培养学生科学探究能力的实践探索

胡红伟

[摘   要]以《细胞的多样性和统一性》一课的探究性实验教学为例，分四个步骤探析培养学生科学探究能力的有效路径，以使学生通过探究性学习逐步形成正确的价值观、必备品格和关键能力。

[关键词]科学探究能力;探究性实验;细胞的多样性和统一性

[中图分类号]    G633.91        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2018）35-0086-02

《普通高中生物學课程标准（2017年版）》（以下简称“新课标”）提出，通过发展学科素养来达到育人的目的，使学生通过学习逐步形成正确的价值观、必备品格和关键能力。生物学学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。“科学探究”是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及对结果的交流与讨论的能力。学生应在探究过程中，逐步增强对自然现象的好奇心和求知欲，掌握科学探究的基本思路和方法，提高实践能力;在探究中乐于并善于团队合作，勇于创新。那么，在平时的生物课堂教学中，如何培养学生的科学探究能力呢？以《细胞的多样性和统一性》一课的探究性实验教学为例，教学中采用一系列科学研究的方法可达到完成科学探究的目的，并有效培养学生的科学探究能力。

一、通过问题指明学生探究的方向

在教学《细胞的多样性和统一性》一课时，由于学生在前一课的学习中已对生命系统的结构层次有了一定的了解，认识到生命科学从微观到宏观的研究历程，也认识到生物体结构和功能的基本单位，但了解还不到位，需要探究来证实不同生物的细胞是否完全相同。因此，我在课始就将问题抛给学生：（1）不同细胞的形态相同吗？功能相同吗？请举例说明。（2）不同生物细胞的个数和大小一样吗？结构相同吗？通过什么仪器可以观察？（3）你最想知道的是哪种细胞的形态、大小？你能自己准备相关材料并用于课堂观察吗？

设置上述问题的目的在于，通过问题的引导，激发学生探究问题的欲望，提高学生参与探究性实验的积极性。

二、通过实验获取实验证据

生物学科的教学需要大量的实验证据来支撑，通过探究性实验来获得这些证据是实验教学最重要的一个方面。为了解决对“不同生物细胞大小、数目、形态、结构是否相同？”这个问题，教师可引导学生小组合作进行实验探究。实验探究过程中所需用到的实验材料，可让学生自己准备，以激发学生参与探究实验的热情。在实验过程中，学生制作装片，观察和测量细胞的形态、大小和结构，在很大程度上发展了学生的动手能力、观察能力、合作能力和思维能力。在实验操作的过程中，有些学生的装片制作不正确或是显微镜操作不规范，对此可通过生生交流或是师生交流查找原因，以确保实验的顺利进行。通过实验观察，学生了解到，动植物都有细胞结构，有的生物由一个细胞组成，比如酵母菌、大肠杆菌、草履虫等，有的生物由多个细胞组成，如黑藻、洋葱鳞片叶表皮细胞、水绵等。而且细胞的形状各不相同，比如洋葱鳞片叶表皮细胞呈长方形、肌肉细胞呈长梭形、神经细胞呈星状、红细胞呈圆盘状等，且动植物细胞都可观察到细胞膜、细胞质、细胞核等结构。而通过测量，放大相同倍数，发现不同细胞的大小也不尽相同。该实验的目的是为了获得解释、证实相关结论的依据，同时，发展学生“科学探究”这一核心素养。

三、利用获得的证据来解释结论

学生在获得证据之后，应利用获得的证据来证实结论，并在实验现象和实验结论之间建立各种各样的逻辑关系。学生利用在实验中观察到的实验现象来解释教师提出的问题“细胞呈多样性和统一性的原因是什么？”，通过实验现象“不同生物细胞的形态、大小千差万别，不同生物细胞的个数也不相同”推理结论“细胞具有多样性”，并且能够解释多样性的原因与其功能有关，是细胞分化的结果，从而发展了学生的生命观念，通过实验现象“不同动植物都可观察到细胞膜、细胞质、细胞核等结构”推理出结论“细胞具有统一性”。这个过程中，学生通过比较、分析与综合等方法对生物学问题进行解释，得出了正确的结论，发展了学生的科学思维。

四、通过科学评价确保实验顺利进行

科学评价是科学探究必不可少的一个环节。通过评价可以不断地修正科学探究的过程。在实验中，教师和学生都要思考：我们的每一个实验步骤和实验结论之间有什么关系？通过实验我们能否获得足够的证据？这些证据能否科学地解释结论？解释结论的过程是否严密？观察到的其他实验现象对解释结论是否有意义？等等。

这节课的具体程序如下：教师创设情境、提供信息→学生获取信息提出问题、做出假设→教师指导学生筛选实验方案→学生自主合作实验获取数据→教师辅导操作、释疑解难→学生讨论分析、得出结论→小组展示成果、交流互评→教师激励评价、总结提升。 实验教学的目的并不是要求所有学生观察到统一的实验现象，而注重的是学生参与实验探究的过程，让学生明确实验目的，懂得实验探究的方法，能对实验过程中出现的不同实验现象进行分析与解释，找出其原因，真正理解实验。因此，实验评价应以激励性评价为主，重点评价学生能否积极参与实验过程，能否独立完成实验操作，能否对实验过程中出现的问题给予正确的分析，能否对收集到的实验数据进行科学分析，能否总结归纳得出正确的实验结论，等等。因此，这节课中笔者采用了三个课堂评价和一个课后评价来检测实验教学目标的达成情况。课堂评价：（1）以学生能否自己制作临时装片及显微镜操作熟练度来评价其制作装片的技能以及显微镜的操作能力;（2）以学生所观察到的实验现象的多少来评价学生的观察能力;（3）以对实验结论的总结归纳情况来评价学生对实验的掌握情况。课后评价：设置实验检测题来评价学生对实验内容的掌握情况。通过科学评价，可让学生充分认识到自己在实验中还存在什么问题，使学生知道下一步应该具体做什么。

本节课中，通过实验的操作与观察、推理与解释，让学生从感性认识上升到理性认识，从而认识细胞的多样性和统一性，并在科学探究的基础上发展科学思维，同时更好地理解“结构与功能观”。

总之，探究性实验教学是发展学生生物科学素养的重要手段，是掌握生物知识和技能的重要途径。科学探究是解决问题的有效途径，在引导学生进行科学探究时教师首先要让学生确定好所要研究的问题，然后设计实验探究的方案，依靠一定的技术收集大量的实验数据并进行处理，最后通过推理解释相关的结论，并进行交流。生物实验探究活动的目的在于了解生物学科的本质，学生利用已有的知识进行探究并且在探究过程中形成新的知识概念，有利于学生对知识的有效建构及科学探究能力的培养。

（特约编辑    安    平）