基于科学探究素养的生物实验教学优化

董琼

摘 要：科学探究本身作为一种科学实践活动，将其与生物实验教学相结合，可以为学生科学探究素养的培养和发展创造良好条件，对于教学创新提出了迫切要求。本文分析了生物实验教学中科学探究素养培养的必要性，结合当前实验教学中存在的问题，阐述了生物实验教学的优化策略，旨在引导学生提高科学素养，利用生物知识解决实际问题，推进生物实验教学改革深度实施。

关键词：科学探究素养；生物实验教学；合作探究

高效学习生物知识需要借助多种类型的实验，在生物实验教学中培养学生的科学思维、科学精神、探究意识，引导学生认真观察实验现象，总结实验结果，揭示生物学科的规律，找到生物学习诀窍，对于学生科学探究素养的形成和发展起到了积极作用。然而从生物实验教学现状来看，还存在一些不足之处，导致教学效果未能达到预期，制约了学生知识和能力的协同发展。为了扭转这一局面，必须基于科学探究素养培养要求，加强生物实验教学模式的优化，吸引学生主动参与，在实验过程中积极思考、表达、探究、合作，高质量完成生物实验任务，深入分析所得结果，从而收获知识、强化技能、培育素质，促进学生全面发展。

一、生物实验教学中培养学生科学探究素养的必要性

新课标对生物课程教学提出了许多新的要求，明确指出生物教学要增加实验探究，在生物实验教学中关注学生已有的生活经验，激发学生主动学习的意识，使学生通过合作、交流、探究，提高其自主学习能力、科学探究素养、合作精神、创新意识和社会责任感。其中，科学探究素养的培养是生物实验教学的重中之重。

（一）有利于培养学生的科学思维能力

在生物实验过程中，学生通过观察、操作、推理和交流讨论得到正确结论，全程参与生物实验的各个环节，思维始终处于活跃状态，利用生物知识描述实验现象和实验结果，提高对知识的好奇心和求知欲，掌握科学探究的基本操作方法，以实验过程巩固理论知识，真正实现学以致用。教师鼓励学生提出问题、设计实验、收集和分析实验数据，给学生创造了自由施展与合作探究的空间，使得学生自主学习意识、批判性思维和创新能力由此得以形成[1]。

（二）有利于培养学生的科学态度和价值观

生物学科具有系统性、实践性、严谨性的特点，在生物实验中只有认真按照步骤操作，才可以观察到相应的现象，得出准确结论。因此，利用生物实验传授学生生物知识，培养学生认真严谨的科学态度和实事求是的求真精神，塑造学生正确的价值观，赋予了科学探究素养下生物实验教学更为艰巨的任务，有利于激发学生深入探究知识的欲望，使之形成终身学习意识，在生物领域越走越远。

（三）有利于激发学生的探究精神

通过开展生物实验教学，给学生提供观察和实践的机会，鼓励学生大胆质疑，表达观点，针对学生的不同问题实施个性化指导，对学生进行激励，促使学生积极探索生物学科的奥秘，大胆假设，运用创新方法来验证，享受实验的过程和乐趣，学生的思维也会更加开阔，看待问题的角度更加多样，分析问题、解决问题的能力随之增强。可以说，生物实验是激发学生探究意识、提高探究能力的关键渠道。

二、生物实验教学中存在的问题

（一）生物教师的教学观念没有及时更新

生物教师是学生学习生物知识、参与生物实验的引路人，对于学生生物学习过程中知识获取和素质能力发展更是发挥了不容小觑的作用。可是有些生物教师并没有及时更新教学观念，设计的生物实验过程单一，实验过程沉闷，交流互动机会少，学生思维得不到释放。学生在生物实验教学各个环节中的参与热情不高，主体地位不明，受到的启发和指导不足，严重制约了学生科学探究素养的发展。

（二）生物实验教学体系不完善

课时数量少、教学任务重是生物教学的普遍现象，生物教师为了赶进度往往采用“灌输式”教育模式，侧重于讲解课本上的知识，很少组织生物实验活动，更没有注重完善生物实验教学体系，在有限的生物实验中也是以教师演示为主，学生实践操作的机会少之又少。这一现象导致生物学科理论教学和实践教学失衡，生物实验教学资源得不到有效利用，学生对生物知识的理解流于表面，知识基础不扎实，很难形成科学的探究过程，对于学生科学探究素养的发展造成了阻碍。

（三）生物实验教学形式单一

现阶段，生物教师通常按照教材中描述的实验步骤进行操作，让学生描述实验现象和结论，填写实验报告。或是要求学生死记硬背实验步骤，在实验操作时不允许有一丝一毫的差错。这种生物实验教学流程毫无新意，缺少现代化教学技术和方法的应用，如合作探究、任务驱动等。在生物实验教学过程中学生的心情平静无波，毫无期待，自主操作环节机械式地使用仪器设备和材料工具，思维不活跃，完全提不起实践探究兴趣，在此情况下很难获得科学探究素养的提升。

（四）生物教师在实验过程中对学生的指导不当

每个学生都有着无穷的潜力，而教师恰恰掌握了挖掘学生潜力的工具，需要对学生进行专业化指导，启迪学生的思维，增强学生的自信[2]。然而，在生物实验教学中，生物教师对学生的指导存在两极分化现象。有些生物教师强制干预學生的实验过程，对学生的实验操作有着严格的标准，桎梏了学生的思维。另外一部分生物教师将生物实验视为可有可无的教学活动，任由学生随意操作，即使学生的操作流程和实验报告不一致也毫不在意，导致生物实验教学无法达到预期目标。

三、基于科学探究素养的生物实验教学优化策略

随着生物教学改革深入实施，教师要突出学生的课堂主体地位，增强学科素养的培育能力，弥补传统教学的不足之处，特别是实验环节，帮助学生掌握正确的实验流程，掌握科学探究的基本思路和方法。

（一）积极更新生物教师的教学观念，提高学生参与生物实验教学的动力

为了提高生物实验教学质量，教师要发挥实验教学对提高学生学习兴趣的优势，将生物实验与生活紧密联系起来，实施生物实验教学的创新，打造趣味性、生活化的实验项目，在提高学生好奇心和求知欲的基础上，促使学生自主探究生物知识，形成认真严谨的科学态度和求真务实的科学精神。考虑到学生思维方式、知识水平、兴趣爱好、学习能力都有着显著差异，因此，在生物实验教学中，要体现出对学生教学主体地位的尊重，让学生了解实验环节对于学科学习和发展的重要性，要结合学生的想法设置实验项目，提高学生参与实验的积极性[3]。而且在平时生物教师要深入研究新课标，学习先进的教育技术，与生物实验教学相融合，为生物实验教学的高效开展注入活力，并要找出当前生物实验教学中的不足，有针对性地加以弥补。这样，生物教师就可以设计科学完善、可操作性强的生物实验教学方案，实施多元化、分层次的教学和指导，履行自己的教学职能，构建和谐的师生关系，创造良好的实验条件和实验范围，指导学生在实验过程中能够认识科学、发现科学和利用科学，在这一系列过程中深入思考，敢于质疑和批判，勇于推理，提出创造性的见解，在学习中培养科学探究素养。

（二）完善生物实验教学体系，积极开发多种实验资源

健全和完善生物实验教学体系，可使生物实验教学稳定高效开展，各个环节紧密衔接，促使学生全程参与实验设计、实验操作、实验观察、实验探究、实验结果分析等环节中，依靠自主思考和小组成员之间的讨论交流形成创新观点，获得科学探究素养的快速提高。生物实验教学要以教材内容为参考，建设由易到难、关联紧密的生物实验教学体系，让学生根据体系可以验证所学的生物知识，借助实验能够验证已得出的结论，应用生物知识解决生活问题，这也有利于学生摆脱陈旧思维束缚，以积极态度参与生物实验教学，从中获得乐趣和自信。与此同时，生物教师要注重开发多种实验资源，不单单要利用传统实验资源开展生物实验教学活动，如教材资源、实验仪器设备等，还要利用互联网资源展示生物实验的原理和步骤，凭借生动直观的画面增强感官冲击，加深学生的印象，鼓励学生对原本的实验流程进行改良和优化，打造开放式、互动式的教学空间，激发学生的内在潜能，让学生的奇思妙想在生物实验教学中得到验证。或者让学生收集生活中的废弃物品用于生物实验和探究活动，鉴于这类实验资源有所不同，学生势必要对实验操作进行创新，以便能够合理利用实验资源得到正确结果。

（三）丰富生物实验教学形式，持续训练学生的综合实践能力

现代化教育理念倡导运用丰富多样的生物实验教学形式，在教学过程中训练学生的操作、观察、质疑、总结能力，全面提高学生的科学探究素养。基于这一理念，对生物实验教学方法和模式进行创新，可以从以下几种现代化教育方法中任择其一：

1.创设生活情境。现实生活中有着许许多多值得运用的实验素材，对生物实验的探究也要考虑到常见的生活现象，结合学生们好奇的现象，以此为素材，提高实验的趣味性，鼓励学生自己动手，发挥想象力和创造力。生物教师要指导学生掌握正确的实验操作方法，在实验中揭示科学本质，了解生活现象背后所蕴藏的科学。例如：在“植物细胞的质壁分离和质壁分离的复原”教学中，生物教师可以提出这样几个问题：“为什么白糖拌西红柿会有水分析出？为什么超市经常会在菜叶上洒水？”组织相关生物实验探究活动，让学生在生活情境下产生好奇，自选实验材料进行生物实验探究，提出假设后进行求证，完善实验流程和各个实验步骤的细节，观察产生的实验现象，从所得实验结果中分析植物细胞吸水、失水的条件，进而达到本次实验的目标[4]。

2.设置层次性的问题。问题驱动法在生物实验教学中的应用对于培养学生的科学探究素养有着无法比拟的优势，生物教师需要设置层次性的问题，引导学生深入思考和探究，凭借自己的努力找到正确答案，使学生的观察能力、思维能力、实践能力、探究能力以及解决问题的能力得以协同发展。层次性的问题设置可以满足不同知识水平和能力水平学生的学习需求，使之全身心参与到生物实验教学中，经过细心观察和慎重思考得出结论，表达自己的观点，增强了学生的获得感和成就感。以“观察植物叶表皮的气孔实验”为例，为学生提供多种实验材料，让学生观察不同植物叶片的表皮，然后提出一系列的问题：“为什么教材要求观察植物的下表皮？通过观察植物的上下表皮你有哪些发现？为什么植物叶下表皮气孔更多？”这让学生更加关注实验材料的选取，了解不同实验材料的特点和差异，认真观察和记录实验现象，使得学生学会灵活利用生物实验结果解决实际问题，整个实验过程中手脑协调配合，逐渐形成科学探究素养。

3.组织合作探究活动。有些生物实验比较复杂，单凭学生个体处理实验材料，观察实验现象，进行实验结果分析，会给学生施加较为繁重的负担。而合作探究模式在生物实验教学中的应用可以规避上述问题，小组成员科学分工，在生物实验探究过程中保持有效的交流与合作，发挥了所有成员的智慧和力量，得到统一结论，增强了学生的集体荣誉感和个体责任感，促进了学生科学探究素养良好发展。合作探究期间学生思维会发生激烈碰撞，倾听他人发言的同时，思考是否与自己的观点相同，进一步完善自身观点。如果观点不同，则要找到充分论据证明自己的观点，无疑会深化学生的生物实验探究活动[5]。例如：在“探究无机盐在植物生长发育中的作用”这一实验活动中，教师课前布置不同小组成员分别负责采集不同环境中的土壤，把路边、菜园和裸地等处土壤作为小组差异化的实验材料，分别制成土壤浸出液。先将3株大小相似的青菜分别放入土壤浸出液、无土栽培培养液和蒸馏水中培养，并在一周后观察不同溶液中青菜的生长情况，然后进行小组间实验的横向对比观察，用酒精灯烘干不同小组的土壤浸出液，比较结晶物质有多少。所有成员共同进行推理和讨论，总结实验结果，会使生物实验探究活动充满乐趣，利用科学实践活动提高学生的科学探究素养。

（四）生物教师要加强对学生的指导，完成生物实验结果的梳理小结

作为生物实验教学的组织者及学生生物学习的引路人，教师要注重对学生的启发和指导，帮助学生高质量完成生物实验结果的梳理小结，及时查缺补漏，提高综合实践能力，促进学生科学探究素养的全面发展。对于生物实验结果的分析是探究活动的重点所在，可使学生回顾整个实验过程，反思自己的操作是否标准规范，避免在下次实驗中出现不当操作，有力纠正了学生生物实验操作的不良习惯。而加强对生物实验结果的总结，还能深化对生物实验内容的探究，尝试分析各类实验材料、用具和仪器对生物实验结果的影响，打破传统思维的局限，运用更为简洁和直观的方式展示生物实验结果，使得学生能够更好地认识生物世界，走进奇妙无穷的生物领域进行研究，争取成为充满智慧、综合能力强、富有创造力的新时代人才[6]。

结束语

总之，在科学探究素养的导向下，生物实验教学的有效开展需要积极更新生物教师的教学观念，提高学生参与生物实验教学的动力，完善生物实验教学体系，积极开发多种实验资源，丰富生物实验教学形式，包括创设生活情境、设置层次性的问题、组织合作探究活动，持续训练学生的综合实践能力。生物教师还要加强对学生的指导，完成生物实验结果的梳理小结，从而发挥生物实验教学的载体作用，促进学生科学探究素养良好发展。

参考文献

[1]张显祖.立德树人理念下高中生物实验教学的困境与对策探讨[J].学周刊，2023（32）：70-72.

[2]钟容花.初中生物实验教学存在的问题及优化路径分析[J].教育界，2023（23）：17-19.

[3]李倩倩.基于核心素养探讨高中生物实验教学方式的转变[J].知识文库，2023（12）：64-66.

[4]金威.在高中生物实验教学中培养批判性思维的实践对策[J].高考，2023（10）：3-5.

[5]刘光双.浅析初中生物实验教学中学生自主探究能力培养策略[J].学周刊，2023（16）：65-67.

[6]王清刚.创新高中生物实验教学 落实科学探究素养培养[J].学周刊，2022（34）：37-39.