高中生物实验教学培养学生科学探究素养的研究

王国青

（甘肃省武威第八中学，甘肃武威 733000）

生物作为一门自然科学，建立在实验基础之上。生物实验不仅仅是推动生物学发展的主要动力，也是强化生物课堂教学效果，促进生物核心素养落实的关键。可以说，在新课程背景下，生物实验教学成为课堂教学的重中之重，承担着知识、能力、思维发展等多重任务。结合高中生物实验教学现状，受到应试教学观念的束缚，实验教学不仅没有受到应有的重视，其教学效果也不尽如人意，难以达到既定的实验教学目标。基于此，必须要指向高中生物核心素养的内容，围绕“科学探究素养”优化实验教学方案，引导学生在“乐于探究、勇于实验、勤于思考”的实验学习中，循序渐进地提升自身的科学探究能力。

一、高中生物实验教学现状分析

《高中生物新课程标准》的提出，明确了高中生物课堂教学的方向，也对实验教学提出了更高的要求。但在调查中发现，受到多种因素的制约，高中生物实验教学中依然存在诸多问题。

第一，生物实验与课堂教学比例失衡。生物虽然是高考中非常重要的一门课程，但就当前高中学校的课程安排来说，生物课时相对比较少，明显少于其他科目。在这种情况下，高中生物教学中出现了严重的矛盾，有限的课时难以满足繁重的教学任务。如此，生物教师常常将重点和主要精力都集中在理论知识传授中，留给生物实验学习的时间少之又少。在这一现状下严重制约了生物实验教学的开展，严重制约了生物实验教学效果。

第二，实验教学中无法调动学生主观能动性。新课程改革背景下，要求教师从课堂主导者的角色中解放出来，尊重学生的课堂主体地位，结合学生的知识掌握情况、学习需求等，优化课堂教学方案，旨在调动学生的主观能动性。但就当前高中生物实验教学实际情况来说，由于生物教师长期束缚在“以考试为导向”的教学观念中，在生物实验课堂上，教师常常以自我为中心进行实验演示，即：按照现行生物教材中的内容，结合教材上规定的实验步骤，按部就班地进行验证。同时，教师一边操作，一边讲解实验现象、实验结果、实验操作中注意事项等。在这种演示实验教学中，学生主观能动性难以被激活，甚至导致其在实验学习中出现了开小差、思想不集中等现象。

第三，生物实验教学开展形式单一。基于生物学科素养下的要求，重视并优化生物实验教学不仅丰富和拓展了生物教学内容，也促使学生在生物实验学习中感悟到生物知识的魅力，并在实验操作中强化了自身的观察能力、探究能力、问题思考和分析能力等，并逐渐形成了科学的态度。但在调查中发现，当前生物教师并未意识到生物实验教学的重要性，没有花费大量的时间和精力参与到生物实验教学方案的研究中，针对任务驱动、问题情境、合作探究等新型的实验教学模式应用不够，致使生物实验教学枯燥无味，严重制约了生物实验教学质量。

第四，外部条件难以得到保障。生物探究式实验对外部实验条件、教师的专业能力要求相对比较高。但在调查中发现，多数学校尚不具备这一条件：一方面，基于探究式实验教学的内涵，学生在开展实验之前必须要查阅大量的资料、信息等，但多数学校并未设计相应的图书馆、电子阅览室等，甚至连基本的生物实验设备都不足，严重制约了探究式生物实验的顺利开展；另一方面，部分生物教师对生物核心素养的理解不够全面、深刻，对探究式生物实验开展流程不够熟悉。在这种情况下，教师在指导学生进行探究式生物实验时依然存在诸多问题，即依旧按照死记硬背的方式进行、放任学生自行实验、对学生干涉或者指导过多，致使探究实验教学流于形式。

二、高中生物实验教学中培养和发展学生科学探究素养的有效策略

（一）积极开发多种实验资源

基于生物学科的特点，为了在实验中培养学生的科学探究素养，必须要在传统实验教学的基础上积极拓展多种实验资源。而要实现这一点，必须要以生物实验内容为中心，结合高中阶段学生的生物知识掌握情况、认知发展区等，在现有的生物实验教学资源上进行拓展和延伸，以丰富、拓展高中生物实验资源，最终达到既定的教学目标。

一方面，开发教材中蕴含的实验资源。现行生物教材中含有大量的实验资源，是培养学生科学探究素养的关键。但在现行的生物教材中，由于实验内容基本上都给出了明确的实验原理和实验步骤，阻滞了学生的探究。基于此，教师可对实验原理进行改进，将固定的生物实验进行改变，使其逐渐成为开放性的生物实验，旨在发展学生的探究素养；还可对现行生物实验中所用的材料进行改进、完善，或者引导学生以实际生活出发，从中搜集生活化的生物实验资源，以便于更好地开展生物实验。

例如，在“利用废旧物品制作生物模型”的生物实验教学中，为了拓展实验资源，教师可指导学生从生活中搜集相关的实验材料，并按照生物实验具体要求，将其设计为生物模型。如此，有效地拓展了生物实验资源，促使学生在实验探究的过程中提升自身的科学探究素养。

另一方面，生物教师在拓展实验资源时，还应坚持“就地取材、因地制宜”的原则，结合学校所在地区的实际情况，积极开发一些校本生物实验课程，将其作为生物实验资源。例如，在“用样方法调查种群密度”等类型的生物实验中，就无须局限于教材的限制。教师可带领学生走出课堂，走进学校所在地区的牧场、田园，使其在具有当地特色的校本实验课程中获得相关的生物知识，培养学生生物核心素养。另外，生物实验校本课程也给学生提供了接触社会的机会，使得学生在“理论联系实际”的实验学习中发展了自身的科学素养。

（二）联系生活创设问题情境

动机源于兴趣，唯有唤醒学生潜在的动机，使其产生探究的欲望，才能将学生从被动的学习状态下解放出来，进而以积极主动的状态参与到生物知识的思考、探究学习中，最终在探究中培养和发展自身的科学思维能力。而要实现这一目标，高中生物教师在优化实验教学时，就可结合实验教学的内容以及高中阶段学生的特点，预设一个问题情境，以便于学生在特定的情境中积极主动地参与到生物实验探究中。

例如，在“植物细胞的质壁分离和质壁分离的复原”实验教学中，为了促使学生在实验学习中发展自身的科学素养，教师可联系学生日常生活中常见的“糖渍西红柿、醋拌黄瓜时常常水分渗出，而洒水则能保持蔬菜的新鲜”等现象，给学生创设具体的探究情境。接着，教师在情境的结，设计出一系列的问题：植物细胞在什么条件下会出现吸水、失水的现象？植物细胞吸水、失水的多少与什么因素相关？对植物细胞壁是否对水分进出有影响进行探究？在生物实验中如何才能保障植物细胞发生质壁分离后又能出现复原的现象？如何才能清晰地观察到这一现象？如何对植物细胞细胞液的浓度范围进行测定？接着，教师要充分发挥“引导者、指路人”的角色，引导学生在特定的问题情境中展开探究思考，最终促使学生在实验探究中循序渐进地提升自身的科学素养。

（三）巧设实验探究问题串

新课程背景下，“自主化”实验教学模式逐渐走进课堂，成为当前高中实验教学的主流。与传统的“被动式”实验学习模式相比，“自主化”的探究式实验模式能够最大限度唤醒高中生的生物实验兴趣，也促使学生在经历实验探究的过程中，在观察、思考和分析中，完成生物知识的深度理解。同时，观察、思考和分析过程也是学生思维活动的过程，可有效拓展学生的思维，使其逐渐形成科学思维。而要实现这一点，高中生物教师还应指向生物核心素养的内容，结合实验教学内容，立足于高中生的认知特点等设计出具有层次性、递进性的实验问题，引导学生围绕问题进行实验探究。

例如，在“观察蝗虫精母细胞减数分裂永久装片”的生物实验中，为了促进生物核心素养的有效落实，教师应转变传统的实验教学模式，结合实验内容，指导学生调整好显微镜，并将研究对象固定在装片上，最后置于显微镜的载物台上，为生物实验做好充足的准备。之后，教师按照问题设计的原则，给学生设计出具有探究性、启发性的问题，即：在有丝分裂实验过程中，蝗虫精母细胞中染色体的数目有可能是多少？在这一生物实验中，借助肉眼判断，如何确定是减数第一次还是第二次分裂？在不同的分裂期间，中期细胞中的染色体会出现什么样的特点？接着，利用问题的驱动引导学生开展生物实验，并对实验过程中的现象进行观察、思考。待到实验结束之后，教师结合实验结果，引导学生思考“要想对植物细胞的减数分裂现象进行详细的观察，应该选择哪一个部位进行实验和观察？”如此，结合实验中问题的驱动，学生不仅对所学的知识、整个实验过程进行了回顾，也在思考中锻炼了学生的发散思维能力，真正促进了学生的科学探究素养。

（四）合作探究强化实验教学

新课程背景下，合作教学模式应运而生，并在课堂教学中得到了广泛应用。与传统的“单打独斗”学习模式相比，合作学习属于一种协作学习模式，学生可在群策群力的学习过程中对生物知识形成深刻的理解。同时，学生在小组交流、讨论的过程中，也促使其产生思维碰撞，拓展了思维的深度和广度，促进了科学思维的发展。生物实验并非一项简单的学习内容，其中涵盖了复杂的实验步骤、材料选择、实验观察、实验推理和总结等。此时，单纯依靠一个学生的力量很难完成整个实验活动。面对这一现状，高中生物教师在优化实验教学、强化学生科学思维时，就应指向生物核心素养的内容、高中学生的身心发展特点等灵活开展合作探究，将多人智慧凝聚起来，以便于生物实验的高效开展。

例如，在“绿叶中色素的提取和分离”实验教学中，由于在整个实验探究过程中包含了几个色素的提取。基于此，教师可将全班学生划分为几个实验小组，明确每一个小组成员的职责，确定好实验过程中所需的用具、步骤等。在整个实验过程中，有的学生专门负责准备实验用具，有的学生负责记录实验过程，有的学生负责实验总结等。如此，在团队协作的探究学习中，强化了学生的观察能力、推理能力、团结能力等，促进了科学素养的发展。

（五）实验拓展作业强化科学探究素养

在生物实验教学中，无论是验证性实验还是探究性的生物实验，实验结束并非意味着整个实验活动的结束。因此，为了强化学生的科学探究素养，教师在完成实验教学之后，还必须要从实验中挖掘一些值得探究的问题，将其作为实验课后的拓展性作业，以便于学生在课下反思、讨论等。

例如，在“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”生物实验之后，为了强化学生的科学探究素养，教师可给学生设计一个思考问题：“如何对尿液中是否含有葡萄糖进行检测？糖尿病患者都是借助糖尿试纸对自己的尿糖情况进行检测，其作用原理是什么？”再比如，在完成“绿叶色素的提取和分离”生物实验之后，教师又给学生设计了一个探究性的拓展问题，即：“在整个实验过程中虽然选取的菠菜都是新鲜的，但取得的色素颜色却深浅不一。分析其产生的原因，并做出假设，设计出相应的实验进行探究”。如此一来，不仅对生物实验进行了拓展，使得验证性的生物实验拓展成为探究性实验，真正促使学生在实验探究中发现了自身的科学探究素养。需要说明的是，教师在设计实验拓展作业时，必须要做好充分的准备工作，结合实验教学的实际情况以及学生之间存在的差异性，多设计出几个探究方案，以便于所有学生都能参与到实验拓展作业的学习中。

三、结语

综上所述，新课程改革背景下，传统生物实验教学模式弊端日益暴露，难以满足新课改下生物核心素养的要求。基于此，唯有立足于当前高中生物实验教学中存在的诸多问题，摒弃滞后的教学观念，开发多种实验教学资源、创设生活情境、依托实验问题串、合作探究、设计实验拓展性作业、紧密结合实际生活等，才能引导学生在生物实验探究中发展科学思维能力。