象地展示形成的肽键数和脱去的水分子数以及一条肽链中游离的氨基和羧基数。实践表明，学生积极参与活动，会大大提高学习的积极性。

对于某些科学史的讲授，教师可以采用角色扮演还原科学故事的方式。笔者在“伴性遗传”一节中，关于道尔顿发现色盲症的故事，让几位学生分角色扮演道尔顿、母亲、弟弟、周围人等。实践证明，学生特别认真对待，热情表演，将不同人物表现的非常到位。学生在扮演过程中不仅了解了科学史，还体会到科学家在科学探究过程中付出的艰辛与努力，同时达到了情感、态度与价值观教育的目标。

3.4 结合其他学科实验

学科核心素养是学生提高核心素养的桥梁，不同学科存在一定的联系，教师要打破学科界限、融通各学科知识，充分尊重学生个性，发挥思维力和创造力。如“还原糖的鉴定”实验中，教材推荐用斐林试剂鉴定。斐林试剂与还原糖作用产生砖红色沉淀。教师还可以利用化学中的银镜反应原理，先制备银氨溶液，再滴入一滴管的葡萄糖溶液，振荡后把试管放在热水中温热。不久可以看到，试管被加热区内壁上附着一层光亮如镜的金属银，原因在于还原糖具有还原性，可以将银离子还原成金属银。

4 结论

学生核心素养的提升与教师的教学方法密切相关。教师要充分为学生考虑，从学生的长远利益出发，灵活运用多种教学方式，改进并创新教材原有实验，让学生最大限度参与到实验活动中来，鼓励学生质疑、交流与创新，提高思维能力与科学探究能力，增强社会责任感，从而更好地适应社会发展和终身发展的需要，做一个全面发展的人。

參考文献：

[1] 于智勇，林颖韬.基于核心素养下的高中生物实验拓展式教学模式的实践研究[J].中学生物学，2016，32（10）：42-44.

[2] 张梅.对生物实验的改进和创新研究，提高生物教学的有效性[J].中学生物学，2013，29（4）：43-44.