依托高中生物实验?培养科学探究素养

【摘要】随着新课程改革的不断深入，高中生物实验教学的重要性愈发凸显。优化生物实验教学，能够充分激发学生对生物实验的探索欲，使其在实验过程中主动发现问题，并熟练运用所学生物知识解决问题，提升观察能力与创新思维能力。教师在高中生物实验教学的过程中，可以通过深入挖掘教材、创设生活情境、开展合作探究、进行多元评价等可行性策略，对实验教学进行优化与改进，从而促进学生科学探究素养的形成。

【关键词】高中生物；实验教学；科学探究素养

作者简介：时玉华（1982—），男，江苏省南通市海安市实验中学。

高中生物作为一门重要学科，对于培养具有创新思维和开拓精神的人才有着不可或缺的作用。生物实验是连接生物理论和实践应用的桥梁，也是发展学生科学探究素养的重要载体。基于此，在高中生物实验教学的过程中，教师应注重锻炼学生观察现象、发现问题、设计方案以及总结反思等方面的能力，培养他们严谨科学的态度、求真务实的精神和团结合作的意识，从而促进他们的可持续发展。

一、深入挖掘教材，拓展科学探究内容

高中生物学科所涉及的生物概念、原理与规律，都是众多生物学家基于大量严谨科学的生物实验总结归纳得出的。因此，教师在生物实验教学中，要重视教材中的经典实验，深入挖掘其中的内涵，为学生讲述经典实验的研究背景、研究方法以及具体过程。同时，教师可以结合学生在高中阶段的生物知识积累情况，在现有实验教材、资料的基础上进行拓展延伸，丰富实验教学中的科学探究内容，促进学生的科学探究素养提升。

例如，在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”这一实验的教学中，教师首先对教材进行深入挖掘、分析，明确本节课的教学目标是让学生明白酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的不同条件及产物，并通过学习酵母菌细胞呼吸的具体过程，理解细胞呼吸的本质［1］。在此基础上，教师结合教学的重难点，准备好活性酵母菌、葡萄糖溶液、酸性重铬酸钾溶液、澄清石灰水、锥形瓶、橡皮球、滴管等实验材料，帮助学生对实验结果做出合理分析和判断，进而掌握酵母菌细胞呼吸方式的特征。在实验教学的导入环节，教师先为学生讲述有关发现酵母菌的历史背景：“早在公元前3000年，人类就开始利用酵母菌制作发酵食品了。1680年，荷兰生物学家列文虎克通过显微镜首次观察到酵母菌。19世纪，法国生物学家巴斯德发现酵母菌在酒精酿造中发挥着重要作用。”教师通过拓展与实验相关的内容，既能增加学生的知识储备，开阔学生的视野，也能激发学生的求知欲与探索欲。接着，教师根据学生所学知识，针对本次实验的目的提出探究性问题：“酵母菌能使糖类发酵产生酒精，酵母菌的呼吸会产生二氧化碳。请问这两种产物是在有氧还是无氧的条件下产生的呢？”学生甲回答：“酒精是酵母菌在无氧条件下产生的，二氧化碳是酵母菌在有氧条件下产生的。”学生乙持有与学生甲相反的观点：“酒精是酵母菌在有氧条件下产生的，二氧化碳是酵母菌在无氧条件下产生的。”还有一些学生则提出“酒精和二氧化碳都是酵母菌在有氧条件下产生的”“酒精和二氧化碳都是酵母菌在无氧条件下产生的”的看法。教师提出探究性问题，能够丰富实验教学内容，提升学生的思维活跃度与课堂专注度，为接下来的实验开展营造良好的课堂氛围。然后，教师以提问的方式引导学生进行实验方案的设计：“同学们刚才的回答可以看作是某些假设，现在我们要通过实验来验证自己的假设。那么在这个实验的设计中，我们需要注意哪些因素呢？”学生丙回答：“需要明确该实验的自变量是氧气，因变量是酒精和二氧化碳。”学生丁回答：“需要知道如何判断有无酒精或二氧化碳产生，以及如何比较二氧化碳产生的量。”此时，教師结合实验教材内容为学生补充相关知识：“酒精与酸性重铬酸钾溶液混合会变色，二氧化碳会使澄清石灰水变浑浊。”学生在教师的指导下，根据实验教材开始实验，在A、B两个锥形瓶中加入酵母菌培养液，将A、B两个锥形瓶分别与装有澄清石灰水的锥形瓶相连（其中A瓶还需要通过玻璃管和橡胶球注入氧气），然后通过观察酸性重铬酸钾溶液的颜色与石灰水的浑浊程度，得出“酵母菌进行有氧呼吸会产生大量的二氧化碳，进行无氧呼吸会产生酒精与少量的二氧化碳”的实验结论［2］。最后，教师对实验内容和结论进行归纳总结，并让学生在课后思考另一个探究性问题：有同学认为酒精和二氧化碳是葡萄糖溶液发生化学反应而产生的，与酵母菌无关。请问你如何看待这种观点？如何改进原有的实验方法？

可见，教师通过这种实验教学方式，对教材中的经典实验内容进行深层次挖掘和拓展，对于提升学生的科学思维意识与创新探究能力有着积极的促进作用。

二、创设生活情境，激发科学探究热情

著名教育家陶行知先生曾提出“生活即教育，社会即学校”的观点，而生物学科是研究生命现象和生命活动规律的科学，与实际生活紧密相关。在高中生物实验教学中，教师要注重以生活中的现象为切入点进行导入，以便激发学生学习实验内容的兴趣，促使其积极主动地参与到生物实验的设计及实践过程中。教师在进行实验的优化设计时，可以结合实验的具体内容与学生当前的身心特征，通过创设生活化问题情境，激发学生的科学探究热情，使学生在特定生活情境中充分培养和发展自身的科学思维能力［3］。

例如，在“探究植物细胞的吸水和失水”这一实验的教学中，教师在课前准备一根萝卜，将萝卜切成质量和体积相同的三块，将第一块放置于空气中作为参照物，将第二块放在盛有清水的玻璃容器中，将第三块放在浓度较大的食盐水中，在课堂上让学生观察这三块萝卜在静置一段时间后的变化并进行描述。学生回答：“第一块萝卜表面有些干缩，第二块萝卜水润饱满，第三块萝卜明显干缩。”教师此时通过多媒体进一步展示生活中的实例，如“在做糖拌西红柿时会有大量的水分溢出”“在饺子馅中加入一些盐后会有水流出”“给农作物施肥过多会出现‘烧苗的现象”等。教师结合学生比较熟悉的生活中的现象，创设出生动形象的教学情境，能够充分激发学生的学习兴趣与科学探究热情，促使学生发现并思考生活中的问题，提高观察、分析能力。在实验阶段，教师为每位学生分发洋葱片、显微镜、刀片、镊子、质量浓度为0.3 g/ml的蔗糖溶液、质量浓度为0.5 g/ml的蔗糖溶液、蒸馏水等实验材料，让学生进行实验，观察洋葱细胞在不同液体中的变化情况，并描述自己看到的现象。学生在教师的指导下，纷纷观察到洋葱细胞的质壁分离和分离复原的现象，并得出“植物细胞可以构成一个渗透系统”的结论。此时，教师要求学生结合自己所做的实验，尝试对之前的萝卜块实验进行解释［4］。学生在思考后回答：“植物细胞的细胞液有一定的浓度，会与外界不同浓度的溶液发生渗透作用，导致萝卜块吸水或者失水。”

可见，教师通过创设生活情境的方式，由浅入深地引导学生从宏观上思考，经过细致观察和分析后，从微观上解释实验的原理、本质，不仅能够激发学生对生物学科的学习热情，而且能够培养他们解决实际问题的能力，促进他们科学探究素养的提升。

三、开展合作探究，发散科学探究思维

在新课程改革背景下，合作学习越来越受到广大教育工作者的重视。合作学习不同于传统的封闭式自主学习模式，能够让学生在集思广益与群策群力的科学探究氛围中，对生物知识形成深层次的认知。同时，学生能够在交流分享、分析讨论的过程中，经过相互之间的思维碰撞，多方位拓展思维的广度与深度，促进科学思维意识的形成［5］。另外，生物实验是综合性的学科内容，生物实验教学中涉及材料选取、步骤确定、实验观察以及分析思考、推断总结等复杂多样的环节。因此，教师在高中生物实验教学中，应当立足于高中阶段学生的身心特征、生物学科知识体系和科学探究素养，开展综合性的合作探究活动，以便保障生物实验教学工作的高效性，充分贯彻自主、合作、探究的新课程理念。

以“生物体维持pH稳定的机制”这一实验的教学为例，教师组织学生以小组合作的方式进行实验探究，在各小组探究的过程中，通过诱导提问和及时答疑等方式，发散学生的科学探究思维，辅助学生开展科学探究，充分发挥学生的学习主体作用。在实验开始前，教师结合生活实例提出“在食醋进入人体后，为什么人体的酸碱度还能维持平衡呢？”的疑问，以此引发各小组的思考、分析和推测，营造良好的合作探究氛围。接下来，教师为每个小组分发马铃薯匀浆、鸡蛋清、氢氧化钠溶液、稀盐酸、缓冲液、pH计、滴管等实验材料，要求各小组根据材料，明确实验目的、要求，尝试设计实验方案并进行实验。于是，各小组结合教材上的实验步骤，讨论总结出较为合理的具体实验计划后便开始进行实验。有的小组先在烧杯中加入自来水并测量初始的pH值，接着往烧杯中滴加稀盐酸并同步测量pH值，然后以同样的方式测量滴加氢氧化钠溶液的pH值，之后将烧杯中的自来水更换成缓冲液、马铃薯匀浆和鸡蛋清，重复以上实验步骤，最后整理实验数据，分析讨论实验现象的原理。各小组学生在分工协作下，高效有序地完成了对四组实验数据的测量与记录，通过分析总结发现：马铃薯匀浆和鸡蛋清这两种不同的生物材料中含有缓冲对，其可以对pH的变化起到缓冲平衡作用；上述实验材料的缓冲能力从强到弱依次为缓冲液、鸡蛋清、马铃薯匀浆、自来水。在课堂的最后，教师结合各小组的实验结论进行归纳总结：“生物体内的缓冲物质对机体的pH具有调节作用。”

可见，教师通过开展合作学习，充分调动了学生所学的生物知识，为学生提供了操作、观察、思考、交流的平台，也能让他们完善原有的知识体系，培养他们严谨的科学思维与团队协作意识。

四、进行多元评价，提升科学探究能力

教师在实验教学中不应该把“让学生得到统一的实验结果”作为最终的目标，而应该让学生能真正参与到科学探究中去，掌握科学探究的方法，使其创新意识得到增强。基于此，教师在教学时，可以在科学探究素养的导向下，采取多元评价方式，使用鼓励性评价，把“学生能否独立、科学地完成实验操作”作为一个重要的评价标准，不断引导学生认真、细致地观察实验现象，对实验现象和結果进行科学分析、总结，以此充分挖掘学生在科学探究方面的潜能，促进他们科学探究能力的提升［6］。

例如，在“影响酶活性的条件”的实验中，有学生在利用淀粉酶探究pH对酶活性的影响时，观察到淀粉酶与碘的混合溶液在碱性条件下没有变蓝。在实验现象出现异常的情况下，教师让学生自主思考其中的原因，鼓励其大胆提出假设。如学生戊提出“淀粉酶可能在碱性条件下表现出高活性”的假设，教师听后肯定了该学生的想法，并让该学生通过进一步探究验证自己的假设，同时让其他学生也积极参与，对该学生的探究提出评价建议。学生己则提出“淀粉可能根本没有被分解”的假设，并通过斐林试剂验证了这个假设。对于学生们在本次实验中表现出的科学态度、创新思维以及探究精神，教师进行了表扬。另外，教师还结合实际情况，搭建了展示学生的实验探究成果以及实验报告的平台，以激发学生的科学探究热情。

可见，教师进行多元化的评价，能助力学生树立自主探究的自信，真正促进其科学探究素养的发展。

结语

综上所述，在全面深化课程改革的背景下，高中生物实验教学对培养学生的科学探究素养有重要意义。因此，教师应当贯彻立德树人教育理念，依托教材内容，深入挖掘其中的创新元素，鼓励学生实践，培养他们独立思考的能力及团结协作的精神。同时，教师应当积极创新生物实验教学模式，转变对实验教学的固有认知与传统教学思路，以全面培养学生科学探究素养为出发点和落脚点，给予学生充分思考、表达的机会，帮助其深刻认知实验原理的本质，培养其科学探究意识与开拓创新精神。

【参考文献】

［1］张力希，钱敏艳.基于科学探究的高中生物学实验改进：利用数字化技术探究酵母菌细胞呼吸的方式［J］.中学生物学，2022，38（2）：51-53.

［2］廖蒙蒙.基于科学探究的高中生物实验教学探索：以“探究酵母菌细胞呼吸的方式”教学为例［J］.中学生物学，2022，38（3）：60-62.

［3］高嘉欣，刘飞，王兴泉.基于核心素养的高中生物学实验教学过程性评价策略：以人教版探究植物细胞的吸水和失水为例［J］.科学咨询，2021（38）：188-189.

［4］何连庆.虚拟仿真实验在高中生物实验中有效应用路径探究［J］.教学管理与教育研究，2023，8（1）：84-86.

［5］张曼玲.高中生物实验教学培养学生科学思维能力的实践探究［J］.数理化解题研究，2023（3）：140-142.

［6］石迪娅.大数据在高中生物实验教学中的创新运用［J］.课堂内外（高中版），2022（43）：53-54.