借助实验情境提升学生生物科学思维品质的研究

李 婷 贾亚兰

(扬州市江都区大桥高级中学,江苏 扬州 225211)

在高中生物教育体系中,实验教学占据重要地位,教材内容中各类实验的步骤、结论占据大量篇幅,新课程标准也重视对学生生物科学态度和思维的培养.通过开展实验教学,学生能在实验中探究得出重要知识结论,从实验过程中思考问题,提升观察能力、动手能力,学会以科学严谨的态度去发现、分析和解决问题.高中生物实验教学对于学生的生物核心素养培养具有重要意义,帮助学生将生物科学思维落实于实践,从理论和实践双方面提升学生的生物科学思维品质.

1 开展生物实验教学对于培养生物科学思维品质的意义

1.1 激发学生生物研究兴趣

在高中生物教学中,让学生亲自动手进行实验操作才能使生物知识给学生留下深刻印象,激发其生物探索热情和兴趣.实验操作突破教材讲解这一平面的学习状态,具有一定的趣味性,学生在其中大多保持高涨的学习热情,能够使学生在实验课的教学中激发自身学习动力,更专注于知识内容的学习和记忆,培养学生投入生物研究的兴趣.

1.2 提高学生科学创新能力

生物重要的知识结论都来源于科学家们的实验创新,生物教育的目标在于培养高素质生物人才,自然也离不开对学生生物研究创新思维的锻炼.通过实验操作,学生能够切身体会生物实验的进行,从实际场景中观察和研究实验现象,思考实验问题,在长期的锻炼中逐渐掌握生物实验的思维逻辑,提高创新能力.

1.3 培养学生严谨科学态度

在高中生物实验课的教学中,学生能够从严谨的实验操作中感受生物科学探究的严谨态度,感受实验操作中的科学性.教师在进行生物实验教学时要先向学生提出生物实验的基本准则以及使用生物实验室内各种器材的规则方法,着重强调一些实验当中的重要步骤操作不能出现任何差错,潜移默化地向学生灌输生物实验的科学性、严谨性.通过高中生物的实验操作,学生能够逐渐理解生物实验准则的要求,摸索生物实验的科学规律,感悟体会生物实验的严谨性、科学性.

2 实验情境下提升农村高中生生物科学思维品质的策略建议

2.1 灵活选择实验材料

农村相较于城市,在经济水平、文化认知方面都相对较差,资金、资源等都比较缺乏,对于农村高中学校而言,大部分农村学校的硬件条件都较差,在实验教育上可投入的资金都相对短缺.开展生物科学实验需要大量的实验设备和实验药品,这些材料通常都十分昂贵,许多实验器材和药品材料的储存条件也较为苛刻,需要专门的储存空间和实验场所来确保其能够正常使用.另外,许多生物实验所需要的器材还必须实时确定其状态,及时检查检修.种种实验开展的客观条件都要求学校具备充足的资金与人力来维持和管理,而农村学校的教育资金状况往往无法维持良好的实验条件,无法为学生创造优质的实验环境,导致能直接接触生物实验操作的学生数量大大受限[1],学生生物科学思维品质素养的提升也面临一定阻碍.因此就要求教师在教学时尽力寻找一些实验材料的替代品来改进实验材料,采用生活中可找到的材料来进行生物实验.例如“制作DNA双螺旋结构模型”的实验中,教师可以选择塑料泡沫、彩色塑料片或硬纸片、铁丝、曲别针、橡皮泥等生活中常见的、易获得的材料作为实验道具,按照教材要求来制作相应模型,完成实验.还有“用高倍显微镜观察叶绿体”的实验教学,这一实验需要用到实验材料黑藻,但是黑藻获取途径少需要单独购买,增加教学成本,基于这一因素可以使用菠菜来代替黑藻进行观察实验.在观察细胞时还可以对菠菜不同位置的细胞进行观察对比,判断不同位置叶绿体的分布状况,既不干扰实验的正常进行,还能从中思考不同因素对于实验结果的影响.

2.2 改进创新实验方案

创新设计的实验方案需要符合学生的真实操作水平,控制适当的实验操作难度,安排合理的实验进行时间,提高实验的可操作性,减少学生对于实验操作学习的畏难心理,提升学生对于生物实验教学的接受度和参与度,力求在激发学生实验学习热情的基础上,掌握丰富生物知识,提高其生物实验技能[2].例如,在“酵母菌呼吸方式”的实验中,对实验装置的气密性要求很高,实验中的有氧条件和无氧条件需要操作者严格控制,在完成操作观察现象时需要检测二氧化碳浓度和有无酒精,二者的检测难度都较大.常规的实验方案实施具有一定的困难,由此可以适当创新实验方案,在严格保持实验装置气密性的基础上利用酶的高效性,采用过氧化氢分解制取氧气的方法创造有氧条件;可以采用较小的注射器使二氧化碳变化表现更明显,并且实时观测注射器刻度的变化情况,更直观地观测到二氧化碳生成的快慢情况.通过调整实验方案,合理降低实验进行难度,为实验顺利进行创造条件,同时也是对学生思维灵活性、创新性的培养,鼓励其在生物学习中大胆创新,通过实际的实验操作,学生能够充分发挥主观能动性,自觉地进入生物学习状态,实际操作时学生大多会将课堂学习目标转移至实验的顺利进行,在实验过程中遇到困难知识时能够积极回顾和学习实验涉及的知识点,从而促进学生自觉深入探索思考,提升其思维品质的创新性和深刻性.

2.3 组建不同实验小组

受限于硬件资源的短缺和信息来源的闭塞,很多情况下农村生物课堂无法保证在每个实验中所有学生都能动手参与,针对此情况,教师可以采取划分实验小组的方式来提升学生对实验的认识理解.为保证学生在实验中的学习效果,提高学生在实验学习中的参与度,在面对两个相似的实验时可以组建两个不同的实验小组,分别进行不同的实验,在两个实验小组下再细致划分每位小组成员,确保每位学生都能参与到实验操作中来.例如“探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度”的实验中,该实验需要探究“生根数”和“平均生根长度”两方面的变量实验[3],但是两种因变量的实验操作大致是类似的,因此教师就可以在进行此实验时将学生划分为两个大组,分别进行两种实验因变量的探究.在不同的实验探究中,学生积极对比与其他人的实验结果,从中更好地掌握生物实验和学习的规律,进而培养实验素养和独立性思维品质.

2.4 拓展延伸现有实验

教师可以基于现有的实验条件,通过改变一些实验步骤丰富实验情境,创造多元思考的问题,使有限的实验资源发挥更大的教育价值.例如研究植物细胞吸水和失水的实验,在进行实验时首先按照教材中给定的0.3 g/mL浓度的蔗糖溶液开展,在完成了这一浓度的实验后,教师可以引导学生改变蔗糖溶液的浓度,配置多个浓度的蔗糖溶液,再按照教材规定的实验步骤进行操作,观察并记录不同蔗糖浓度下细胞的质壁分离情况,以及滴加清水后细胞的复原状况.在单一的生物实验中改变实验变量状况,得出结论来更深入地验证已知结论,通过对现有实验的延伸拓展来深化学生的思考,培养学生的探究意识[4].学生在实验中获得充实的知识体验,生物实验课为学生的创新性发展创造不可替代的客观条件,使其有机会在科学的逻辑和丰富的科学知识指导下对实验操作进行实际性的创新,或基于切身实验认识进行创新性思考,极大程度地开拓学生多元发展的空间,培养思维品质的灵活性.

2.5 构建科学评价体系

对于高中学生而言,其自身对于生物实验的认知理解就比较浅层,在许多高中学生的认知里,生物实验与实际生活和学习的关系都较为遥远,认为生物实验仅仅是教材内容的实体化版本,自身的学习任务仅停留在掌握实验结论理论层面,是否动手做实验以及实验结果如何对于他们而言都不重要,只关注知识点的记忆学习以及考试分数的提升,意识不到实验操作过程对于个人发展的深层意义.还有许多学生在有条件参与生物实验操作时,不重视实验操作,不严格要求自己,对实验课的态度较为敷衍,实验课在这些学生面前仅仅是教师布置的实践任务,而看不到其对自身生物科学思维品质培养的意义,认识不到实验学习对于自身生物核心素养以及综合学习能力锻炼的深层次意义.针对生物实验教学,教师的教学评价体系也应当更适用于实验成果的考查,完善教学评价体系,使其更符合学生实际学习水平,提高学生对于实验学习的重视度以及参与度.对于学生的实验进程,教师可以采取多元化的评价方案,如小组自评与互评结合,教师进行最终审核补充评价.小组自评互评后,学生要积极发现自己实验方案和步骤中的问题并调整修改获得解决方案,最终得出完整实验方案提交给教师.教师也要尽量对学生的实验方案做出正面评价,发掘其在实验中的创新意识和科学态度,培养学生的科学研究兴趣,促进学生在长期的实验学习锻炼中逐渐养成严谨的科学态度,培养生物科学研究必不可少的科学观念,提升其生物批判性思维,提高生物核心素养.

综上所述,在实验实践不断被重视强调的今天,高中生物教师必须意识到生物实验操作的重要性,重视学生的科学思维品质培养,发掘生物实验中蕴含的科学素养,提高学生生物学习能力,培养学生科学研究意识.