新高考下如何在高中生物教学中培养学生的科学探究素养

赵 敏 安徽省桐城中学

《中国高考评价体系》在回答“考什么”的问题时将核心素养纳入重要内容，给教师的日常教学活动指明了方向。科学探究是高中生物学科核心素养的重要构成部分，重要性不言而喻。科学探究素养的培养，不但能加强学生对所学知识的深层次理解，而且可以使学生养成科学探究的良好习惯，促进其科学探究能力的提升，为顺利完成核心素养培养目标奠定坚实的基础。

一、灌输科学探究知识

众所周知，科学探究活动需牢固掌握相关基础知识，遵循科学探究原则，把握科学探究细节，才能得出正确的探究结果。高中生物教学实践中，为更好地培养学生的科学探究素养，应注重落实以下内容：其一，为学生系统讲解高中生物课本中涉及的实验知识。包括实验常用的物品、实验试剂的性质、实验试剂的使用方法，尤其要结合课本中的实验为其讲解实验原理，组织开展实验活动，使其熟练掌握课本中实验的操作步骤，并运用思维导图整理好实验基础知识。其二，讲解科学探究的相关理论。科学探究是人们获取新知识的重要途径。为提高科学探究效率，教学实践中要为学生讲解科学探究的步骤：提出问题→猜想与假设→制定实验方案与步骤→开展探究活动→收集与分析数据→分析与得出结论，需遵循的原则有科学性原则、单一变量原则、对照原则。教学中对照课本中的实验为学生逐一解释相关理论，使其真正地理解与掌握。其三，做好理论知识掌握情况的检验。为进一步巩固学生所学，发现学生认识与理解上的不足，需围绕教学内容以及科学探究理论知识设计相关问题，要求学生分析作答，尤其要求其在回答问题时详细阐述判断的依据。

例1，对生长状态相同的植物进行不同处理，具体操作如图1所示，则以下说法不正确的是（ ）

图1

A.实验研究的是探究植物激素对顶端优势的影响

B.D与E的操作表明生长素运输抑制剂和细胞分裂素有着相同的作用原理

C.至少需要进行A、B、C 三个操作，证实内源生长素维持了顶端优势

D.由实验可得，生长素与细胞分裂素在调控顶端优势中表现为相互拮抗关系

分析该题需要题意，而后运用科学探究知识逐一进行分析。通过对比实验操作确定因变量与自变量，实验中是否去除顶芽，是否涂抹细胞分裂素为自变量，因变量是侧芽的生长，分析可知A 项正确；D 操作中使用生成素运输抑制剂处理后，抑制了生成素的运输，使得侧芽生长素浓度变低，侧芽生长。E 操作中细胞分裂素促进细胞分裂，促进侧芽生长。生长素运输抑制剂和细胞分裂素作用原理并不相同。分析A、B、C 操作可知颈尖产生生长素并向下运输，使得颈尖生长素浓度较低，侧芽生成素浓度较高，高浓度生长素抑制侧芽生长，低浓度生长素促进顶端生长，维持顶端优势。细胞分裂素则通过促进细胞分裂维持顶端优势，显然生长素与细胞分裂素在调控顶端优势中为相互拮抗关系。

二、创设生活探究情境

为更好地培养学生的科学探究素养，教学实践中应注重采取措施激发学生的科学探究热情，使其能积极主动地思考科学探究的方案，制定合理的科学探究计划。经实践验证，创设生活探究情境能更好地激发学生的科学探究兴趣，获得良好的教学效果。同时，注重多媒体技术的应用，更好地吸引学生的注意力，增强学生的科学探究体验。

例2，某同学有喝牛奶的习惯。为探究牛奶中是否含有还原糖以及蛋白质，其设计如下实验进行探究。

实验目的：探究某品牌牛奶中是否含有以及还原糖蛋白质。

实验原理：运用颜色反应进行还原糖和蛋白质的检测。

实验步骤（见表1）其中A～F代表试管编号。

（1）a、b、c、d 各是什么内容？（2）A、D 两个试管的现象和结论分别是什么？（3）试管A 和哪一组构成对照实验，对照的目的是什么？

该探究情境来源于生活，容易激发学生的探究热情。科学探究应遵循单一变量原则，结合所学的生物实验知识，可知a 应为蛋白质，b 为2mL 双缩脲试剂A 液，c为水浴加热，d 为3～4 滴双缩脲试剂B 液。斐林试剂与还原糖作用出现砖红色沉淀，蛋白质和双缩脲作用溶液呈现紫色。对于试管A的对照组为B、C两个试管，进一步增加实验结果说服力，证明牛奶中是否含有还原糖。

三、精讲科学探究例题

培养学生的科学探究素养不是一蹴而就的，应注重将其融入教学的各个环节中。其中，例题讲解是高中生物教学中极其重要的环节，能很好地巩固学生所学，深化学生理解，帮助学生更好地积累科学探究的经验与方法。教学实践中应通过经典例题讲解，给学生解题以及科学探究活动带来指引，使其在开展探究活动时考虑问题更为全面、缜密。

例3，某种蓝藻色素分布在光合片层上，在有机质丰富的水体中大量繁殖时会引起水华现象。其产生的毒素具有强烈的肝毒性。查资料得知小檗碱能抑制该蓝藻的生长。为探究小檗碱抑制蓝藻生长的机理，做相关探究实验，获得的数据（如图2所示）：

图2

（1）该探究实验的自变量是_____；

（2）由实验可初步得出小檗碱抑制蓝藻生长的机理为_____；

（3）通过测量___组蓝藻内光合色素含量，发现各小组差异不明显，由此可进一步得出小檗碱抑制蓝藻生长的机理为_____；

（4）为验证该蓝藻具有强烈的肝毒性，以小白鼠为对象设地实验时，其中对照组小白鼠的处理方法为___。

根据两组实验操作的不同可以看到，实验自变量为光照和小檗碱的浓度。黑暗条件下两组实验中的细胞密度无差别，而光照条件下两组实验细胞密度差异明显，可初步得出小檗碱能对该蓝藻的光合作用产生抑制作用。为进一步探究小檗碱的抑制机理，需测量乙组蓝藻内光合色素含量，若各小组差异光合色素含量不明显，表明小檗碱抑制光合色素吸收、光能转化或抑制暗反应中相关酶的活性。验证蓝藻的肝毒性时，对照组的处理方法为：给该组小白鼠喂实验组等量的不含有毒素的食物和水，一段时间后检查其肝功能。

四、加强科学探究训练

新高考下培养学生的科学探究素养应认识到：很多科学探究知识以及科学探究技巧需学生不断参与科学探究活动，经历犯错、纠错过程，并认真总结、积累才能获得。实践中应做好合理的教学规划，制定详细的教学计划，尤其应结合学生实际情况加强科学探究训练。

例4，细胞凋亡会出现体积变小，位于质膜内侧磷脂酰丝氨酸（PS）外翻等情况。为探究白细胞介素-1（IL-1）给诱导红细胞凋亡产生的影响，使用1ng/mL 浓度的IL-1处理小鼠红细胞。实验探究结果如图3所示：

图3

（1）实验中的可变因素为____，得出的实验结论为____；

（2）6h 和12h 组有着相同的实验结果，原因可能为未能完全模拟血浆中多种细胞因子的协同作用，因此，需要增加_____组；

（3）为对外露的PS 进行检测，常加入带荧光标记的抗体与之特异性结合，如图4所示：

图4

①人体内血清中的抗体由___细胞分泌；②方法B中可结合多个抗体b 的原理为____；③与方法A 相比，方法B的优点为____。

分析实验与对照组实验操作可知，实验可变因素为时间、IL-1 的有无。对比得出的实验结论为IL-1 可诱导红细胞凋亡，12h 内效果不明显。12h 以后随着实验时间的延长，诱导作用越强。根据题干提示可知需要增加IL-1 与多种细胞因子实验组。血清中抗体的本质为蛋白质，其有效应B 细胞分泌。由图4 可知方法B 中抗体a 先抗体b 结合，在于荧光分子结合，表明抗体a 存在多个与抗体b 的结合位点。因方法B 结合的荧光分子较多，荧光更强，便于检测。

五、提供动手实践机会

新高考下培养学生科学探究素养应注重给学生提供亲自动手的实践机会，使其亲身体会实践过程，发现与解决探究过程中遇到的各种问题，增加高中生物学习的乐趣，锻炼其科学探究能力。一方面，要做好实践活动的设计与准备，严格控制实践活动难度，使学生联系所学找到实践的思路。另一方面，注重实践过程的跟踪。为提高实践效率，学生进行动手操作时教师应走下讲台，观察学生的具体操作，看学生还存在哪些需要改进的细节，及时给学生指出来，确保其顺利完成实践任务。

例5，成熟叶片中含有较多的脱落酸而不含细胞分裂素。请设计实验探究“细胞分裂素能否抑制叶片衰老”。实验步骤：①________；②_______；实验预测结果与结论：若______，则结论为_____；若______，则结论为_____；若______，则结论为_____；

为保证探究实践活动的顺利开展，在进行探究操作前要求学生搞清楚实验原理，把握实验细节。设计探究实验时应注重设计对照，而设计对照应遵循单一变量原则，并且因探究结论未知需要提出所有可能的假设，更好地指导实践活动的开展。基于储备的生物实验知识，学生制定如下实验步骤：选取一片生长旺盛、面积大小合适的叶片，沿叶脉将叶片划分成左右两个部分。其中左半部分涂上一定浓度的细胞分裂素，右半部分涂上等量的清水。放在适宜条件下记录左右叶片保持鲜绿的时间t1、t2。实验现象有三种：t1＞t2、t1=t2、t1＜t2分别对应三种实验结论：细胞分裂素延缓叶片衰老、细胞分裂素无延缓叶片衰老作用、细胞分裂素促进叶片衰老作用。在此基础上鼓励学生开展实践活动，经验证得出t1＞t2，细胞分裂素具有延缓叶片衰老的作用，如此既增加了学生的实验探究兴趣，锻炼了其实验探究能力，又加深了学生对细胞分裂素作用的认识。

六、重视科学探究总结

新高考下培养学生科学探究素养应认识到总结的重要性。对学生而言，通过总结能够及时发现与弥补科学探究中的不足，指引其针对性地改进；对教师而言，通过总结能够掌握学情以及自身教学活动中的问题，为开展教学优化活动提供真实的依据。实践中根据教学进度以及生物实验知识之间的内在联系，专门预留空白时间要求学生从生物实验、科学探究基础知识以及科学探究技能方面进行总结，构建科学探究知识网络。同时，教师要认真分析学生科学探究素养提升情况以及学生在课堂上的表现，总结教学的经验教训，通过与学生沟通交流，积极向经验丰富的教师请教，做好相关教学方法、教学环节的调整，将教学水平以及学生科学探究素养培养的能力提升到一个新的高度。

综上所述，科学探究素养在高中生物学科核心素养中占有重要地位，是新高考考查的重点。实践表明，灌输科学探究基础知识、创设生活探究情境、精讲科学探究例题、加强科学探究训练、提供动手实践机会、重视科学探究总结在培养学生科学探究素养上效果明显，可结合实际情况加以针对性地借鉴，以顺利完成培养目标。