高中生物实验中科学思维的建构

■浙江省杭州市塘栖中学 王 琼

实验是高中生物学教学的重要形式之一。生物学实验通过操作和观察，引导学生对生活中和自然界中的现象进行观察分析，解开生物学之谜分析生物学知识，在教学中实验不仅有激发学生学习兴趣的功能，还能够锻炼学生的探究能力，现象分析能力和理解能力，综合起来就是科学思维能力。目前我国正在施行课程改革，教学实践中，越来越倾向于学科核心素养的培养，生物学学科核心素养也在重点之列，其主要由四大重要能力构成，“科学思维”是其中之一。新课程标准在每一个教学模块中都有明确的关于核心素养的要求，其中，在必修1模块中要求学生在学习后能够具备从结构与功能相适应的角度分析相关问题的能力；学会构建并使用物理模型；探索光合作用和呼吸作用的实践能力和阐释相关生命现象的能力，这都属于科学思维的范畴。

生物学主要注重对生命现象和规律的研究，在实验教学的过程中能培养学生尊重科学事实的态度，同时形成良好的求知习惯，使学生的实践探究能力得到锻炼。中学生物教学中，需要学生有一定的实验能力基础，科学思维、科学探究及创新能力是基本保障，实验能够使学生将所学知识学以致用、落实于实践。新课标中要求广大的一线教师，在教学实践中加强对教材中实验内容的实施和完善，而相关的科学思维培养途径和培养策略还需不断完善和补充。对于科学思维能力的培养应该贯彻在学生成长的每一个阶段，虽然有少部分教师将科学思维的培养纳入了实验课程的教学目标之中，但大多都没有很好地将课堂学习、实验探究和日常生活联系在一起。通常情况下的实验教学，大多侧重于实验操作技能方面的培养，忽视了在实践中培养科学思维；本文尝试更好地将课堂、实验和生活联系成整体，实验课中兼顾科学思维培养与实验技能提升，丰富实验课教学策略，更好地落实《新课标》对生物课堂的要求，为今后的实验教学提供模式参考，同时，期待通过实践切实提高学生的综合学习能力和自主解决问题的能力。

一、生活化实验导入教学

实际上生活化教学理念很早就进入到我国，早在民国时期那时候我国的教育体制还不是很完善，陶行知先生从国外将生活化教学理念引入国内，为国内教育事业的发展做出了不可磨灭的贡献。高中生物以理解自然和适应生活为目标，引导学生掌握基本的生物学知识，教师应该要理解这一目标，在实验教学中让生活情境合理化和规范化地应用起来。

例如在讲授：“酶活性的影响因素”这节课时，本堂课需要掌握的知识要点有两个：温度和PH对酶活性的影响。为了让学生能够将注意力集中在课堂，将思维聚焦在哪些因素影响酶活性上，教师设计了生活化实验导入情境。教师在课堂上展示两块沾有墨水丝巾，将其中一块放入冷水中，学生发现丝巾生的墨水并没有散去。随后教师加入一些加酶洗衣粉，揉几下后发现墨水开始褪去一部分，但是仍然还有很多墨水在丝巾上。教师向学生提问：生活中洗衣服时我们一般是怎样让衣服上的墨水更快地褪去呢？很快有的学生提出：可以向其中加入热水。为了满足学生的好奇心，教师将另一条沾有墨水的丝巾，放入热水中并加入一些加酶洗衣粉，轻揉几下后发现丝巾上的墨水褪去的速度与第一条丝巾相比速度更快。该实验是生活化迷你小实验，而且实验遵循单一变量原则，实验中有对照组和实验组，学生在课堂上对两个实验进行对比分析，对实验现象产生好奇心和疑问，思考为什么温度可以让丝巾上的墨水褪去得更快，是否还可以加入其他的物质让墨水更快褪去呢？学生根据实验现象进行思考并产生疑问，对培养学生的科学思维非常有帮助。

生物教学虽然与学生的日常实际生活息息相关，但是因为高中学生本身的知识储备和社会阅历影响，导致了生物教学在高中阶段学生的眼中抽象性逻辑性和概念性是相对较强的，学生往往无法有效地了解教师所讲述的教学内容，这就导致了学生在学习和问题分析的过程当中面临着较多的困境，而生活化教学则可以将生物教学中的抽象性和概念性特征有效地化解，将抽象化概念化的生物知识具象化形象化地呈现在学生眼前，让学生对于生物知识生物原理有更深入的了解，通过生活实验的引入充分地调动学生的学习兴趣，让学生对于即将学习的内容有较高的好奇心和求知欲，同时也通过生活实践的引入，提升教学与学生生活实际之间的联系，让学生感受到生物学习和实际生活息息相关，认识到生活处处有生物，这对于端正学生的学习态度也可以起到较高的帮助和影响，教师需要引起关注和重视，根据教学内容做出相应的优化是改良，利用生活化生物实验展开实践教学。

二、模型建构发展学生的科学思维能力

实际上高中生物学实验教学的过程，就是学生建立模型和分析模型的过程，但是大多数实验都需要使用各种玻璃仪器或者液体药品等等，所构建的模型比较复杂，不适合学生专门对模型进行分析。因此教师可以在教学过程中，根据教学内容选择适合在课堂上构建的模型，让学生以两人一个小组，利用常见的材料制作小模型，在制作模型的过程教师尽可能减少对学生的提示，让学生自己思考如何建构模型，模型建构成功后学生的成就感和自信心也会倍增。

例如在讲授“细胞器的分工合作”这节课时，教师开展了实验操作活动，要求学生利用现有的橡皮泥，做出一个细胞模型，该模型中要将细胞器全部展示出来。教师设计了模型制作实验，在本节课中该实验属于生成性实验，是在课堂上随机生成的，而且该实验也属于开放性实验，实验过程中教师没有刻意去指导和要求学生，只需要学生达到实验目标即可。学生在实验操作的过程中，结合书本和资料书分析细胞器的特征后，再利用不同颜色橡皮泥捏出不同的细胞器的形状，根据细胞器的位置、细胞器之间的联系、细胞器的功能来设计模型。当学生制作好了模型后，教师抽取部分组的学生将本组的模型展示在全班学生面前，教师和学生共同来分析模型，对模型中出现的错误进行指出并改正。教师可以展示两组学生的模型，通过提问的方式让学生思考这两个模型中有哪些不同点，应该支持哪组学生的观点，这个过程需要学生思考和探究，对发展学生的科学思维能力很有帮助。最后教师还可以开展一个活动，让学生对自己制作的模型进行变换，制作植物细胞模型的学生思考如何以最快的方式，将自己的细胞模型变换为动物细胞模型，相反制作动物细胞模型的学生，也应该思考如何以最快的方式，将其变换为植物细胞模型，这种比较式学习法对培养学生的科学思维也非常有帮助。

思维培养是高中生物教学在实践开展过程当中的重点内容和难点内容，也是学生学科素养形成的重要基础和保障，建构学生的生物思维可以让学生在生物学习的过程当中面临的问题和困境进一步减少，进而提高学生的学习效率和学习质量，教师在实践教学展开的过程当中需要立足于学生的实际特点分析学生的接受能力问题分析能力学习能力的多方面能力，根据学生的认知规律构建相应的生物模型通，过生物模型的引入一方面强化学生对于知识概念的理解和认知，另外一方面有效地塑造学生的生物思维，进而有效地培育学生的生物学科素养，这不仅有助于学生高中生物知识的学习，同时对于学生未来成长和发展也可以起到较高的帮助和影响，需要引起关注和重视并且有效落实于实践中。

三、户外实验开展发展科学思维能力

通过调查研究发现，有将近九成的教师开展的生物学实验都是在室内进行，而生物学和大自然联系密切，而且必修三教材中，对有关植物学知识、生态环境知识进行了详细的分析，并且有与生态和植物相关的实验设计。教材内容的编制正是要求教师将户外教学实验引入其中，带领学生在户外进行实验操作。而且在户外教学中学生的身心可以得到有效的发展，可以激发学生的思维调动学生的科学探究能力。例如在讲授：“样方法调查种群密度”这节课时，传统教学中都是通过图片来讲解知识，但是学生缺乏体验和感悟，所以教师设计户外实验教学，让学生在野外通过户外实验来进行实验。实验场所是校园后面的草地，每四位学生为一个小组，每一组学生都划分了一块实验区域，实验目标是，调查自己负责的实验区域中野菊花的种群密度。学生需要根据自己所划分的实验区域选择合适的样方法，还要根据样方的大小来确定样方之间的距离。这些问题都是实验过程中需要考虑的问题，需要学生发挥自己的聪明才智去思考分析，使得实验更加规范化具有可操作性，对发展学生科学思维有很好的帮助。一切准备工作完成后，教师可以让学生开始实验操作，虽然计划制订成功了，但是户外实验的过程可没有那么容易，学生不仅要注意样方设计的标准化和规范化，同时在计算的时候也遇到了：样方表现上的样本处理问题，这个问题教师让学生之间以交流的方式自己解决，培养学生科学思维能力。待实验结束后，教师根据学生的户外实验表现进行点评，并指出学生出现的错误。

四、细节化实验分析培养科学思维

通常情况下，为了确保实验能够顺利进行，实验课前，代课教师都已将实验所需试剂、器材准备完备，并且做好预实验。对于学生来说，实验课也是用别人已准备好的器材，完成课本或资料中已有具体操作步骤的实验操作，实验结果、现象、结论也如资料或课本所言，因此，对于学生来说，实验课看起来很有趣，做起来并没那么有成就感，这可能是为什么之前的实验课教学一直有，但学生的实验探究欲望却一直不强烈的原因。为了提高学生的参与度，更加认可自己是实验课堂的主人，提高实验前的兴趣和实验后的成就感，同时让学生在实验前就能够有目的地了解更多关于本实验的原理、方法，为实验课堂的进行奠定基础，在实验课前，由学生查阅资料，制定好实验方案（提倡新方案），并列出所需实验器材及药品，小组代表在学科代表和教师的引导下进行实验器材的准备。细节是实验的一个最突出的特征，学生在实验的过程中应该要重视细节的分析，比如：颜色变化、沉淀生成等等，甚至溶液添加顺序的先后、是否需要显微镜观察、实验材料的选择等等都是实验过程中需要注意的细节化问题，这些细节问题的注意并不能简单地依靠学生的记忆就能够应付，需要学生将科学思维投入其中，理解每一个细节之处。

例如在开展：“检测还原糖、脂肪和蛋白质”的实验教学时，教师要求学生注意以下问题：斐林试剂的配置、在检测还原糖过程中沉淀生成的变化、不同试剂检测脂肪时颜色的变化、双缩脲试剂的配置、双缩脲试剂和斐林试剂之间的区别以及哪一种物质的检测需要水浴加热，观察哪一种物质检测的结果需要使用显微镜观察等等细节问题。虽然该实验的大目标是让学生通过实验鉴别不同物质的名称，但是更重要的实验目标是其中的细节问题，只有掌握了这些细节问题学生才能够算作是真正理解了实验操作。在细节问题分析的过程中，需要学生积极思考和探究，要求学生将思维投入在其中，以此达到培养学生科学思维的目标。

五、通过师生角色互换的方式，拓展学生的科学思维

过去的高中生物学实验的课堂，通常是由教师给学生演示实验技巧，确保学生掌握了实验步骤之后，让他们以个人为单位进行实验。这样的上课方式虽然能够确保生物学教学顺利完成，但是学生在学习中对教师有较强的依赖感，缺乏主动探索知识的意识，对学生科学思维的培养造成不利影响。因此，教师可以在高中生物学实验教学的过程中，通过师生角色互换的方式，让学生在课堂上以教师的角色讲解相应的实验步骤和生物学知识点，促使学生在讲解的过程中全面拓展科学思维。例如，“基因指导蛋白质的合成”这节课要求学生了解基因控制蛋白质合成的中间物质——RNA 的基本单位、化学组成和种类，分析RNA与DNA在组成、结构和功能等各个方面的异同，理解基因表达的转录和翻译的概念和过程，掌握遗传信息、遗产密码和反密码子的概念。因此，教师可以将这些学习内容分成不同的部分，让学生根据自身的学习能力进行挑选，并将挑选相同学习内容的学生组织成一个集体，要求他们在规定的时间，以集体为单位进行探索，在探讨中制订相应的讲课内容，为后面的课堂讲解做好准备。这样的学习方式对学生来说比较陌生，部分学生在课堂实验操作的过程中可能会出现操作不当，或者讲解内容不够准确的情况，教师可以让该团体中的其他同学进行补充，这样可以让学生在合作讲课的过程中相互学习其他同学分析内容的逻辑，拓展他们的科学思维。

综上所述，科学思维是高中生物学核心素养教学的重要内容，科学思维贯穿整个高中阶段的生物学知识学习，作为一名高中生物学教师，深入研究学习新课标和核心素养教学理念是本职工作，在教学实践中贯彻落实课标和核心素养内容是基本要求。本研究为了培养学生的科学思维素养，围绕高中生物学实验教学来展开设计，从生活化实验、模型建构实验、户外实验和细节化实验上进行研究探索，以学生科学思维发展为本，设计各种不同的教学形式，引导学生激发实验兴趣，展开现象和问题的思考，从而培养学生科学思维。