指向学生问题意识培养的高中生物实验教学

陈飞

现代认知心理学认为，问题是思维的核心。教学归根结底是提出问题和解决问题的过程。陶行知说过：“发明千千万，起点是一问。”其实，学生问题意识的培养一直是课堂教学的轴心。而问题意识对于高中生物教学的重义更为特殊，《普通高中生物课程标准（2017版）》提出的生物学科四大核心素养中，生命观念、理性思维和科学探究都直接和学生的问题息息相关，只有以问题为轴心，将生命观念、理性思维和科学探究很好地融合起来，有机地串联起来，学生的学科素养才能逐步形成和培养起来。问题意识既是学生的一种心理状态，也是学生智力发展的过程，高中生物教师要贯彻以人为本、以学为本的理念，就要以问题为牵引，以问题为导向，帮助学生在问题的提出、分析和求解中深化对学科问题的认识，形成运用学科知识来解决实际问题的能力，最终发展学生的创新精神、实践能力和社会责任感。那么，在高中生物实验教学中，教师应如何培养学生的问题意识呢？

一、聚焦实验导入，引导学生发现问题

苏格拉底说：“教育不是灌输，而是点燃火焰！”对于生物实验教学更是如此。从学科特征来看，生物学科是建立在实验基础上的科学。笔者调查发现，很多学生在做生物实验前没有点燃“问题”的火焰，被动看实验，记实验过程，背实验结论，对于自己心中的问题或困惑也不会问、懒得问。为此，高中生物教师须要结合实验特征、实验目标、学生的认知和兴趣培养等，通过创设具有引发学生认知冲突的问题情境，让学生在做实验——观察实验——再做实验的过程中形成问题意识，为问题的分析和解决做铺垫。

例如，在教学《生长素的生理作用》这一章节时，笔者先激活学生的前认知——上一节已学《植物生长素的发现》的相关内容，继而温习植物根的向重力性实验，然后创设内含三个环节的活动，让学生在实验前产生认知冲突，引发认知失衡。

活动一：温顾旧知，让学生简要分析胚芽鞘的向光生长特性。

活动二：促进迁移，引导学生分析植物茎的背重力生长特性，从而在潜意识里形成“随着生长素浓度的升高，植物生长就更快”的心理认同。

活动三：引发认知冲突，呈现实验小组成员的实物图或图片，聚焦植物根的向地生长。

在这些活动中，学生在新旧情境中产生了激烈的认知冲突，新现象、新情境无法被旧认知同化，学生问题意识“爆棚”，情不自禁地提出自己的困惑和问题，为接下来的实验埋下伏笔。

二、优化实验设计，指导学生阐释问题

问题有内隐和外显之分，若仅仅是产生问题而不作深追究，则问题的价值无法显现。因此，教师在引导学生产生“愤”“悱”之情后，要提供各种机会，让学生将实验前的内在困惑转化成需要表达、阐述和解决的具体问题，从而明晰实验的价值和意义。爱因斯坦说过：“发现问题和系统的阐述问题可能比得到解答更为重要，解答可能仅仅是数学或实验技能问题，而提出新问题，新的可能性，从新的角度去考虑问题，则要求创造性的想象，而且标志着科学的真正进步。”为此，教师要在设计情境、准备材料后，引导学生提出问题，并充分考虑自变量、因变量和无关变量间的关系，依据实验的相关要求，设计出具体的实验步骤，为问题的求证设计实验程序，从而培养学生阐述问题、界定问题的能力。

例如，在开展《探究影响酶活性的因素》的实验活动中，教师可指导学生按以下步骤生成实验中的具体问题。

步骤一：列出本实验中自变量、因变量和无关变量;

步骤二：启发学生自主探索自变量的方法和因变量的可观测指标;

步骤三：指导学生边实验边体验无关变量的界定，并以语言加以陈述。

通过以上实验步骤，教师指导学生分析实验过程，改进实验步骤，并以简洁明晰的语言加以表述。整个过

程表明，在合理的情境以及教师指导下，学生完全有能力将问题转化为实验程序，从而对问题进行生动阐释。

三、依托实验结果，帮助学生分析问题

面对实验结果，学生需运用观察、归纳、计算和总结等方法，综合、全面地对实验数据进行分析，对实验过程进行全盘复原，对实验结果进行精确鉴定。分析问题是学生由感性认识过渡到理性总结，并对问题进行深度追问，得出核心结论的过程。因此，分析问题是否精准关系着问题能否得到有效的解决。对于实验教学来说，所有的分析和推理必须基于预设，同时也要在实验过程中反复验证。实验的实践性特征决定了实验结果或多或少要受到其他因素的影响，教师要从实验结果、实验过程和实验目标出发，帮助学生分析實验的得和失，从而提升学生的实验操作能力和分析能力，帮助学生基于实验发展创新精神和实践能力。

首先，教师要帮助学生发展分析问题的根本方法。生物学科核心素养中提出了培养学生理性思维和科学探究能力的宏伟目标，要达成这两个目标，就要教会学生运用自主、合作等方法进行分析、质疑和思考。俗话说：“授人以鱼不如授人以渔。”达尔文也曾说过：“最有价值的知识是关于方法的知识。”为此，教师要教会学生运用适当的思维方式，秉持严谨的实验态度，采用富有逻辑的实验方法对待实验过程中的所有因素，帮助学生掌握启发式分析法、手段—目的分析法、原因—结果分析法、自变量—因变量分析法和类比思维分析法等进行精准分析，使学生的分析过程严密、严格且有序。

其次，教师要使学生养成解题后反思的习惯。美国当代教育家唐纳德·舍恩主张以“活动过程的省察”为原理的“反思性实践”来指导教学实践。教师引导学生进行反思、总结和归纳，一方面是对正确的经验、结论进行理论提练;另一方面也要对问题分析过程中的主观推测或不当思维加以调整;再者，教师要帮助学生对自己运用的思维方法进行内省式反思;最后，教师还要和学生结成学习共同体，对问题进行共性和个性的分类。通过这些反思性活动，学生对实验的整个过程有了再认识，形成了良好的反思习惯，也提升了实验能力和实验素养。

四、贯穿思维训练，帮助学生解决问题

1.用发散思维提升解决问题能力

发散性思维是创造思维的发源地，当下，新课程改革已步入深水区，培养学生的创新精神和实践能力已成为高中生物学科教学的主要目标之一。为此，教师要让学生从问题的不同角度进行多元思考，扩大思维的辐射面，帮助学生以多种途径探索解决问题的可能性。对于实验教学，更是如此，例如，在《基因在染色体上》的教学过程中，为培养学生的发散思维，教师创设如下教学情境：在遗传规律的发现实验中，孟德尔和摩尔根皆选择了测交实验来开展验证，但他们没有继续探究其他方法的可能性。那么，请学生思考，除测交外，科学家们还可以用哪些途径来进行验证呢？经过小组深入思考，总结如下可能方法：用子一代红眼雌蝇和白眼雄蝇交配，用白眼雌蝇和红眼雄蝇交配，再用白眼雌蝇和白眼雄蝇交配，学生在实验中遴选出最佳方法并开展实验。此实验过程培养了学生的发散思维，对解决其他类似问题具有潜在的启发性。

2.用逆向思維发展解决问题的能力

逆向思维也叫反向思维，它是相对于常规思维的一种特殊存在，往往从事理发生的结果或结论出发，逆水行舟，思维沿着问题解决的方向追本溯源，从而找到问题的核心所在。在实验教学中，教师可以采用逆向思维，让学生以反证法、排除法等推动问题解决。例如，在开展《绿叶中色素的提取和分离》实验时，教师可设计如下实验情境，培养学生逆向思维能力：先让学生有意出现以下非正确操作方式，如用水来替代无水乙醇，不加二氧化硅和碳酸钙，研磨不充分，将滤液细线浸没至层析液液面以下等，然后让学生在完成实验步骤后，向班级呈现层析结果，学生集体讨论各种异常结果分别是哪些人为因素导致的。学生在反向思维中通过归因、排除等方式，层层逼近正确答案，有力地培养了学生问题解决的能力。

3.用批判思维激发解决问题的能力

批判思维的核心是质疑，科学是在质疑中向前发展和推进的。人们常说：“质疑是真理的种子。”可见，高中生物教师要培养学生不唯书、不唯权威的信念，让学生多观察、勤思考、善反思、勇质疑，从而培养学生自主解决问题的途径、方法和策略，并在质疑中形成一种理性思维和探究精神，为践行高中生物学科核心素养而积蓄动力。要培养学生解决问题的能力，行为主体是学生，但主体责任在教师。教师首先要先行一步，自觉转变教学观念，树立新的学科观、实验观和教学观，并和学生一道，结合探究共同体和学习共同体，让学生在实验—观察—探究—再实验—再观察—再探究的循环研究中得出真知，走向真理的彼岸。

核心素养视野下，“问题解决”已然成为课堂教学的关键词，在高中生物实验教学中，教师要聚焦学生问题意识的培养，帮助学生发现问题、界定问题，并通过精准的实验来研究问题，通过多种思维来分析问题，最终提升解决问题的能力。当然，培养学生的问题意识，发展学生的理性思维和探究精神，这既是高中生物课堂改革的主要目标，也是践行立德树人，培养全面发展的人的应然诉求。

编辑/李梦迪E-mail：514874815@qq.com