基于生物學實驗培養學生“科學探究”素養的四個視角

羅建義

摘 要 以實驗方式、實驗材料用具、實驗步驟、檢測試劑的改變4個視角闡述了培養學生核心素養的創新實踐，以供相關教學研究參考。

關鍵詞 實驗教學 探究素養 生物學實驗

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

“科學探究”是生物學核心素養的重要內容，注重培養學生觀察、獲取、處理信息和推理判斷的能力，對生物學知識之間內在聯系的分析歸納能力，實驗能力等。它不僅可以幫助學生鞏固教材知識，還能引導學生形成嚴謹的科學研究的態度，能用科學的眼光和思維對實驗過程和實驗結果進行分析，從而提升學生科學探究的能力。

1 實驗方式的改變：變驗證性實驗為探究實驗

驗證性實驗目的性強，是對教材內容的驗證和再現。在驗證性實驗中，學生缺乏主動建構知識、探究結論的體驗，不利于學生探究素養的提升。探究性實驗創設了一系列的問題情境，學生在參與實驗探究的過程中，體驗實驗的準備、操作、結論推導的整個環節，大大提升了探究素養和創新精神。

如在“植物細胞的質壁分離及質壁分離復原”的實驗中，筆者選用紫色洋蔥的內表皮細胞、花生的種子細胞、植物莖尖分生區細胞、菠菜葉肉細胞與紫色洋蔥的外表皮細胞進行對比實驗，使學生對選擇紫色洋蔥外表皮細胞為實驗材料的原因有了充分的認識。在實驗試劑方面，除了質量分數為0.3%的蔗糖溶液外，教師還選擇質量分數為3%的蔗糖溶液、尿素、KNO3、乙二醇溶液進行實驗。教師引導學生進行觀察、比較各種預設條件下的現象改變，分析造成這種結果的本質原因，使實驗中問題的探究走向深入。

2 實驗材料和用具的改變

教材實驗材料和用具的選擇具有一般性，要求各地各校都可以實施開展。部分教師嚴格按照教材預設的實驗材料及用具進行實驗，最后發現實驗效果不好。但若添加實驗材料，調整實驗用具，讓學生分析、比較實驗材料和器具改變后，實驗現象、結果的差異性，學生對實驗的認識能夠更加貼近現象本質。在這種探究中，學生興趣盎然、質疑不斷，有利于學生探究素養的提升。

如觀察“葉綠體與細胞質流動”的實驗，教材建議以苔蘚類或菠菜為實驗材料，苔蘚類極難取材，也受季節限制。有些教師用萬壽菊管狀花的花瓣表皮、黃瓜嫩莖的表皮毛或韭菜進行實驗探究。通過比較分析，發現韭菜材料易得，實驗效果又好，上面的問題迎刃而解。

又如在“滲透作用”的演示實驗中，若用教材上描述的長頸漏斗實驗，液面上升的速度慢、時間長，效果不明顯。若選用移液管替代，液面迅速上升，實驗效果非常明顯。

因此，教師要根據實際情況，拓展實驗探究思路，從實驗材料和器具上多加選擇，促進當地中學生物實驗探究教學的有效開展。

3 實驗步驟的改變

正確的實驗步驟是獲得確切的實驗現象、詳實的實驗數據、正確的實驗結論的前提。教師要監測學生各步驟的實驗現象，預判各環節的誤差及出現的結果，引導學生關注步驟改變之后的現象改變，分析其實質，對實驗中提出的問題、現象、失敗的原因要細致考慮，多問“為什么”，注重實驗的過程性分析，促進學生“探究技能”的提高。

如在“探究pH對酶活性的影響”的實驗中，常規的實驗步驟是：

（1） 取9支同型號試管，標記，分別加入2 mL質量分數為0.5%的可溶性淀粉溶液、相應的緩沖液3 mL，各試管中溶液的pH依次穩定在3、4、5、6、7、8、9、10、11。

（2） 各試管在37℃下恒溫水浴，分別向各試管中加入質量分數為0.5%唾液1mL。每隔1min從第5號試管（即pH為7的試管）中取出一滴反應液，滴在比色板上，加一滴碘液顯色，待呈橙黃色時，立即取出9支試管，加碘液顯色并比色，記錄結果。

（3） 分析實驗結果，得出結論。

教師引導學生改變實驗步驟，如保留前5只試管進行實驗，縮小試管中溶液的pH梯度，用20℃恒溫水浴，改變第5號試管比色時間，第一步和第二步實驗步驟互換等。教師要引導學生觀察步驟改變前后實驗現象的變化，甄別其相似程度，對出現的誤差進行分析，從而正確理解實驗步驟，體驗各實驗條件下實驗的準備、操作、結論推導的整個環節。

4 檢測試劑的改變

教師可通過改變檢測試劑，對比實驗現象中的顏色變化，引導學生對實驗背后的內因進行分析，激發學生的探究欲望。如在“溫度對酶活性”的實驗中，教材實驗選擇斐林試劑作為檢測劑，可有些小組提出班氏試劑、碘液也可以作為檢測試劑。教師要及時引導學生展開分析，思考不同檢測劑的檢測對象和使用條件的差異性，預測實驗成功的可能性。然后，引導學生在不同檢測試劑下做平行對比實驗。最后，學生發現：斐林試劑或班氏試劑側重于對淀粉水解后產物的鑒定。碘液則反映淀粉酶對淀粉的催化程度，通過淀粉溶液的褪色過程，直觀地顯示出不同溫度條件下，反應溶液顏色動態變化的過程，側重于對底物剩余量的鑒定。在教材所選溫度0 ℃、60 ℃和100 ℃的條件下，如果選用斐林試劑作指示劑，需要在試劑加入后進行水浴加熱。這樣就改變了原來3支試管的預設溫度，實驗所觀察的結果就很難代表原預設溫度條件下真實的實驗結果。可見，只有細心觀察，注重顏色變化的內因分析，才能得出正確的實驗結論。

實驗教學是培養學生“科學探究”素養的重要途徑，基于各視角來培養學生的科學探究素養，可以引導學生從不同側面理解教材實驗，學會嚴謹的科學探究方法，促使學生科學探究素養的不斷提升。