探究基于学生创新思维培养的高中生物实验教学改进

林福芳

摘 要：在知识经济的社会背景下，创新能力成为学生的必备素养之一。在教育领域，对学生的创新思维和创新能力进行培养是教师的重要目标，也是素质教育的重点。生物是一门内容比较抽象的自然科学，为了帮助学生理解相关知识，教师需要将实验作为载体。但是当前，高中生物实验教学普遍存在受重视度不够和效率低下的问题，很多教师都将关注点放在了理论知识的传授上，忽视了实验教学在学生创新思维培养方面的作用。本文从高中生物实验教学中培养学生创新思维的必要性出发，总结了高中生物实验教学中常见的问题，在这个基础上探究了基于学生创新思维培养的高中生物实验教学改进措施，希望为教育工作者提供参考与借鉴。

关键词：创新思维；高中生物；实验教学

生物学具有实践性和综合性的特点，在学习相关知识的时候学生需要进行实验探究[1]。因此，在高中生物课堂上采取实验教学法是十分重要的。在设计实验方案、开展实验探究、观察实验现象以及分析实验结果的过程中，学生可以提高综合素质。同时，在实验课上，学生可以发挥创造力、提高动手操作能力、培养探究实践能力，将课本上的知识转化为实践经验，激发学习兴趣，更好地理解和应用学科知识。对于教师来说，实验教学为理论教学提供了有效的辅助，这为学生理解知识和应用知识提供了载体，使学生更好地理解生命现象和科学原理。高中生物实验类型比较多样，包含了观察类实验、调查类实验、演示类实验、探究类实验等，在对这些实验进行探究和实践的过程中学生可以调动创新思维，对科学、技术以及社会的关系形成深刻理解，提高生物知识学习的有效性，同时也为后续的学习奠定基础[2]。

一、高中生物实验教学中培养学生创新思维的必要性

（一）培养创新思维是高中生物重要的课程目标

高中生物课程标准着眼于全体学生的成长和发展需要提出了培养学生核心素养的目标，这是学生参加社会生活、参与社会活动和生产实践以及进行个人决策所需要的重要能力，同时还指出要使学生正确理解科学、技术与社会之间的相互关系。高中生物核心素养包含生命观念、理性思维、科学探究以及社会责任等多方面内容[3]。为了实现对学生核心素养的培养，教师要在课堂上开展探究性教学，对教学方法进行创新，使学生形成主动参与、乐于探究的好习惯。实验教学是培养学生核心素养的重要手段。在生物学实验中，学生能够对相关信息进行收集和处理，在实验探究的基础上获取新的知识，更好地对问题进行分析和解决，并在交流与合作的过程中培养理性思维，最终形成实事求是的科学态度和乐于探究的创新思维。除此之外，在生物实驗中培养创新思维，学生可以实现知识的内化，更好地将理论知识运用到生产生活中。

（二）通过实验创新来开阔学生视野，激发学生求知欲

与理论教学相比，实验教学形式多样、实践性强，学生兴趣比较浓厚。在产生学习兴趣的基础上，学生能够在学习生物学知识的过程中表现出更强的动机，产生积极性、主动性和创造性。在培养创新思维的过程中，教师会在生物实验教学中引导学生从实验现象、实验方法、实验流程等角度出发来对实验方案进行创新，使他们开展多样化的实验探究活动。在这个过程中，学生的视野可以变得更为开阔，求知欲也可以更好地被激发出来[4]。

比如：在“叶绿素的提取与分离”这一生物学实验中，教师鼓励学生进行创新。有学生提出可以将实验中使用的滤纸条换成圆形滤纸，通过棉线将滤纸与滤液进行连接。滤液细线是围绕在滤纸中心的一个圆。在实验中，学生观察到不断有圆形出现，慢慢扩大然后分散开。他们在认真观察实验现象的基础上对实验结果进行探究和思考，尝试用课本上关于叶绿素的知识来解释实验现象。在这个过程中，学生的求知欲被充分激发了出来，他们的视野变得更加开阔，思维也突破了教材的禁锢，实现了创新性发展。

（三）培养学生科学探究能力和动手操作技能

通过生物实验教学，学生不仅可以对课堂上所学的理论知识进行验证，还可以培养科学探究能力。在对学生创新思维进行培养的过程中，教师会在实验教学中运用多样化的探究性策略，鼓励学生对相关问题进行调查，寻求问题解决方案。通过实验的方法来对问题进行验证和对想法进行测试，这可以使他们进行创造性的思考，也会鼓励他们主动对问题进行探究。在这样的生物实验课堂上，每一位学生都可以拥有科学的经验，他们可以针对问题探索更多的方案，对生物学现象进行探究并根据现有的证据来对自身的想法做出解释。除此之外，在培养学生创新思维的过程中，教师将为学生提供更多的动手操作机会，帮助他们在实际操作中领会生物学知识。在初期，学生在实验探究中进行模仿和尝试，在拥有创新思维、具备实验探究经验之后他们可以独立设计实验并进行操作。

二、高中生物实验教学中常见的问题

（一）教学效果不够理想

在教育改革的背景下，越来越多的高中生物教师会根据新课标对教学过程进行审视，同时对实验教学的重要性形成了正确的认识。但由于受到多样化因素的影响，生物实验教学的效果并不理想。从整体上来看，在高中生物课程中，教师对实验教学的重视程度远不及知识教学。高中生物教材中设置了多样化的实验探究活动，融入了观察实验、演示实验、探究实验等多种实验类型，主张教师充分运用实验教学法来帮助学生加深对知识的理解，提高学生的思维能力和实践水平[5]。但部分教师受到传统理念和惯性思维的影响，在课堂教学中会将主要的时间和精力放在概念性和理论性知识的讲解上。对于实验模块，很多时候只是通过理论讲解或者多媒体展示的方式来进行教学，并没有带领学生到真实的实验室环境中进行实验操作。还有部分教师虽然为学生创造了实验操作的条件，但在实验中只是简单地要求学生模仿教材的实验步骤，这不利于对学生创新思维的培养。

（二）实验教学存在限制

在高中阶段，学生需要学习的内容增加，学习时间变得紧张，学习压力也进一步增大。在高中生物课堂上，很多教师为了能够让学生在高考这场没有硝烟的战争中取得胜利，在教学中会围绕着高考的需要来设计教学活动。他们会对高考试题进行全面分析，对出题者的意图进行探究，明确课程主要的考查方向，以此作为依据来设置实验课程。对于高频的考点，教师会带领学生进行深入学习和反复练习；如果相关实验在考试中很少涉及，教师就容易忽略。在这样的情况下，学生在生物实验课堂上所接触的内容会受到教师主观思维的限制。在对实验进行探究的时候他们也只是被动地跟随教师的引导，接受教师在知识方面和技能方面的输出，长此以往学生的知识视野将被限制，不利于创新思维的形成。

（三）实验教学方法单一

在开展生物实验教学的过程中，选择有效的方法是十分重要的，这是教学效果的重要保障。但是当前，很多教师所采用的教学方法都比较单一，难以充分激发学生的学习兴趣，同时也对学生创新思维的培养造成了限制[6]。这主要体现在以下两个方面。一方面，部分教师会通过理论传输的方式，按照教材的内容来向学生讲解实验，使学生了解实验操作的过程及在各个环节应用的实验原理。在这个过程中，学生只能通过教材的文字和图片去学习实验中的知识，无法对实验进行自主操作，也无法在实验方法等方面进行创新。另一方面，在对演示实验进行讲解的时候，部分教师会使用多媒体设备，但他们只是将原本使用板书展示的内容以多媒体课件的方式呈现了出来，缺乏创新性。在展示的过程中也没有利用多媒体的功能来对实验流程、实验操作以及实验现象进行动态化展示，这不仅增加了学习难度，也使学生的学习兴趣受到了影响。

三、基于学生创新思维培养的高中生物实验教学改进措施

（一）更新观念，提高对实验教学的重视

针对当前在高中生物实验教学中存在的问题，教师首先要更新自身的观念、改变自身的错误认知，在教学中体现学生的主体地位，提高对实验教学的重视，基于教学创新的原则来设计实验教学方案，为学生的实验探究创造条件。同时还要在实验教学中寻求学生创新思维的培养点。首先，教师自身要具备创新意识，认识到培养学生的创新思维是生物实验教学的重要目标，同时要对创新教学活动以及对学生个体发展的重要意义形成正确的认识。在这个基础上，教师要寻找合适的角度来对学生的创新思维进行激发。其次，教师要更新教学观念，结合学校的资源条件和学生的真实情况对生物实验教学模式进行创新，同时要结合教材安排实验教学的结构，将理论性知识讲解与实验教学的时间和内容进行合理分配，突出实验教学的重要地位，并在实验教学中融入学生创新思维的培养[7]。最后，在实验教学过程中，教师要围绕教学目标，依托教学内容来对学生进行指导，在实验条件、实验现象以及实验结论等方面做好提示与引领，使学生在自主思考和总结分析的基础上获得相应的生物学知识。还要鼓励学生对实验方法、实验材料等进行创新，使他们在小组合作中形成创新思维。

（二）完善生物实验教学的流程

1.重视生物实验课程导入

在高中生物实验教学的过程中，教师要重视课程导入，在导入环节向学生说明实验内容和实验探究的重点，使学生明确学习目标、提高学习效率。具体来说，在实验开始之前，教师要设置专门的导入环节，向学生展示实验探究的目标和步骤，在这个基础上使他们厘清实验思路，这可以使后续实验过程变得更为顺畅。通过这种方式，学生能够在实验中对重要问题进行针对性思考，为创新思维的培养创造条件[8]。

比如：在“检测生物组织中的糖类和蛋白质”这一生物实验中，学生需要掌握对生物组织中的可溶性还原糖和蛋白质进行检测和鉴定的方法，在掌握教材所提供方法的基础上思考其他的方法，形成问题思维导向能力。在对可溶性还原糖进行鉴定的时候，需要提前准备糖分较高且颜色较浅的生物组织样本，比如苹果、梨等。在导入环节，教师可以向学生展示该实验的目标，提供相应的样本材料，引导学生思考实验设计的原理和具体的实验流程。通过这种方式，学生会对整个实验过程形成基本的了解，在这之后按照既定的流程来高效完成生物实验，并对实验现象进行创造性思考。如果缺乏导入环节的铺垫，学生直接进行实验操作就可能会出现实验步骤颠倒、实验材料选择不当等问题，导致实验以失败告终。除此之外，在导入环节教师还可以与学生一同探讨在实验中需要注意的问题，比如加热试管的时候不能将试管口朝向他人或者自己。这可以保证学生实验操作过程的高效性和安全性。

2.创新实验方式和实验步骤

为了培养学生的创新思维，还要对实验教学的方法和步骤进行优化和完善。教师要采取新的方式来开展教学活动，引发学生的探究兴趣，也为他们的自主创新创造条件。以往生物实验教学无论是在内容上还是在步骤上都表现出了形式化的特点，很多教师出于保护学生安全的考虑会要求他们直接按照教材的步骤进行实验操作，这会对学生的创新思维造成限制。为了改变这一问题，教师要鼓励学生创新实验步骤，探索新的实验方法。同时，还要为他们提供丰富的实验材料，使学生合理选择材料进行实验探究。

比如：在“叶绿体中色素的提取和分离”这一生物实验中，教材给出的实验方案是将菠菜叶作为材料，将丙酮作为色度提取液。在实验操作的过程中，要先对菠菜叶进行研磨，然后进行过滤等一系列的操作。操作过程比较繁杂，最终的实验效果也并不明显。同时，提取液丙酮具有一定的毒性，如果使用不当的话可能会对学生造成伤害。基于此，教师可以对方法和实验步骤进行创新，并鼓励学生自主探究新的实验方案。比如有學生指出可以替换实验材料，将菠菜叶换成榕树叶等同样富含叶绿素的革制植物叶片，这些叶片在校园中可以轻松获取。还有学生提出将提取液丙酮替换为乙醇，这可以保证实验过程的安全。在创造性思考和探究的过程中，学生不仅可以更好地掌握色素的提取和分离方法，同时还可以在实验学习中产生成就感。

3.注重对实验结果的分析和总结

高中生物实验教学的目的是引导学生以实验探究的方式对理论知识进行验证，实现对抽象知识的深入理解，更加扎实地掌握相关知识点，提高综合素质。为了实现这个目标，教师除了要关注课程导入和实验操作之外，还要重视对实验结果的分析和总结，这也是对学生创新思维培养的重要方式。生物教材中所展示的理论知识是由无数生物学家在经过千百次实验之后得到的，学生站在巨人肩膀上的同时也要避免自身的思维被已有结论限制，要根据实验方案和实验现象自主分析和总结实验结果。

比如：在“观察细胞的有丝分裂”这一生物实验中，学生需要在光学显微镜的帮助下对洋葱根尖细胞和马蛔虫受精卵的有丝分裂过程进行观察。在之前的学习中，学生已经掌握了显微镜的使用方法，本节课中学生实验探究的重点在于观察和记录实验对象的反应现象，感受植物细胞和动物细胞在有丝分裂过程中的不同表现和不同特点。因此，在教学中教师可以将重点放在后期实验结果的分析和总结上，要求学生根据实验情况记录实验结果，利用所学知识对结果进行思考，在思维创新的基础上探究实验结论，探究染色体在分裂过程中所发生的改变，总结动物细胞与植物细胞的有丝分裂特点。

（三）在生物实验教学中运用多样化方法

1.合理设置实验任务

在生物实验教学改进的过程中，教师可以融合任务教学法来培养学生的创新思维，使学生在实验任务的驱动下展开实验，主动参与实验探究，提高实验效率。这要求教师对实验目标进行分解，根据实验内容、结合学生的学习基础来设置适合的任务，在这之后将任务发放给学生，要求学生按照任务的要求来进行实验探究，在这个过程中提高创新能力。

比如：在“观察洋葱表皮细胞的质壁分离和复原”这一生物实验中，教学目标为使学生在对植物细胞质壁分离和复原的过程进行观察中掌握渗透作用的原理。基于该目标，教师可以设置如下的实验任务：第一，在小组合作的基础上设计实验方案；第二，使用实验室的材料进行实验探究；第三，对实验现象进行观察和记录；第四，做好实验总结报告。在该任务中，教师对实验过程进行了分解，可以帮助学生在明确实验操作步骤的基础上开展实验探究。在课堂上，学生将使用教师提前准备的紫色洋葱、蔗糖溶液等材料来设计实验方案，制作洋葱表皮临时装片，并使用显微镜观察，思考如何使细胞发生质壁分离和复原。在完成方案设计之后进行实验观察和实验探究，并将实验过程通过画图的方式记录下来，最终对实验结论进行总结。在这个过程中，学生进行观察思考、分析推断，对细胞的吸水作用和失水作用形成了深刻的认识和理解，这有利于他们形成创新思维，提高实践能力。

2.设置启发性问题

在高中生物实验教学过程中，教师要坚持以生为本的理念，为学生创造自主探究的条件。但这并不代表着教师要完全放手，在学生遇到困难的时候仍然要提供适当的指导，为了帮助学生更加深刻地理解知识，还要通过提问的方式来对他们进行引导。设置启发性问题可以使教师的引导作用更好地发挥，使学生对实验现象进行深入思考，带着批判性的思维去看待问题而不是被动地接受知识。

比如：在“肺炎双球菌转化实验”这一生物学实验中，教师可以设置启发性问题来引导学生开展实验探究活动，帮助学生对核酸是遗传物质的结论形成正确的理解。本次实验涉及体内转化和体外转化这两个部分，通过向小鼠注射不同类型的R型细菌和S型细菌开展了对照实验，以此来实现核酸与蛋白质的分离，对二者在遗传学中的重点作用进行了单独研究。在对该实验过程进行分析的过程中，教师可以设置以下两个启发性问题：第一，体内转化实验与体外转化实验之间有什么关系？第二，S型细菌中的DNA是否会因为加热而改变活性？在对实验结论进行分析的过程中，教师则可以设置以下三个启发性问题：第一，S型细菌体内的“转化因子”是什么？第二，DNA的纯度与转化效率之间有什么关系？第三，转化作用的本质是什么？

结束语

总的来说，在高中生物课堂教学中，培养学生的创新思维是重要的目标。这要求教師开展实验教学，为学生的实验探究创造条件。针对当前实验教学中存在的问题，教师要采取针对性的措施予以改进。首先要更新观念，提高对实验教学的重视，其次要从实验课程导入、实验方式和步骤创新以及实验结果分析等角度出发来完善实验教学流程，最后还要运用项目式教学法和提问教学法等来提高实验教学的有效性。

参考文献

[1]杨迪.数字化实验促进高中生物实验教学模式转型研究：以比较过氧化氢在不同条件下的分解实验为例[J].中国信息技术教育，2023（3）：99-101.

[2]莫显红，孙丽瑶，岳凯平，等.基于学生创新思维培养的高中生物实验教学改进[J].赤峰学院学报（自然科学版），2022，38（5）：99-104.

[3]周福琴，吴芳，潘璐.高中生物实验教学的变化趋势：以人教版近5套普通高中生物教材为例[J].实验教学与仪器，2021，38（11）：24-26.

[4]陆俊萍.基于学科核心素养的高中生物实验课教学：以《观察植物细胞的失水和吸水》实验课为例[J].中学教学参考，2020（29）：93-94.

[5]陈波.培养学生创新能力 提升生物实验教学：高中生物实验教学对学生创新能力的培养分析[J].中学课程辅导（教师通讯），2020（13）：26-27.

[6]王红玲.高中生物实验课教学中学生创新能力的培养：以“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验为例[J].课程教育研究，2019（29）：177.

[7]周翔.利用AiSchool云平台进行高中生物实验教学：以“绿叶中色素的提取和分离”为例[J].实验教学与仪器，2018，35（9）：42，48.

[8]韩萍.高中生物实验教学中培养学生创新思维能力的探索：基于兰州大学附属中学实验教学的案例研究[J].中学生物教学，2015（2）：6-8.