高中生物实验教学培养学生科学思维能力的实践探究

张曼玲

(江苏省昆山陆家高级中学 215300)

在2017版生物课标中，提出了核心素养概念，科学思维则是其重要内容之一.培养学生科学思维，不仅有助于学生更好的掌握和理解生物知识，而且能帮助其运用相关理论知识和逻辑来分析、论证生物问题，而实验教学则是培养学生科学思维能力的重要途径.鉴于此，教师应不断改进和优化高中生物实验教学，从而有效培养学生科学思维，促进其全面发展.

1 重视准备实验，培养学生科学思维的方法

在开展高中生物实验教学前，为确保顺利开展实验教学，教师应加大对预实验准备的重视程度.在正式开展科学研究的过程中，有的时候需要提前做到部分准备性的实验，即预实验.就高中生物实验教学而言，是否准备好预实验，是能否顺利完成实验的关键，其在实验中起着重要的作用，能在实现实验用具、实验方案及设计、实验条件最优化选择的同时，确保生物实验的科学性和可行性.教师在准备预实验的过程中，可鼓励学生积极参与到其中，在引导其发现实验缺陷的同时，有效培养其生物科学思维的应用方法.

例如，在人教版高中生物“生长素的生理作用”实验教学中，由于生长素具备高效、微量特点，若实验中选择的浓度过大，则无法得到明显的实验效果.因此，在正式实验前，教师应引导学生在准备好相关仪器、试剂的同时，首先进行预实验环节，来确定生长素适宜浓度和范围.在实验教学操作环节，教师可先准备好生根粉、带根的绿萝枝条、天平、烧杯以及量筒等实验材料，并将学生分为两个小组，一组进行预实验，一组结合预实验的结果来开展正式的实验.针对预实验小组，教师引导学生结合生根粉的种类来进行不同倍数的稀释，并设置出对照组进行对比，之后裁剪带根绿萝枝条，将其置于实验组溶液和对照组溶液中，并在一周后统计和分析数据，从而得出生长素最佳浓度范围.通过分析预实验数据可得出，当进行800倍稀释、溶液浓度在1.25×10-3g/mL的时候，绿萝的生根效果是最好的.但若按照商品介绍中的300倍稀释，绿萝根芽会由于受到生根粉高浓度影响，而从正常锥形转变成球形，因此，通过预实验，不仅为高效开展正式实验提供了科学基础数据，也培养了学生的科学思维应用方法.

2 创设真实情境，培养学生科学思维的观念

教师在高中生物实验教学中，可结合实验内容创设适宜的、真实的情境，在引导学生体验生物魅力、构建生物系统的同时，让其在问题情境中，充分发挥其思考能力、发散思维，有效培养其科学思维的观念，帮助其能在科学思维的引导下，深入探索和理解生物实验内容.

例如，在人教版高中生物《细胞的物质输入和输出》中，针对其中的实验教学内容“植物细胞吸水、失水”现象探究，在实验前，教师可结合学生生活实际，创设并引入吸水、失水真实问题情境，激发学生积极思考、主动参与.比如：“白菜在经过剁碎和放盐之后，为什么会渗出水分呢？”等问题情境，在引发学生思考的时候，培养其发散思维，之后在学生明白其原因是细胞出现了失水、吸水现象的基础上，教师需要引导学生分析细胞吸水、失水现象，并提出想要探索的问题，比如：“细胞内的水分是怎样进出的？”等问题，通过学生提问，在营造出主动、积极课堂氛围的同时，教师可选择其中探究价值高、切合学生实际生活的问题，来进行实验教学，从而有效培养其科学素养观念，提高其科学认知水平.在实验中，教师可引导学生分析实验材料，并提出问题：“为什么要选择洋葱鳞片的叶外表皮作为材料呢？”“除洋葱外，你能用其它材料来开展细胞吸水、失水实验吗？”在这类问题的思考和探索下，能有效拓宽学生思维空间，并促进其科学思维观念的养成和提升.另外，教师可在实验教学结束后，以生活实例为主题开展小组竞赛活动，激发学生思考、分享和解释生活中关于细胞吸水、失水的现象，从而有效提升其科学思维应用能力.

3 结合定量实验，培养学生科学思维的意识

教师在设计高中生物实验教学的过程中，应对学生提出更高层次的要求，使其通过定性基础建立定量意识，并在量变的过程中深刻认识事物本质，从而确保生物实验的准确性、严密性和科学性.教师在开展生物实验教学的过程中，应深入分析教材内容，并结合学生实际情况来有效结合定性实验、定量实验，从而在培养其科学思维意识的同时，促进其科学思维优质发展.

例如，在人教版高中生物《酶的作用和本质》学习内容中，相关实验内容“不同条件过氧化氢分解比较”，从实验目的而言，主要是对有机、无机两种催化剂在催化效果异同方面的比较.教材实验设计中，是通过不同催化剂的作用下，来观察卫生香燃烧情况，从而比较催化剂促进反应剧烈的程度，以此区分酶、氯化铁对反应催化的效果，从而通过对实验现象的分析，得出实验的定性结论.然而，在实验的实际操作中，因为过氧化氢在剧烈分解的过程中会有大量水蒸气产生，所以可能会出现卫生香无法复燃的现象，加之仅仅通过观察卫生香燃烧状况，在没有实验数据支撑的情况下来判定实验的结果，相对欠缺科学性和合理性.因为学生无法借助相关数据来进行分析、处理、探讨酶高效性特点，而导致其在实验思考方面浅显和片面化，极不利于其科学思维意识的形成.因此，在开展实验的过程中，教师则可将定量、定性实验有效结合起来，从而有效培养其科学意识.教师首先可鼓励学生自行寻找适宜酶的来源，其次通过利用自制酶溶液来进行教材设计的分解过氧化氢实验，使其在感性方面形成对酶催化的初步认识.在这样的基础上，教师通过介绍相关的化学仪器和试剂，在激发其对新实验兴趣的同时，帮助其将化学、生物有效关联起来，并引导其关注定量实验设计，从而呈现数据化、直观化、科学化、准确化的实验结果.通过实验教学的螺旋式设计，能在帮助学生掌握生物实验常用方法的同时，加强其实验中的对照意识，通过分析实验数据，不仅能培养其数据处理能力，而且能加强其对生物系统的深入认识.另外，在结合定量实验的过程中，能有效培养其批判思维、发散思维，并增强其生物科学思维的意识.

4 构建实验模型，提高学生科学思维的能力

在实验教学中，教师可引导学生构建植物细胞或者动物细胞的完整物理模型，并重复应用于后期实验教学中.在模型构建的过程中，学生会在结合相关概念的基础上，从细胞水平角度来思考和探索，形成结构、功能相联系的观念，从而有效提高其科学思维的能力.

例如，在人教版高中生物《细胞的基本结构》相关内容学习后，就细胞和相关基础知识而言，学生已经有了一定基础，教师就可提出问题：“在复杂生理活动中，细胞是怎样完成的？”“细胞各结构分别对应什么功能？”通过相关的问题，在激发学生探索欲、求知欲的同时，鼓励其通过合作，来构建细胞的专属模型.首先，班级作为整体，将学生分组，各小组分别负责细胞各成分的制作；其次，各小组根据所制作细胞结构，来选择需要的材料进行实验，可选择粘合性好、保持时间长的超轻粘土作为材料，同时，可对废弃材料进行回收利用，已达到保护环境的目标；最后，各小组通过查阅书籍和资料，在全面了解细胞结构、功能特点的基础上，进行书面草图绘制和功能阐释.在制作和构建的过程中，可充分发挥思维和想象，制作出两个模型来分别体现其外部、内部形态.需要注意的是，各小组在模型构建中应随时沟通，确保结构和比例的合理安排.完成后的模型，教师可充分应用到细胞膜镶嵌流动模型、细胞器功能和结构、分泌蛋白合成及分泌、细胞核结构特点、细胞膜的显微结构、胞吞和胞吐、光合作用和呼吸作用等相关的教学中和实验中，在帮助学生更好理解生物内容的同时，加深其对知识的巩固能力和应用能力.此外，在构建实验模型的过程中，学生需要将教材中的图片、文字描述，转换成为三维模型，这有利于锻炼其模型建构的能力.同时，通过解说制作模型、观察其他模型的过程，能提高学生解读模型、交流表达的能力.最重要的是，在制作、构建模型的过程中，能加强学生结构、功能相互联系、密不可分的生物观念.因此，教师应在实验教学中鼓励和引导学生积极构建实验模型，提高其科学思维的能力.

5 引导实验设计，提升学生科学思维的素养

教师在开展高中生物实验教学的过程中，应注重讲授实验设计方面的内容，在引导其自主设计实验、自主完成实验操作的过程中，训练其实验综合能力.教师应打破单一科学思维限制，鼓励学生在充分发挥其创造思维的过程中进行实验改造，也可提供相关课题，让学生自主选择、设计和开展，并根据实验结果进行实验报告的撰写，从而有效培养、提升其科学思维的素养.

例如，在人教版高中生物《细胞的物质输入和输出》中的“植物细胞吸水、失水”实验内容，因为存在渗透压变化现象，所以学生较易理解质壁分离的现象，但往往却忽视了质壁分离现象下半透膜的作用，而通过机械式的记忆方法来掌握液泡膜、细胞膜以及细胞质的基质等相关知识点，在难度相对高的考察中则出现无法灵活应对的现象.因此，教师可通过引导实验设计的方式，综合提升其科学思维的素养.首先，针对质壁分离的现象，教师可引导学生设计和开展该项实验，使其能在对质壁分离有初步了解的同时，分析实验现象及条件，从而实现原生质层的有效引出；其次，通过层层递进，来探索原生质层的组成成分，从而深入了解和掌握质壁分离.在此过程中，教师应引导学生通过假说演绎思维来设计和开展实验，在培养创新性、缜密性、科学性思维的同时，有效提升其科学思维的素养.

总而言之，核心素养为高中生物教学指明了方向和目标，教师应在深入挖掘和分析教学资源的基础上，不断优化生物实验教学，培养学生科学思维作为核心和基础，促进学生思维的进步、发展.