高中生物教学中培养学生科学探究能力的尝试

刘文奇

科学探究作为高中生物学学科核心素养的四大内容之一，是学生习得科学知识的行动方式和探索未知问题的一种实践方法。但是，笔者发现学生基于问题的探究意识并不是很高。产生这个现象的原因可能是部分教师的教学主张比较单一，缺乏灵活多变的教学技能，不能对学生进行有效的引导;也可能是部分教师还没有走出应试教育的思想禁锢，认为通过讲授知识也可以使学生掌握科学探究的方法、步骤;还可能是部分教师没能找到培养学生科学探究能力的具体策略。显然，要想提高学生的科学探究能力，需要教师改变自身的认识，提升自己的教学策略，引导学生会思考、会探究。笔者在生物课堂教学中曾对培养学生的科学探究能力做过如下尝试，收到不错的教学效果。

1创设具体而真实的情境问题，培养学生问题意识和质疑能力

科学探究是学生获取科学知识的一种学习方式，也是分析现象和解决科学问题一种能力，还是探索未知知识的一种实践活动。科学知识的产生和发展源自日常社会生活、社会自然现象，这就要求教师从生活实际入手，从生活情境着眼，让生活情境走进科学，积极创设探究情境，化问题情境为探究源，激发学生探究的兴趣，培养学生问题意识和质疑能力。

例如，在教学“细胞膜——系统的边界”一课时，教师引导学生思考：科学家在电子显微镜诞生之前，就已经能够确定细胞膜的存在了。能否根据自己的学习认知，说出细胞膜存在的事实？什么方法可以证明细胞膜的存在？活细胞的细胞膜具有选择透过性的功能特点，即细胞膜允许自身需要的物质或者自身代谢的废物可以通过，不是细胞需要的物质不能通过。你能否设计一个实验来证明这一结论？实验的目的、原理和实验材料及用具分别是什么？设计的实验方案和实验步骤是什么？

教师设置情境问题，促进学生深入思考探究问题，激发学生的探究热情。在思考情境问题时，学生的问题意识得到培养，质疑能力得到增强，解决实际问题的能力得到强化。所以，教师在开展生物学教学时，要充分利用各种真实问题，积极创设探究情境，引导学生积极主动参与科学探究，从而培养学生的问题意识和对生活问题的质疑能力。

2创新教材实验，培养学生科学探究的方法与设计能力

教材中的实验是编者精心设置和安排的教学载体，教材中的探究实验是引导学生进行科学探究的最好范例。学生进行科学探究实验时，教师可引导学生观察实验现象、提出问题，从多层次、多角度思考分析问题，提出可能的猜想假设，应用已有知识进行实验设计或寻找证据加以论证，结合实验事实和证据对问题作出合理解释，并对探究过程和结果进行交流评价。这一严谨的实验过程可以培养学生科学探究的具体方法，提升学生设计实验的能力。

例如，教材中的“植物细胞的质壁分离及复原实验”，首先从2个完全相同的萝卜条入手：打孔器在萝卜的相近部位选取两个圆柱体a、b，然后把a萝卜柱放在清水溶液中，把b萝卜柱放在质量浓度为0.3g/mL的食盐溶液中。两萝卜柱放入溶液的时间均是2h。学生猜想：处理后的两个萝卜条还能否与原来的孔相匹配？教师创设情境问题，让学生直观感知细胞的吸水和失水，激起学生的学习兴趣，引发学生的探究欲望。基于生活情境，教师引导学生提出问题：成熟的植物细胞能够满足一个渗透系统吗？学生做出假设：成熟的植物细胞是一个渗透系统。设计并实施实验：将成熟的植物细胞放在浓度较高的蔗糖溶液中，在显微镜下观察其大小，再将发生质壁分离后的细胞放在清水中观察其大小变化。教师引导学生分析实验结果、得出结论。教师提出问题，引导学生对教材实验进行拓展：如何测定植物细胞溶液的浓度？请按照科学探究的一般流程进行实验。

通过对教材实验的探究，学生不仅可以掌握实验内容，更重要的是能习得科学探究的一般方法。教师利用教材实验，一步步引导学生观察现象、发现问题、分析问题和提出假设，然后通过设计实验、收集选择有用信息，对实验结果进行交流、评估。所以，教材中的实验可训练学生的科学探究方法，也可不断增强学生的科学探究能力。

3充分利用生物科学史，培养学生的科学探究的严谨性

高中生物科学史材料是培养学生科学探究的很好素材，展现了许多科学家孜孜以求、不懈努力的结果。虽然，科学史的发展过程不能在实验室推演，但这一内容可激发学生的科学探究兴趣，有助于学生系统理解生物学核心概念，形成严谨的逻辑思维和形象思维等科学思维品质，形成自己的科学探究思路，掌握科学探究的基本方法，崇尚科学家的科研精神，感悟科學家的品格。所以科学史可以培养学生的科学探究的严谨性。

例如，在“生长素的发现”一节“探究生长素的发现过程”中，达尔文从生活发现入手，根据金丝雀虉草的胚芽鞘受到单侧光照射时会向光弯曲生长的现象，提出假设，开展科学探究：

1胚芽鞘是否具有向光性？胚芽鞘弯曲生长的是哪一部分？感受光刺激的是哪部分？

2胚芽鞘的向光生长是否与尖端有关？

3胚芽鞘感受光刺激的是尖端，还是尖端以下部位？

4胚芽鞘弯曲的部位在哪里？

5单侧光的照射下，胚芽鞘背光侧与向光侧哪个生长快？

将科学史融入到高中生物课堂教学是落实科学探究的有效途径。教师要充分利用教材中的科学史，引领学生深入思考问题，并严格按照实验要求，明确实验的实施步骤，引导学生重新体验科学知识发现的探索过程，亲身经历发现问题、分析问题、作出假设、设计实验、进行试验及数据的评价分析，沿着科学家的思想层层递进，步步深入进行推理分析，完成科学探究，从而培养学生科学探究的严谨性，提升学生的科学探究素养水平。

4通过深度学习，培养学生科学探究的意识深度学习概念的最早提出是计算机科学和人工智能领域，本质是一种基于模拟人脑思维深层次认知过程，如今该研究和应用逐步延伸到教育领域。教师将深度学习运用于高中生物教学中，可以发展学生的高阶思维，帮助学生从知识本位走向探索知识本质转变，提高学生的科学探究素养。

例如，在学习“细胞增殖”一节时，教师提出问题：

染色体为什么会运动？是什么引起染色体的运动？并展示有丝分裂图片，讲述有丝分裂过程，引导学生分析染色体的位置变化。在学生说出染色体的行为变化特点后，教师追问：是什么引起染色体运动？引导学生按照科学探究的一般过程进行分析讨论。

1提出假设：纺锤丝的牵引导致染色体运动的。

2实验方法：破坏分裂过程中的纺锤丝。

3查阅资料：查找文献资料，哪些条件或者试剂使纺锤丝解体或阻止纺锤丝的形成（低温、秋水仙素或Ca2+均能抑制纺锤丝的形成）。

4出现障碍：若按照教材中的实验步骤进行解离、漂洗、染色、制片后，植物细胞已经死亡，无法完成后续实验。能否找到不经解离、漂洗、染色、制片等实验步骤直接观察细胞中的染色体运动状态？

5查阅文献：可以利用相差显微镜解决这个问题。

6设计实验：将洋葱根尖纵切成一个薄片，利用相差显微镜观察一个分裂周期所需的时间，然后在盖玻片的一侧滴加一定浓度的秋水仙素，用吸水纸在另一侧吸引。将制作好的临时装片置于秋水仙素溶液一段时间，待纺锤丝解体后，用一个分裂周期的时间观察染色体的运动情况。

7预测实验结果：若染色体的运动是由于纺锤丝的牵引形成的，那么纺锤丝解体后，染色体将不再运动，不能完成细胞分裂。若染色体的运动不是由于纺锤丝的牵引形成的，那么纺锤丝解体后，染色体能够发生正常的运动，并且能完成一个细胞周期的分列过程。

8实施实验，并得出结论。

教师引导学生开展深度学习，学生科学知识的建构、探究能力的发展及科学精神的培育都会得到提升。在实际教学过程中，教师要基于生物学现象及其科学规律，对生物学学科思想进行深度挖掘，使学生由知识本位到知識本质的转变，使学生对问题充满好奇和思考，从而对问题和现象进行深度探究，逐渐增强科学探究的意识。

在生物学教学中践行新课标理念，渗透学科核心素养内容是树立社会主义核心价值观、落实立德树人根本任务的具体要求。教师在教学中要注重教学策略，引导学生对情境问题常思考“为什么”，努力促使他们去探寻知识的本源，有效发展学生的生物学学科核心素养。

参考文献：

樊荧荧.指向深度学习的高中生物复习课策略探讨——以“细胞器——系统内的分工合作”为例[J].中学生物学，2020，（11）：10-12.

1949501705272