基于科学思维发展的生物探究性实验教学研究

吴小田

（新疆阿克苏地区第二中学，新疆 阿克苏 842300）

高中生物学知识学习难度会比较高，学生不可能完全凭借自身的记忆去积累并理解知识，而是要懂得使用生物知识去解决实际问题。科学思维是学生思考问题的态度以及方式，所以教师在教学时，要基于科学思维开展各项探究性实验教学活动，利用这一形式来发展学生的科学思维，把控生物学科的本质和知识内核。合理设定教学目标，触及学生的情感态度，让科学探究和科学思维可以保持良好的辅助状态，打造高效的教学课堂，彰显出探究性实验教学对于学生科学思维发展产生的有益作用和价值。

一、高中生物学探究性实验教学要求

在新课标中明确提出，高中生物学教师要注重倡导探究性的教学，让学生能够形成自主学习生物知识的行为，探究实验过程，勤于动手动脑，培养学生体验信息、处理问题的能力，注重发展学生的创新精神。在新课标中，高中生物各个板块的教学内容均会设置教学提示，会涵盖多项教学活动，大多数是探究性实验的内容。探究性实验活动开展的目的就是为了让学生能够深度理解概念知识，发展学生的核心素养。高中生物学学科核心素养涉及到的内容十分广泛，包含科学思维、生命观念以及社会责任等，其所设定的核心素养发展目标极具指向性，有助于教师落实立德树人的教学任务。学生在学习掌握生物学概念的过程中，可以发展自身理想信念，培养社会责任感，教师在教学的阶段，要注重发展学生的科学思维，让学生能够更好地适应社会未来发展的需要。

二、基于科学思维发展的高中生物学探究性实验教学价值

（一）深度理解知识点

处于高中阶段的学生在学习生物知识时，极其容易受到知识基础以及自我认知规律等因素的影响，致使其无法经由教师的语言教学去透彻理解生物概念及生物定理等多项知识，整体课堂教学效益会比较差。开展探究性实验教学活动，能够让学生深刻理解生物知识点，掌握定律，感受生物知识的形成过程，有助于学生运用其所掌握的知识。教师结合学生无法理解的模块知识设计探究性实验，由学生自主探究思考理解重难点知识，并帮助学生的自我的立场和角度上理解这部分抽象难懂的生物知识。

（二）调动学习积极性

一些学生在学习生物知识时，只能被动地接受教师所讲授的知识，而很多教师深受应试教学理念的影响，过于注重学生的考试成绩，一味地给学生增加学习任务。因此，学生的学习兴趣以及效率会逐渐下滑。因此，教师通过开展探究性实验教学活动，将其教学的优势更好地展现出来，运用形式多样化的实验方式，让学生产生更为浓郁的学习兴趣，这样学生才可以用一种更为饱满的精神状态投入到学习活动之中。

（三）提高教学效果

在实际教学阶段，教师增加生物探究性实验活动开展的次数，可以打破传统固有教学模式的束缚和限制，师生之间能够良好地进行互动并进行情感交流，从而打造出更为高效的课堂教学环境，缓解学生的学习压力，营造轻松的教学氛围。这种教学方法的使用还能够树立学生的主体课堂地位，让学生在教学当中的地位得到改变，由原本被动的知识学习者转变为主动的知识接收者，能够自主地学习生物知识。这种教学方法充分地调动了学生的学习热情，提高了课堂教学效果。

三、高中生物学探究性实验教学现状

（一）探究性实验教学重视度有待提升

在高中生物学教材中会存在需要学生亲自动手实践操作的实验内容，但是一些教师在教学时，为了追赶教学进度，并不会耗用时间去带领学生亲自实践操作，而是直接将实验的结论以及操作步骤等多项内容汇总整合直接讲授给学生。这种给出定论的授课形式无法让学生了解实验的具体操作细节，也无法让学生将知识点和实验结论相结合，在考试时这部分知识应用的灵活度会比较差。此外，一些教师并不注重开展生物学探究性实验教学活动，只会让学生麻木地接受这部分知识点，这会在无形之中抑制学生全面化的发展。

（二）实验设备不够充实

一些教师忽视实验课教学的主要原因就是学校对实验的教学重视度会比较差，各方面资金投入力度较为薄弱，缺乏实验设备，无法满足学生实验操作要求。一些学生在操作时，不会珍惜爱护实验设备，这就会损耗学校的设备，使设备数量逐年递减。受到设备不足的因素影响，教师不能正常地进行授课，其只能将实验结论当做定论去讲述。学校也要明确该问题，尽可能地满足教师所提出的教学发展需要，并给教师创建良好的教学环境。

（三）学生数量较多阻碍实验教学

随着我国新课改的落实和推行，受教育的学生数量持续性地递增，一些学校班级内的学生数量较多，教师在演示实验阶段，一些学生并不能完整地看到实验的发生过程，对实验步骤细节了解度也会比较差。教师组织学生参与实验也会存在着不足之处。教师受到学生数量的影响，无法顾及到全部学生，一些学生由于操作实验步骤错误，会威胁到自身，并且在回收实验器材的阶段，由于其数量较多，很容易会丢失器材。在众多因素的影响下，教师无法高效开展高中生物探究性实验教学活动。

（四）探究性实验过程过于程序化

当前，我国大部分生物课实验教学都是由教师给学生演示、讲解知识点之后，再由学生自行动手操作。这种教学方式会抑制学生实验的想法以及思考，学生也只会完全依照教师的操作步骤去模仿，无法深层次理解实验内容。这会抑制学生的学习兴趣，无法让学生正确认识探究性实验教学活动开展的价值以及重要性。学生受到这种传统实验模式的负面影响，无法自主学习其知识内容，使整体实验过程过于程序化。由于应用的实验教学方式较为落后，所以教师无法高效地开展生物实验课教学活动。

四、基于科学思维发展的高中生物学探究性实验教学原则

生物探究性实验教学活动开展的目的就在于让学生能够改变传统的学习方式，体会科学探究的过程，增强学习生物知识的兴趣和热情，发展科学研究意识以及实验创新能力。在科学思维发展作用下的高中生物学探究性实验教学活动需要遵守基础的教学设计原则，践行以生为本的教学理念，并将其和教学设计方案充分地融合在一起，提高整体教学活动开展的效率。

（一）要遵守科学性的原则

探究性实验教学活动的开展必须要贴合科学规律，且不管是操作规则，还是基本设计原理等均需要和科学办法保持高度的契合状态，在科学性原则的作用下，其在开展的探究性实验教学活动时，会使得学生形成科学认真的实践态度。比如，在开展“生长素分布类似物对洋葱生根的影响”实验中，会明确规定2、4-D 的剂量，并且部分实验过程也需要严格遵守相关规范标准。

（二）要遵守可行性的原则

生物探究性实验活动在开展的过程中需要考量学生的学习状况以及实验室的环境等，并预估该实验的可行性。高中生物学探究性实验教学的内容会以基础知识为基准，融合学生现实生活中的见闻内容，其并不会直接超过学生的基础认知能力。因此，生物探究性实验的内容需要符合实际状况，控制好其教学的难易程度，不可过高或者过低，那样会使得探究性实验完全失去其本身的意义。在规划探究性实验的过程中，教师要考虑其实验内容是否适合学生科学思维的发展，以学习分析为基准，关注学生对探究性实验活动的理解程度，若是难度较高，则可以实行小组互助的方式。此外，教师还应当精通教材的基础知识，采取翻查资料等多种形式补充知识，考虑学校实验条件是否满足相应的标准，要多方面准备实验教学活动。

（三）要遵守主体性的原则

在开展探究性实验教学活动之前，应分析探究性实验的各类影响因素，明确学生的主体地位，教师不可过多干预学生的学习行为，而是要发挥自身的组织引导作用，构建更具趣味性的探究情境，吸引学生，让学生能够形成参与教学活动的兴趣，同时摆脱陈旧固化的教学思想，让学生以小组合作以及独立探究的形式参与实验，观察实验的现象，组织探讨，要始终将学生当做教学活动的主体。

（四）要遵守全体性以及创新性的原则

想要提升生物探究性实验教学活动开展的成效，就需要激发学生的创新意识，强化学生的主观能动性。因此，在设计实验教学活动的过程中，需要针对教材当中的实验内容进行改进，打造出更贴合学生身心现状的探究情境，将学生纳入到考量的范围之中，面向全体学生，让学生可以广泛地应用其已有的知识解决新问题、探究过程。学生的思维活动比较强，同时具有较大的思维跨度，所以教师在设计时要采取梯度性的问题设计办法，使得班级内的学生均能够参与至其中，同时给学生预留下相应的思考以及交流时间。

五、基于科学思维发展的高中生物学探究性实验教学策略

（一）改进实验设计

学科素养多维化发展能够让学生掌握更为丰富的实践技能，将思维成分以及探究成分融入其中，能够促进学生科学思维的发展。首先，在教学时，可以以实验类型入手实行多维化的设计。在开展“多种生物组织中是否含有可溶性还原糖”这一实验时，可以让其由定性实验转变为定量实验，可以使用血糖试纸去检测生物组织液当中的葡萄糖浓度，也可以应用滴定法去测量溶液当中可溶性还原糖的含量。这种实验类型的多维化设计会让实验探究性变得更强，有助于发展学生的创新思维能力。其次，在实验材料方面，可以实行拓展选材的方法。给学生提供多组实验材料，比如甘蔗汁、大豆、面粉等，这部分实验材料在日常生活中十分常见，贴近学生生活，所以这类材料的应用能够更好地激发学生的学习兴趣，由学生自主选择实验材料，开展实验探究活动，这有助于学生归纳思维素养的发展。再次，要在实验设计方面留出充裕的思考空间，探究“多种生物组织中是否含有可溶性还原糖”和“检测生物组织中的蛋白质和脂肪实验”一同展开。学生对苏丹Ⅲ、苏丹Ⅳ等多种溶液试剂的使用原理理解较为浅显，尤其是双缩脲试剂以及斐林试剂。双缩脲试剂以及斐林试剂化学成分较为相似，但是使用方法以及原理方面的差异会较为悬殊。在该实验当中，教师可以给学生提供双缩脲试剂和斐林试剂，让学生分别应用双缩脲试剂和斐林试剂，更好地感知并体会不同试剂存在的差异点。教师还应当给学生提供血糖检测试纸，分析跨学科的教学发展需要，并综合化学当中存在的银镜反应，给学生提前准备好银氨溶液等一系列的试剂，让学生的自主学习空间更加充裕，促进学生科学探究思维的发展。

（二）允许实践试错

教师要针对实验使用到的器材以及试剂用量等进行详细的注明和要求，这样学生就可以顺利地进行操作，完成教师所布置的实验任务。教师要给学生提供更为丰富的实验设计及实验材料，供给学生进行选择。在设定实验操作规范之后，可以让学生去试错，展开探究性实验活动。比如，在应用斐林试剂时，其规定要求为乙液以及甲液等量混合，若将待测溶液和甲液混合均匀添加乙液是否能达到预期所设定的实验标准？若无法实现预期实验结果，会产生哪些现象？这类试错操作以及呈递的实验现象能够帮助学生深度感悟实验的原理。又如，在进行加热作业时，其设定规范是把试管放置在55 摄氏度的温水大烧杯中，其温度上下浮动不超过4 摄氏度，加热时间控制在两分钟左右。如果允许学生试错，不提前进行水浴加热或者应用酒精灯直接加热会产生何种实验现象？将这几类实验现象进行对比会得出哪些结论？利用这一系列的试错行为给后续开展的酶高效性探究实验活动作铺垫。这类试错性的探究实验过程能够促进学生养成良好的批判性思维。在实验交流阶段，教师应当以科学思维的多类组成要素去引导学生进行实验探究：如何使用存放时间较久的苹果汁进行还原糖的鉴定实验？这一鉴定实验会产生何种结果？产生这一结果的原因是什么？利用这一系列的问题引发学生多维度的思考，让学生进行实验和评价，激发学生的探究思维，提高学生的学习力。

（三）创新实验模型

在观察“根尖分生组织细胞的有丝分裂”这一实验中，需要进行临时装片。临时装片可以分成解离、漂洗、染色、制片等多项环节，应用培养皿以及载玻片进行实验指导学生，让学生去设计实验模型。学生在教师的指导下可以应用冲洗干净的废弃玻璃药瓶以及亚克力板等多类材料去制作九孔井穴板。这一模型应用九孔，依照顺序处理根尖。在第九孔之中取出制片，该装置模型的应用便捷性较强，同时操作难度也会比较小，学生能够明确解离后要进行漂洗的操作，并理解洗去浮色以及漂洗解离液概念之间存在的不同。创新设计模型是学生建模思维发展的重要方式和路径，并且通过这一探究性学习活动，能够帮助学生深刻理解生物学概念，提高学生的学科核心素养，让学生能够乐于探究、善于合作、勇敢提出不同的观点，将个性思维和科学探究相融合，协调发展学生的科学能力。

（四）开发多种实验素材

生物学实验活动开展需要实验材料的支撑，学生会习惯于教材中所出示的要求以及标准，依据实验器材所提出的需要选择材料，按部就班地进行实验。对此，教师应当遵守因地制宜的原则，选用多元化的实验材料，尝试开展新型的生物学探究实验活动，利用这一形式来拓宽学生视野，不可完全将教学内容局限在教材之中，并且在探索的过程中对比实验结果，让学生能够体会实验材料和实验成功率之间的关系。比如：可以应用土豆片、萝卜片取代肝脏研磨液验证酶的高效性，可以应用紫甘蓝代替紫色洋葱观察质壁分离及复原的现象，可以应用猕猴桃代替鸡血细胞粗提取以及鉴定DNA。使用多元化的实验材料进行实验，可以把科学探究中的思维融入到实验课堂之中，实现深度化教学的目的，并且教师在教学时还要注重学科之间的融合。比如，在鉴定还原糖以及蛋白质这些实验中，教材当中所提到的内容比较少，所以教师可以使用化学以及物理等学科知识，深度挖掘实验原理，让学生能够了解该实验反应的本质内容，以拓宽学生的知识面。教师可以灵活化地使用各项教学资源，让实验教学更具立体化、整体化的特性，促进学生深度学习生物知识，不断拓宽学生知识广度，充实教学资源，促进学生深度学习。

六、结语

综上所述，教师在开展探究式性实验教学活动时，要以学生实际的学习状态为基准，巧妙地设计教学内容，并以培养学生的问题分析能力以及实践操作能力为重心，注重发展学生的科学思维，让学生形成正确的生命价值观念。教师要引导学生如同科学家一般地去实践思考实验内容，体会生物探究性实验中所蕴含的思想方式，使学生可以深度学习生物知识，应用实验内容，解决生活问题。