高中生物探究性实验教学中学生拓展性思维培养研究

范其昌

摘 要：为培养学生具备拓展性思维，以高中生物实验教学为例，开展对中学生拓展性思维培养策略研究。在遵循中学生拓展性思维培养策略制订原则的基础上，针对高中生物实验教学现状进行分析，并提出创新高中生物探究性实验教学方法、强化生物实验创新演示功能、在过程中培养学生发散拓展性思维等策略，以期为高中生物实验教学改革提供创新思路。

关键词：高中生物；探究性实验教学；拓展性；思维培养

拓展性思维是创造性思维体系中重要的组成部分，这一思维的提升无论是在深度上，还是在广度上都能够有效促进创新能力的全面提升，进而达到当前新课改要求下的创新人才培养需求。在开展高中生物学科的系统化教学工作时，教师应明确授课的关键是具有引导性、探索性的实验教学内容，因此，可以选择尝试用探究性实验教学来培养与形成拓展性思维。在核心素养的背景下，为了满足现代化教育对高中生物学科的要求，笔者查找资料，查阅到多个高中在组织教学时，对其原有的教育模式进行了改进与优化，逐渐将生物实验教学的研究重点放在了探索实验的灵活性、自主性上，放在了对学生拓展性思维的培养上，充分激发学生的想象力，发展拓展性思维。同时，在实际开展学生思维培养教育工作前，应明确学生在学习中创造性思维的构成与影响因素，提出此种思维能够实现对人类知识领域的开拓[1]。在具体表现上，创造性思维的形成可看作是新技术的发明、新观念的形成或新方案的提出等。在教育领域当中，通过大量研究学者的研究，提出了创造性思维是高中教育的既定目标，只有学生主动参与学习，学会对教师提出的思想与意见加以完善或摒弃，从而得出新的、具有更高价值的观点，才能认为学生通过学习后具备了创造性思维。为了全面提升学生的拓展性思维，达到高中生物教学水平和效果的目标，需开展对高中生物探究性实验教学中学生拓展性思维培养研究。

一、中学生拓展性思维培养策略制订原则

在课程标准要求背景下，新型的教学模式和学习方式是其重要的核心理念，因此在制订针对中学生的拓展性思维培养策略时，应当围绕上述理念[2]，通过策略的制订改变教师传统的教学模式，以及学生的学习方式。让教师在对学生进行教学时，能够实现探索性的學习。在制订策略时，以高中生物的课程标准作为依据，根据学科教材这一显性知识系统，系统化整理拓展探究性实验的内容，做成高中生物实验探究性实验的编排小册，分门别类地系统化对学生的思维能力训练，进而促进学生创新能力的培养。同时，策略的提出应当具备一定的科学性，并且能够充分符合学生的逻辑思维发展特点，这一点对于培养其拓展性思维而言具有十分重要的作用[3]。除此之外，策略的制订还需要从学校本身的教学条件角度出发，针对学校现有设备、器材等资源，对策略的可行性进行分析。根据上述制订原则制订的策略才能够满足当前高中生物探究性实验教学的需要，在提升教学质量的同时，培养学生的拓展性思维。

二、高中生物探究性实验教学的重要性

（一）激发学生学习生物的兴趣

高中生物教师开展探究性实验教学活动，可以吸引学生积极参与到课堂中，不再感受到传统理论课堂的乏味与单一，让学生产生探索兴趣，从而有效发挥学生主观能动性。这样一来，学生不仅会获得良好的学习体验，还能够有效提高课堂质量与效率，并让学生对生物课堂有所期待，愿意认真地听从教师的讲解，从而推动学生积累更多的生物知识，激发学习动力。众所周知，兴趣是最好的老师，开展高中生物课堂探究性实验课堂教学，能够让理论与实践并行，使得学生在课堂上产生探索欲望，想要了解最终的实验结果。生物教师应鼓励学生动手实验，既能提高学生的动手能力，也能让学生感受整个实验过程，提高学生的课堂参与感，且能更加清晰地掌握生物知识点，提高学生的生物成绩与生物核心素养[4]。

（二）提高学生的团结协作能力

在传统教学模式中，教师的教学方式较为单一，很难在课堂上培养学生的团结协作能力，使得学生的合作意识较为淡薄，难以成长为社会所需的团队型人才。相比较而言，团队合作可以最大限度地发挥人与人之间的合作优势，个人能力再突出也无法与团队能力相比较，只有具备一定的团结协作意识，才能符合未来社会对人才的标准与要求。在高中生物课堂上，让学生共同完成生物实验，彼此之间分工合作，分享自己的奇思妙想，往往会产生意料之外的实验效果，能够有效提高学生的实践动手能力与生物思维能力，让学生学会自主探究与团结协作的同时，成长为时代所需的优秀人才。

（三）开发学生自主创新能力

开展高中生物课堂探究性实验课堂教学，可以培养学生的良好学习习惯与科学的学习态度。实验能够让学生在动手操作的过程中学会科学的观察方法，培养创新意识，提高创新能力。教师是实验课堂的指导者，应在保证实验安全与实验科学性的前提下，引导学生掌握实验器材的使用方法，帮助学生明确实验目的，并由学生自己设计实验步骤，教师适当提醒并审核合理之后，让学生完成实验，获得实验结果。要注意的是，不同学生所得到的实验结果必然有所区别，教师应进行有效分析，并向学生讲解不同实验结果产生的原因，让得到错误结论的小组重新进行实验，鼓励学生说出自己的实验想法，探索不同的实验方法，培养学生的自主探究意识与自主创新能力。

三、高中生物探究性实验教学现状分析

由于部分学校教学力量薄弱，因此具体开展探究性实验教学时的效果并不理想。针对高中生物探究性实验教学的具体情况进行分析得知：首先，由于当前部分学校管理人员对高中生物实验的重视程度不足，没有按照计划，将资金投入对实验器材的购买上，很多时候都是为了达标或检查的需要盲目购买，再加上实验教师的待遇较差，授课教师的备课与实验课的脱节，因此生物教师在开展实验课程时只能够针对部分重要课程内容开设，另一部分实验课程则是以理论知识内容教授的形式，让学生对知识产生较为浅显的认知。受课时的限制和学生动手处理材料的个体差异，造成很多探究性实验无法顺利完成，长期以来出现做实验不如做题的现象。其次，在开展生物实验教学时，大部分都是按照教师教授学生动手操作的方式完成整个教学内容。在这一过程中，学生主动参与到实验活动的机会较少，并且学生会对教师产生较强的依赖，在教师完成对各项实验器材的设置和准备后，学生才能够一步一步按照教师所述内容完成操作，得出实验结果。一系列问题极易导致学生出现被教师和实验“牵着鼻子走”的现象，自身很少会参与到教师对生物实验的准备阶段，更谈不上对学生拓展性思维的培养。

四、培养策略提出

（一）创新高中生物探究性实验教学方法

学科思想方法是生物教学的灵魂，是生物教学的隐性知识系统。为了实现对学生拓展性思维的培养，人教版探究与实践的栏目中有许多重要探究性实验，我们只看到巧妙的结论与提问，而看不到现象的观察实验、分析、归纳、抽象概括或探索与推理的智力活动过程。因此，从实验教学方法本身出发，实现探究式实验教学，其基本流程包括创设问题情境、提出中心课题、自主探索（提出假设、实验验证、教师启发）、总结归纳、应用创新。

以高中生物中给出的“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”为例，在创设问题情境阶段，通过对照实验证明水浴加热后的砖红色沉淀就是还原糖还原而成，为什么不可能是Cu（OH）2溶液分解产生的？设置实验进行探讨分析，分别是设置Cu（OH）2溶液，还原糖，还原糖＋斐林试剂三组做对照分析，将学生置于研究问题环境当中，调动学生学习的积极性。教师在这一问题提出后，指出本节课的中心课题为：“探究不同生物组织中含还原性糖含量的大小”。要求由于课堂时间限制每组学生只选两组材料完成在上述准备内容的基础上进行实验。确定实验的基本原理，首先是还原糖和非还原糖的知识的拓展。生物组织中可溶性糖比较多，如葡萄糖、果糖、麦芽糖、半乳糖、乳糖，五种糖的分子内含有自由的或潜在的醛基或酮基，在化学反应中具有还原性，称为还原糖；而蔗糖分子内没有该基团称为非还原糖，在化学反应中不具有还原性。其次，斐林试剂检测还原糖的原理，即在碱性溶液中可溶性还原糖将铜元素微粒还原，同时生成Cu2O等产物。Cu2O的颜色取决于该物质的颗粒大小。反应速度快时生成的Cu2O颗粒较小，呈黄绿色；反应速度慢生成的Cu2O颗粒较大，呈红色。根据颜色来比较还原糖的含量大小列出表格。再次，双缩脲试剂检测蛋白质的原理，蛋白质结构中的肽键的结构与双缩脲结构相似，能够在碱性新制氢氧化铜悬浊液中与[Cu（OH）4]2-结合生成紫色络合物。同时，在实验过程中，以苹果或梨匀浆、马铃薯匀浆、花生种子、花生种子匀浆、豆浆、鲜肝提取液为原材料。最后，再分别加入不同的试剂，包括0.1g/ml和0.05g/ml的斐林试剂、0.1g苏丹Ⅲ染液、0.1g/ml和0.01g/ml双缩脲试剂、碘液。

按照以上试剂，依据教材中还原性糖的检测步骤让学生自主完成对每支试管试剂的配备。完成两组实验材料的按教材步骤完成实验。教师引导进一步拓展学生创新改变材料的处理。例如：把梨匀浆改为小梨片，具体步骤如下：1.从梨块上切取边长约0.8cm的梨条，再将其切成若干小梨片，放入试管中。2.量取等量的斐林试剂甲液和乙液，混合配制成斐林试剂。3.向装有梨片的试管内注入刚配制的斐林试剂，直至浸没梨片。轻轻振荡几次。4.用酒精灯加热试管约2分钟，就能观察到溶液由蓝色→棕褐色→砖红色。让学生观察每个试管的反应并对其产生的现象进行记录。完成上述实验后，教师可通过小组讨论的方式让学生讨论产生实验结果的原因。同时将实验结果进行记录，最后，由教师对学生的讨论结果进行汇总，并进行归纳总结。教师为进一步探究学生对知识点的掌握情况，通过设置问题的方式让学生进行解答，并针对实验过程中存在的不足进行改进，从而实现应用创新，拓展学生实验探究能力。对于探究性学习要求学生在对生物实验了若指掌的基础上，尝试着创新、调整实验。例如：在“检测生物组织中的糖类，脂肪和蛋白质”的实验中，苹果、梨或其他水果组织液必须临时制备，是因为苹果多酚氧化酶含量高，組织液很易被氧化成褐色，如果制备好放置了较长时间，褐色容易影响最终检测。笔者授课的学生中，出现过一位学生用这褐色的苹果汁与葡萄糖进行对照，有颜色变化，也可说明苹果组织中含糖类的。

（二）丰富高中生物探究性实验材料

高中生物教师在开展探究性实验教学活动的过程中，应尽可能丰富探究性实验材料，让学生运用各式各样的材料进行试验，并对不同材料所得出的实验结果进行比较，从而得出结论。在这个过程中，学生之间可以进行有效的思考讨论，并在课下查阅资料寻找更多的实验材料，有效培养学生的拓展性思维。若是教师能够向学生提供不同的实验材料，那么在做实验的过程中，就可以鼓励学生采用其他实验材料来代替，比较不同材料所得实验结果的差异，也有可能得到相同的结论。在这样的过程中，学生很容易就可以养成多思考与多动手的习惯，有效提高学生的生物思维能力。例如：高中生物教师可以带领学生比较过氧化氢在不同条件下分解的情况。可以准备实验材料，即含有较多过氧化氢酶的新鲜肝脏研磨液，并引导学生进行思考，要求学生说出还有哪些材料也含有过氧化氢酶。学生通过阅读文献和查阅资料，了解到土壤、土豆等材料中含有过氧化氢酶。所以，在进行实验时，学生就可以肝脏研磨液、土壤、土豆作为本次实验的材料，并一一进行实验得出结果，在经过科学的比对之后得出结论。三种实验材料中均具有过氧化氢酶，含量最多的是肝脏研磨液，含量最少的是土壤，土豆处于中间位置。在进行生物探究性实验的过程中，丰富实验材料可以让学生在原有实验的基础上不断进行拓展，培养学生探究新材料、阅读文献与资料的良好习惯，拓展学生知识面。同时，在具体实验的过程中，学生会感受到更好的参与感与成就感，激发学生的学习积极性，让学生能够感受到生物实验的乐趣，最终形成拓展性思维。

（三）培养学生的知识迁移能力

高中生物教师在开展探究性实验教学活动的过程中，应主动培养学生的知识迁移能力，让学生在完成实验的过程中形成举一反三的能力，能够用所学知识解决生活中的类似问题。在这个过程中，高中生物教师应对学生进行有效的引导，让学生在完成实验的过程中学会探究，并对学生提出相关性问题，鼓励学生小组进行交流讨论，通过原有知识经验进行迁移，尝试类似实验设计，从而感受到探究实验的延展性，真正具备举一反三的思维习惯，提高学生的拓展性思维能力。例如：高中生物教师可以带领学生探究环境因素对光合作用强度的影响，目的是通过教材案例让学生完成环境因素中光照强弱对光合作用强度的影响，并由此得出有效的结论。教师可以鼓励学生自主完成实验，并向学生提出问题，即怎样知道其他环境因素对光合作用强度的影响。这里所说的其他环境因素包括土壤的水分、二氧化碳的浓度、光照的长短等。学生以此为基础进行实验，并以小组为单位探究其他环境因素对光合作用强度的影响，共同进行设计，从而得出实验结论。学生可以在实验过程中巩固所学知识，提高实验设计思维能力，并在知识迁移的过程中设计出新的实验，培养出真正的拓展性思维[5]。

（四）强化生物实验创新演示功能

现有的高中生物教材在演示实验上进行了调整，增加了其在教材当中的占比。在演示实验当中包含了十分丰富的生物思想和规律，能够充分体现生物的研究方法，因此是培养学生拓展性思维的教学手段。教师不仅需要对实验操作进行示范，同时还需要合理设置问题，例如：演示如何观察、如何分析等。在常规的演示实验当中，教師应当围绕生物实验原理、装置原理以及具体操作原理引导学生开展思维活动，并在整个演示实验进行过程中提出常规性的一系列问题。教师在实验开始前向学生提出实验是在什么情况下产生的，应当如何解决等问题。在实验过程中，引导学生思考实验反应发生的原理以及反应物的状态等。在实验结束后，提出实验应当如何改进等问题。

以高中生物课程中“希尔反应的发现过程”为例，此种化学反应大多发生在制备叶绿素悬浮液中。教师先向学生演示，并通过对离体的叶绿体加叶片提取液进行测定，得出存在氧气的产生，进一步进行验证。此时，教师可向学生提问“为什么在这一过程中加入二氧化碳不会产生变化”“离体叶绿体是否无法实现对二氧化碳的同化”等问题。以此让学生带着问题，完成后续的实验，从而体现演示实验的功能。通过简单判定题目的设置，不仅可以让学生的注意力集中，同时还能够调动学生参与实验的积极性，并在完成实验后，体会到成功的喜悦。

（五）在过程中培养学生发散拓展性思维

除上述几点以外，在实验过程中，还应当培养学生的发散拓展性思维，将这一过程看作是求异思维的过程，并从多个角度寻求正确的答案。发散思维是拓展性思维的核心，只有当发散达到“独特”的要求时，才能够实现创造。因此，教师应当在实验过程中有目的、有计划地对学生进行发散拓展性思维训练，以此从多方面实现对学生思路的扩展，拓宽其思维领域。在培养的过程中，应当打破传统的思维定式，将原本单向性的思维转变为多向性，从而让学生能够更加敏捷和灵活地对问题进行思考。思维的多向性实质上是从不同的角度思考问题，或在相同的条件下产生多种不同的实验结果。因此，教师应当大力提倡学生在实验时进行独立思考，不得将学生在实验中产生的多样化思路生硬纳入教师的思路，这对培养学生拓展性思维而言具有十分有益的作用。教师应根据实际高中生物实验的要求及内容，制订培养学生发散拓展性思维的策略。第一，遵循丰富性培养原则，对实验材料丰富拓展，寻找其他实验材料替代传统实验材料，从而培养学生多思考和多动手的习惯。第二，遵循迁移性培养原则，帮助学生形成举一反三，灵活运用所学知识解决实际问题的习惯，引导学生学会运用知识，形成举一反三思维。第三，遵循操作性培养原则，在不改变原有实验原则的基础上，对实验优化，使其更加容易操作，帮助学生打破固有思维，形成不局限于课本的思维。第四，遵循深层次培养原则，在原有实验基础上，实现深层次探究，引导学生学会从不同角度对问题进行思考。

从以上内容可以看出，在实验中教师应当根据拓展性思维培养的原则，从四个方面实现对实验教学目标的制订和概念的界定，从而明确学生实验的目标，并在实验过程中让学生具备拓展性思维。

结束语

综合上述，在完成对高中生物探究性实验课程教学的深入挖掘后，教师应从思维培养的原则与教学实际出发，从多个方面着重培养拓展性思维能力，同时教师应在教学前正确认知不同学生群体之间的思维认知与思维理解能力是存在差异的，教师应当把握学生群体的差异，结合学校现有教学器材和资源对实验进行灵活设置，从而实现对高中生拓展性思维的有效培养。

参考文献

[1]邓晓薇.高中生物实验教学中如何培养学生的核心素养：以“制作泡菜并检测亚硝酸盐含量”课题实验为例[J].科学咨询（科技·管理），2019（12）：216-217.

[2]蒲明强，何其波.STEM理念下培养核心素养的高中生物实验教学初探：以“微生物的实验室培养与应用”为例[J].教育科学论坛，2020（19）：70-73.

[3]苏秀红.基于核心素养的高中生物逆向教学设计：以“酶的作用和本质”实验教学为例[J].中小学教学研究，2021，22（5）：29-33.

[4]陈坤，韦和平.5E教学模式在高中生物实验教学中的应用：以“绿叶中色素的提取和分离”为例[J].新教育，2021（25）：51-53.

[5]于晓青，陈小龙.高中生物实验教学数字化实验的应用：以“探究光照强度对光合作用强度的影响”为例[J].实验教学与仪器，2021，38（Z1）：76-77.