基于实验内化学生科学探究素养的方法

甘肃省玉门市第一中学(735211) 罗建义

基于实验内化学生的科学探究素养，是指教师以实验教学为载体，引导学生熟悉科学探究的一般思路与方法，完成从“提出问题—作出假设—设计实验—实验验证—得出结论”的整个实验教学过程，使学生的科学探究思维得以不断锤练与提升的教学方法。笔者以实验情景的创设、对照实验的增补、稚化思维教育的应用、自主实验的探究4个维度为切入点，旨在研究、获取基于实验培养学生科学探究素养的思路与方法。

1 创设有悖已有经验的实验情景，培养学生的创新思维能力

生物实验中渗透着许多生动、鲜明的教学素材，特别是一些有悖于已有经验的实验情景，更有利于激发学生的学习热情，引发学生对所探究的问题进行深入的甄别与判断，从而大大培养了学生的创新思维能力。如在学习酶的特性之后，教师可以预设如下新情景供学生思考。①用淀粉酶探究pH对酶活性的影响；②用过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响；③用碘液作为检测试剂，检测淀粉酶对淀粉、蔗糖溶液的催化具有专一性。这些问题有悖于学生学习的已有经验，经过讨论后，学生发现这些探究方案皆有瑕疵，教师引导学生修改探究方案，拟定正确的探究主题，如用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响，用淀粉酶探究温度对酶活性的影响，用斐林试剂检测淀粉酶对淀粉、蔗糖溶液的催化具有专一性。方案确定后，各小组从其中选择感兴趣的课题展开探究。新实验情境的创设，给学生提供了一个全新的探究视野与体验，激发了学生的学习兴趣，拓展了学生的思维，培养了学生的创新能力。

2 创设增补对照实验的实验情境，培养学生实验方案的设计能力

生物实验中有自变量、因变量和无关变量3种变量。实验组是处理自变量后发生变化的实验对象组，处理的自变量即为研究的对象。对照组是不处理自变量的实验对象组，通过设置适当的对照实验，既可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。教学中教师要多为学生提供增补对照实验的相关训练(如例1)，以促进学生对实验预设方案、实验过程的合理性的思考与判断，增强学生对实验数据、结论的认同感，培养学生实验方案的设计能力，促进学生探究素养的提升。

例1：某学习小组做了探究“生态系统的抵抗力稳定性”的实验，请把实验过程补充完整。

(1)提出问题：生态系统中的生物种类和数量越多，其抵抗力稳定性越强吗?

(2)实验材料与仪器：3个同型号的透明塑料瓶、沙子、雨水、水草和以水草为食的淡水螺等动物。

(3)设计方案：

①选择同型号的3个透明塑料瓶，标记为A、B、C。塑料瓶内分别装入1～2cm厚的沙子，再注入等量的河水。

②向A瓶中放入水草和以水草为食的淡水螺等动物，动物和水草的生物量比例适宜。向B瓶中______、C瓶中______，放入量皆与A瓶相同。

③将A、B、C密封，置于光照较强处。定期观察记录A、B和C瓶中水质变化及生物生存状况。

(4)预期结论：______。

答案：只放水草；只放淡水螺等动物；A瓶中的动植物存活时间最长，生态系统的抵抗力稳定性最强。

此题以探究生态系统的稳定性为背景命题，主要考察学生对增补对照实验、实验预期的判断与考察。要求学生掌握生态系统的结构与功能，理解生态系统中的生物种类和数量越多，其抵抗力稳定性越强。结合探究问题及实验组提供的信息，确定实验研究对象，找到对照点，加强学生对对照、等量、单因子变量等实验原则的理解，培养了学生对实验方案的设计能力，促进了学生探究素养的提升。

3 创设稚化思维教育的实验情景，培养学生合作探究能力

在实验教学中，教师思维的超前化与学生思维的滞后化普遍存在，这种状况使学生很难跟上教师的教学节奏。鉴于此，教师应充分关注学生原有的实验技能水平、知识储备量及其最近发展区，要站在学生的角度分析问题，要稚化自身思维，把大智若愚的教学思考和学生的实验探究、合作学习相结合，教师要模拟学生的思维，帮助他们观察实验现象、分析实验数据、引导他们获取实验结果，促进师生之间的合作探究，教学相长。如在 “植物细胞工程”的新授课教学中，学生对植物细胞工程的知识知之甚少，对体细胞胚的知识了解更少，教师课前可以表现得和学生一样 “无知”。同时布置作业，要求师生自主选择实验材料，独自或小组合作来制作人工自然种子模型。为了创设稚化思维教育情境，教师可以制作一些缺少种皮或胚的种子模型在课堂上展示，引导学生进行选择、甄别与判断。笔者发现，课堂上学生展示的人工种子模型丰富多彩，种皮多为花生果皮、大蒜皮、芸豆皮等不同类型，胚则多用萝卜、胡萝卜、马铃薯制作，人工胚乳的制作中，学生还加入了蔗糖、食盐、牛奶等各种营养物质。随后，教师也展示了自己做的人工种子，和学生作品相互比较，引导学生对有错误的种子模型进行鉴定与修正，促使学生对自然种子的结构有一个全面的认识。随后，师生共同阅读教材，一起学习植物细胞组织培养技术，了解胚状体的结构后，引导学生利用手头的材料，制作人工胚状体种子的模型。教师也可故意展示一些错误的种子模型。如有胚乳的人工胚状体种子模型供学生讨论、判断与修正。这种探究 “稚化”了教师思维，促进了师生合作，不仅有助于学生理解教材知识，也有助于学生合作探究能力的提升。

4 创设自主实验探究氛围，培养学生科学探究能力

创设自主实验探究氛围，指教师提供一定的硬件设施，实验试剂与材料，由学生自主确定探究主题、预设实验方案、自主探索并得出实验结论的教学方法。在实验探究阶段，学生要彼此质疑、探究，自主观察实验现象，分析实验数据，对学生提出的有价值的问题，在组间进行讨论，引导学生从不同侧面理解实验。这不仅有利于学生的主动探究，也有利于培养学生科学探究素养的提升。如在 “探究pH值对酶活性的影响”实验教学中，教师给学生提供了淀粉溶液、蔗糖溶液、鸡蛋清稀释液、过氧化氢溶液、盐酸、氢氧化钠溶液及多种检测试剂，引导学生自主选择反应底物及检测试剂，自主选择实验原理、设计实验方案、预设实验过程、自主探究并得出实验结论。随后，教师引导学生改变实验步骤，如缩小试管中溶液的pH梯度，或改变实验温度，教师引导学生对步骤改变前后观察到的实验现象进行比较，甄别实验结论的相似程度，引导学生判断实验步骤设计的合理性，大大提高了学生的科学探究的能力与水平。

教学中，教师可根据教学内容的差异性，灵活的选择一种或多种教学方法，激发学生的探究潜能，促使学生探究素养和水平的提升。