基于实验提升学生探究思维的四个转向

甘肃省玉门市第一中学(735211) 罗建义

科学探究是学生应具备的生物学核心素养，基于实验培养学生的科学探究思维，是提升学生科学探究能力的重要途径。教师要基于实验，从指导方式、实验类型、能力要求、问题呈现方式4个维度的转向以提升学生的探究思维，引导学生熟悉科学探究的一般思路与方法，完成从“提出问题—作出假设—制定方案—实验验证—得出结论”的整个探究过程，提升学生科学探究的能力与水平。

1 指导方式转向：从理论分析转向方案设计与创新

生物实验是对教学内容的形象化解析，是各类考试中实验考查的重点内容。许多教师在教学中只注重实验的理论分析，教学中呈现给学生的实验方案，是一个基于教师自身对实验的理解，从实验目的、原理、步骤、现象与结果等多角度解析的一个标准化的实验范例。这种处理，忽视了学生的主体性、课堂实验过程的情境性、学生个体的差异性及问题的生成性，不利于学生科学探究能力的培养。教师只有围绕实验目的，从理论分析转向方案设计，鼓励学生自行拟定实验目的、选定实验材料、鉴定试剂、自行设计方案、确定实验步骤，进行实验观察、数据处理并得出实验结论，才能充分暴露学生的错误点并在教师的引导下不断修正或创新实验方案。这种处理，既培养了学生的实验方案设计能力，又提升了学生的探究与创新能力。

如在“胡萝卜素的鉴定”实验中，有教师根据教材提示，预设了一个标准化的实验方案，从注射器、烧杯、滤纸、U型扣、吹风机、玻璃板的选择，标准样品和提取样品的选择与点样、层析带的观察与比较等都做了详尽的分析与标示。但学生在实验中发现，其实验过程、结果很难与教师呈现的预设方案相一致，教学中生成了诸如点样面积大小不一、色谱容器过大、U型扣卡不实等这样或那样的问题。随后，教师改变了指导方式，要求学生根据实验目的，从胡萝卜、白萝卜、卷心菜、洋葱中选材并鉴定提取样品中是否有胡萝卜素存在。课堂上,学生活动相当积极，大多数学生依教材提示设计了自己的实验方案并进行了实验鉴定，甚至有学生以培养皿、定性滤纸、棉线为材料创新了实验方案，设计了如图1所示的实验装置。他们取A、B两套该实验装置，在培养皿中依次加入了等量的层析液，使b点浸没在其中，在A、B装置的a处依次滴加等量的标准样品和提取样品，一段时间后观察滤纸上出现的实验现象。结果发现A组滤纸上出现一个同心圆，B组提取样品层析后滤纸上也出现了对应的同心圆，甚至出现了若干同心圆。该实验结果能否鉴定提取液中含有胡萝卜素呢？这种状况完全超出教师的预想，要求教师对此学生的实验方案进行辨析，指出实验的优点与不足，引导学生对实验方案进行修正。如利用2套装置在a点滴加标准样品，另2套装置在a点滴加提取样品，4组实验相互对照，实验结论将更加科学有效。这种处理，提升了学生实验方案的设计与创新能力，促进了学生科学探究水平的提升。

2 实验类型转向：从实验验证转向实验探究

验证性实验在人教版高中生物教材中有很多案例，如制作洋葱表皮的临时装片、观察根尖分生组织细胞的有丝分裂等，其实验结果已知，要求实验者选用确定的方法对教材列举的生命现象进行验证与解析。这种实验，实验者依确定的实验步骤进行操作，出现合乎结果的实验预期是实验的必然结果。实验中模仿多，创新少，对学生科学探究能力的培养有限。教学中，教师若有意地变验证实验为探究实验，使实验者在不知晓实验结果的前提下，通过自己实验、探索、分析数据，得出结论，从而形成科学的概念，将更有助于学生探究思维的培养，提升学生的探究与分析能力。

如在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，教材用无水乙醇提取绿叶中的色素，用纸层析法分离绿叶中的色素后，在滤纸条上得到了4条清晰的色素带后实验结束，实验过程确定，对学生探究能力的培养有限。有教师变验证实验为探究实验，改变了实验目的：如何有效地提取和分离绿叶中的色素？在材料的选择上，以新鲜的菠菜叶、发黄的菠菜叶、韭菜叶、甘蓝心为实验材料；在试剂的选择上，二氧化硅和碳酸钙或同时加入、或不加入、或只加入其一；在过滤方式的选择上，可在漏斗基部放滤纸或尼龙布过滤；在色素提取液的提取上，或选择教材的方法提取，或选择酒精沸水浴法提取(将绿叶去掉叶脉后剪碎，装入试管中，倒入无水乙醇，在装有开水的烧杯中沸水浴5～6 min，去除绿叶即得色素提取液)。教师引导学生在不同处理方式下利用纸层析法分离绿叶中的色素，比较各处理条件下相应滤纸上色素带的宽度及颜色深度状况，分析哪种条件下纸层析后色素带最清晰、分离最有效。这种处理，学生既学会了绿叶中色素提取和分离的方法，又激发了学生的实验兴趣，促进了学生的分析能力与探究水平的提升。

3 能力要求转向：从技能训练转向评价与反思

实验技能训练是实验教学的重要组成部分，中学生物教学中常常通过实验方案的设计、基本实验操作技能的培养、实验试题的选择与训练等方式训练学生的实验技能，却常常忽视了实验数据的误差分析、实验结果的判定与反思，使实验现象与结果之间缺乏一定的因果关系，甚至出现错误的实验判断。

如在“性状分离比的模拟”实验中，有教师依据教材实验的预设，引导各实验小组分别以甲、乙2个小桶代表雌雄生殖器官，小桶内依次放置标记为D、d的彩球各20个代表雌雄配子，要求实验者分别从2个小桶内随机抓取彩球，组合在一起，记录2个彩球上的字母组合。将抓取的小球放回原小桶，重复抓取小球50～100次进行统计，计算彩球组合类型之间的数量比例，据此结果分析、判断孟德尔实验假说是否合理。教学中，教师更多地关注了学生的实验过程、数据处理与结果展示，但对实验数据的误差、结果的科学性分析不够，使得实验的可靠性大大下降。许多小组的实验结论可能并不符合孟德尔实验假说。教师要引导学生从2个小桶内D、d彩球数量是否相等、是否混合均匀、取出彩球是否放回原小桶、抓取次数是否符合要求等多角度对实验数据进行预判：哪些因素的变化不影响实验结果的变化，哪些因素的变化使实验结果与实际相脱离，如何改进才能减少实验误差。如经教师提议，学生把全班各实验小组的实验数据进行了整合，求平均值，再计算彩球各组合之间的数量比例，发现实验结果与孟德尔实验假说更加吻合。可见，在注重对学生技能训练的基础上，加强学生对实验的评价与反思，可促进学生对实验数据的分析能力，提升学生对实验结果的预判，使实验结果真实可信。

4 问题呈现方式转向：从教师提问转向学生设问

教师提问是当前实验教学中最为常见的问题呈现方式，学生依教师提供的问题串为线索，逐步开展实验探究。教学中发现，许多实验小组的实验探究过程变为就问题找答案，问题解决了，实验探究也结束了。这种教学中问题的设计与呈现都是教师对教材内容的加工与重组，忽视了学生是学习的主体性，抹杀了对学生的创新精神与探究能力的培养。教学中若学生依教学内容、实验进程中生成的疑惑自己设问，问题的提出与解答则更有针对性，更加有利于学生发现问题，有利于培养学生独立思考，解决问题的能力。

如在“DNA粗提取”实验教学中，有教师设计了问题串来指导实验教学，发现学生实验积极性不高，甚至有的学生嬉戏打闹。在随后的教学中，教师要求学生以鸡血为例，粗提取细胞中的DNA，学生在破碎细胞获取DNA的滤液时，提出了诸多问题，诸如如何获取鸡血细胞液？鸡血细胞液中加多少蒸馏水才合适？怎样搅拌？收集滤液时用滤纸过滤还是用尼龙布过滤？在去除滤液中的杂质时，有学生直接在滤液中加入了嫩肉粉，同时提出了诸多问题，如嫩肉粉加入多少才合适？反应多长时间？去除杂质时用过滤，还是萃取，或是别的方法呢？教师引导学生对出现的问题进行讨论，从实验目的、DNA和杂质的性质、提取方法等多方面进行分析、比较，最后很好地解决了问题。可见，学生在实验中诸多设问，都是对实验原理与过程的反思与创新，通过设问解惑大大培养了学生的科学探究思维，促进了学生探究水平的提升。