基于生物学实验培养学生“科学探究”素养的四个视角

罗建义

摘 要 以实验方式、实验材料用具、实验步骤、检测试剂的改变4个视角阐述了培养学生核心素养的创新实践，以供相关教学研究参考。

关键词 实验教学 探究素养 生物学实验

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

“科学探究”是生物学核心素养的重要内容，注重培养学生观察、获取、处理信息和推理判断的能力，对生物学知识之间内在联系的分析归纳能力，实验能力等。它不仅可以帮助学生巩固教材知识，还能引导学生形成严谨的科学研究的态度，能用科学的眼光和思维对实验过程和实验结果进行分析，从而提升学生科学探究的能力。

1 实验方式的改变：变验证性实验为探究实验

验证性实验目的性强，是对教材内容的验证和再现。在验证性实验中，学生缺乏主动建构知识、探究结论的体验，不利于学生探究素养的提升。探究性实验创设了一系列的问题情境，学生在参与实验探究的过程中，体验实验的准备、操作、结论推导的整个环节，大大提升了探究素养和创新精神。

如在“植物细胞的质壁分离及质壁分离复原”的实验中，笔者選用紫色洋葱的内表皮细胞、花生的种子细胞、植物茎尖分生区细胞、菠菜叶肉细胞与紫色洋葱的外表皮细胞进行对比实验，使学生对选择紫色洋葱外表皮细胞为实验材料的原因有了充分的认识。在实验试剂方面，除了质量分数为0.3%的蔗糖溶液外，教师还选择质量分数为3%的蔗糖溶液、尿素、KNO3、乙二醇溶液进行实验。教师引导学生进行观察、比较各种预设条件下的现象改变，分析造成这种结果的本质原因，使实验中问题的探究走向深入。

2 实验材料和用具的改变

教材实验材料和用具的选择具有一般性，要求各地各校都可以实施开展。部分教师严格按照教材预设的实验材料及用具进行实验，最后发现实验效果不好。但若添加实验材料，调整实验用具，让学生分析、比较实验材料和器具改变后，实验现象、结果的差异性，学生对实验的认识能够更加贴近现象本质。在这种探究中，学生兴趣盎然、质疑不断，有利于学生探究素养的提升。

如观察“叶绿体与细胞质流动”的实验，教材建议以苔藓类或菠菜为实验材料，苔藓类极难取材，也受季节限制。有些教师用万寿菊管状花的花瓣表皮、黄瓜嫩茎的表皮毛或韭菜进行实验探究。通过比较分析，发现韭菜材料易得，实验效果又好，上面的问题迎刃而解。

又如在“渗透作用”的演示实验中，若用教材上描述的长颈漏斗实验，液面上升的速度慢、时间长，效果不明显。若选用移液管替代，液面迅速上升，实验效果非常明显。

因此，教师要根据实际情况，拓展实验探究思路，从实验材料和器具上多加选择，促进当地中学生物实验探究教学的有效开展。

3 实验步骤的改变

正确的实验步骤是获得确切的实验现象、详实的实验数据、正确的实验结论的前提。教师要监测学生各步骤的实验现象，预判各环节的误差及出现的结果，引导学生关注步骤改变之后的现象改变，分析其实质，对实验中提出的问题、现象、失败的原因要细致考虑，多问“为什么”，注重实验的过程性分析，促进学生“探究技能”的提高。

如在“探究pH对酶活性的影响”的实验中，常规的实验步骤是：

（1） 取9支同型号试管，标记，分别加入2 mL质量分数为0.5%的可溶性淀粉溶液、相应的缓冲液3 mL，各试管中溶液的pH依次稳定在3、4、5、6、7、8、9、10、11。

（2） 各试管在37℃下恒温水浴，分别向各试管中加入质量分数为0.5%唾液1mL。每隔1min从第5号试管（即pH为7的试管）中取出一滴反应液，滴在比色板上，加一滴碘液显色，待呈橙黄色时，立即取出9支试管，加碘液显色并比色，记录结果。

（3） 分析实验结果，得出结论。

教师引导学生改变实验步骤，如保留前5只试管进行实验，缩小试管中溶液的pH梯度，用20℃恒温水浴，改变第5号试管比色时间，第一步和第二步实验步骤互换等。教师要引导学生观察步骤改变前后实验现象的变化，甄别其相似程度，对出现的误差进行分析，从而正确理解实验步骤，体验各实验条件下实验的准备、操作、结论推导的整个环节。

4 检测试剂的改变

教师可通过改变检测试剂，对比实验现象中的颜色变化，引导学生对实验背后的内因进行分析，激发学生的探究欲望。如在“温度对酶活性”的实验中，教材实验选择斐林试剂作为检测剂，可有些小组提出班氏试剂、碘液也可以作为检测试剂。教师要及时引导学生展开分析，思考不同检测剂的检测对象和使用条件的差异性，预测实验成功的可能性。然后，引导学生在不同检测试剂下做平行对比实验。最后，学生发现：斐林试剂或班氏试剂侧重于对淀粉水解后产物的鉴定。碘液则反映淀粉酶对淀粉的催化程度，通过淀粉溶液的褪色过程，直观地显示出不同温度条件下，反应溶液颜色动态变化的过程，侧重于对底物剩余量的鉴定。在教材所选温度0 ℃、60 ℃和100 ℃的条件下，如果选用斐林试剂作指示剂，需要在试剂加入后进行水浴加热。这样就改变了原来3支试管的预设温度，实验所观察的结果就很难代表原预设温度条件下真实的实验结果。可见，只有细心观察，注重颜色变化的内因分析，才能得出正确的实验结论。

实验教学是培养学生“科学探究”素养的重要途径，基于各视角来培养学生的科学探究素养，可以引导学生从不同侧面理解教材实验，学会严谨的科学探究方法，促使学生科学探究素养的不断提升。