在高中生物实验教学中培养学生科学思维能力的探究

尹虎军

摘 要：高中生物教学活动中，不管是哪一个模块的教学，都跟实验有密切的关系。因此，通过生物实验教学培养生物学科核心素养是最直接、最有效的途径，培养学生的科学思维是落实生物核心素养的一个重要方向。本文通过在实验教学中尝试基于“问题串”式的实验实施、运用“类比推理”法的实验结果分析及对教材实验设计逆向提问三个方面来培养学生的科学思维，实现了对学生学习效率的提升，培养了学生的科学思维能力，发展了学生的生物学核心素养。

关键词：科学思维;高中生物;实验教学

在高中阶段进行科学思维的培养离不开实验教学，科学思维也是生物实验教学的根本。在高中生物教学中，探究生物学科中各种现象或者是问题时，都需要学生们使用科学的思维方式，以此来有效解释相关的现象和规律。生物学实验为培养学生科学思维的自觉能动性创造了良好的实践环境和条件。本文从以下三个方面来进行高中生物实验教学，以期实现对学生科学思维的培养。

一、基于“问题串”式的实验实施来培养学生的科学思维

高中生物学科科学思维培养的最佳载体是生物学实验，而实现科学思维培养的方法与途径则是基于实验而设计出具有极强逻辑性的“问题串”，通过“问题串”的分析与解答使学生掌握必备的生物学知识，同时自然生成生物学实验的科学思维模式。针对高中生物教材中具体的实验还可设置更多启发性极强的“问题串”。

例如，在“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验中，我们可以如此设计“问题串”：

1.实验原理分析的“问题串”：DNA和RNA分子本身有颜色吗？如果没有颜色怎么办？要染色则用什么染色剂来染色？甲基绿-吡罗红混合染液的作用机理是什么？能否单独使用其中的一种染色剂？能否选择叶肉细胞或带有色素的细胞来作为本实验的材料？细胞膜是一种半透膜，那么染色剂甲基绿-吡罗红能否进入细胞？要使染色物质进入细胞怎么办？盐酸在本实验中的作用是什么？

利用“问题串”的分析与讨论，很容易让学生得到这样的知识内容：DNA和RNA分子没有颜色，想要观察到他们在细胞中的分布，则需要染色才行，要选用甲基绿-吡罗红混合染液，不能用单一染色剂染色，如用甲基绿染色则把DNA和RNA都染成绿色就无法看到分布情况，故必须要通过两种染色物质对DNA和RNA的亲和力不同而产生的竞争才着上不同的颜色，由于该实验是通过染色来观察的，因此，不能选择本身有色素或有叶绿体的叶肉细胞来做实验，不然本身的色素会干扰实验的结果。

2.实验材料用具及步骤中的“问题串”：本实验选择的材料是什么？甲基绿-吡罗红混合染液是如何配制与使用的具体的实验步骤应怎样设计？取口腔上皮细胞制片步骤的注意事项是什么？水解步骤的注意事项是什么？对涂片为什么要用缓水流冲洗？染好色的图片观察是怎样使用显微镜？

利用“问题串”的分析与讨论，很容易让学生得到这样的知识内容：本实验选择的材料可以是无色的洋葱鳞片叶内表皮细胞，也可以是人的口腔上皮细胞，而甲基绿-吡罗红混合染液必须是现配现用，且A液与B液要按照1：4的比例混合使用。本实验的制片需要经取材、水解、冲洗涂片、染色等四步，在制片步骤中要对涂片进行烘干，其目的是固定细胞;水解步骤中要注意时间与温度的控制，不然水解过度则会导致细胞的整体性破坏，对实验结果造成干扰;残留在涂片上的盐酸会解离过度必须进行冲洗，但不能用急水流冲洗，不然导致细胞被冲走而无法进行实验;染好的涂片就要进行观察，通常是先低倍镜后高倍镜观察。

二、运用“类比推理”法的实验结果分析来培养学生的科学思维

“类比推理”就是根据两个对象之间在某些方面的相同或相似，推论出它们在其他方面也可能相同或相似的一种方法，该方法是科学研究中常用的方法之一，包括生物科学研究在内，很多科学研究在研究过程中都经常使用“类比推理”的方法，在生物教材中，也经常可以看到“类比推理”的实例，如细胞学说建立、萨顿的假说、人脑与电脑等，这些都体现出“类比推理”在生物教学中的重要性。

例如，在“生物体维持pH稳定的机制”实验中，老师可以引导学生运用“类比推理”的方法来理解该实验，此实验是通过向自来水、缓冲液及不同生物材料中加入盐酸或者氢氧化钠溶液，引起相关试剂的pH发生不同变化，得出生物内的液体环境与缓冲液相似而不同于自来水，从而类比说明生物体维持pH稳定的机制。另外，在“尝试制作真核细胞的三维结构模型”实验中也涉及到“类比推理”，学生在学习了真核细胞的内部结构以后，可以尝试来制作细胞的三维结构的模型。这种就是根据已知的知识让学生进行空间的想象，通过结构上的相似性进行相应的推理类似的模型，这种就是使学生的思维能够得到进一步的开拓，也能更好的使学生理解真核细胞的结构特点以及空间构型，并且达到加深记忆的效果。

“类比推理”是一种十分有效的逻辑思维方法，将其运用到高中生物教学中进行充分的融合，不仅能帮助学生更加明确生物概念和相关知识点的积累，更有助于学生提升自身对问题的发现、分析和解决能力。在高中生物实验教学中培养学生的“类比推理”能力是一项重要的教学内容，为了提高教学质量，“类比推理”有助于学生在生物学习时举一反三、灵活运用。在“类比推理”教学下，学生不但激发了学习的积极性，还促进了创造思维能力的发展，在知识的学习上更富有深度与广度，形成了完整的知识体系。“类比推理”的课堂上，氣氛活跃，师生之间能够进行有效交流，为学生综合能力的发展提供了广阔的空间。

三、对教材实验设计逆向提问来培养学生的科学思维

高中生物教材中的实验是高中生物教学的重要组成部分，也是教学的良好素材，我们可以通过对高中生物教材中的经典实验设计逆向来引导学生去完善实验内容，使其实验更加的严密可靠，很自然的生成科学思维模式。

例如，在“体验制备细胞膜的方法”实验中讲授到细胞膜中的脂质分子是怎样排列时，我们可以这样进行逆向提问设计：

1.如何设计实验来证明细胞膜中的磷脂分子为两层？

学生们就会积极地思考并回答：可以将细胞膜中的磷脂提取出来，然后在空气——水界面上铺展成单个分子层，测量其面积并与细胞的表面积比较，若是磷脂的面积是细胞表面积的二倍，则可以证明细胞膜中的磷脂分子是排列成连续的两层，否则就不是。

2、要实现这个目的必须要获得较纯净的细胞膜，选择什么样的细胞才好？

可引导学生进行这样的思考：本实验是探究细胞膜中脂质的排布情况，则我们提取的细胞膜纯度必须要高，也就是说不能有细胞器膜和核膜等其他膜结构。另一方面，要思考怎么样才能更好让细胞内容物释放，留下空壳的细胞膜，通过这一系列的引导思考，很容易让学生们联想到哺乳动物的成熟红细胞。

3、如何让哺乳动物成熟的红细胞破裂？如何分离并提取出细胞膜中的脂质分子？

可引导学生进行这样的思考：哺乳动物成熟的红细胞没有细胞壁的束缚，在蒸馏水中就很容易吸水涨破，故可直接将红细胞放入蒸馏水即可使其吸水涨破;要将细胞膜和内容物等分离怎么办？可直接想到差速离心法来处理;但是细胞膜中除了有脂质还有蛋白质和糖类怎么将脂质提取出来呢？实际上教材中就明确提出是用丙酮来提取的脂质;为什么要选用丙酮作为脂质溶剂？因丙酮易溶于水，不会漂浮在水面，也就不会影响单层分子层的面积，使其实验结果更准确。

总之，随着时代的发展，社会对人才的需求逐渐转变为具有创造思维和理性分析能力的脑力劳动者，“科学思维”作为开展思维教育的生物学学科素养的内容之一，急需落实于实践。然而教育行业的一线工作者在高考等诸多方面的压力下，将课堂教学的更多注意力放在了传授学科知识上，忽略对学生科学思维和个人发展所需品格的培养。可见，落实科学思维，能增加学生的探究欲望和兴趣，提升科学思维、探究能力和表达能力，有助于培养具健全人格和终生发展素养的人才。所以，作为高中生物教师，一定要将核心本位理念落实到位，强化自身对核心素养的认识，以此来有效培养学生们的生物核心素养。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2017.

[2]陈桂梅.基于理性思维培养的高中生物教学设计探究[D].延安大学，2019.

[3]万晓军.生物实验考题视野下的模型建构科学思维[J].中学生物学，2020（2-3）：103-105.

[4]翟德栓.例谈理性思维培养视角下的高中生物實验教学[J].中学生物学，2018（2）：44-46.

本文是甘肃省教育科学“十三五”2019年度一般规划课题“基于核心素养的高中生物实验教学的研究”（批准号：GS[2019]GHB1009）的成果之一。