培養學生科學探究能力的實踐探索

胡紅偉

[摘? ?要]以《細胞的多樣性和統一性》一課的探究性實驗教學為例，分四個步驟探析培養學生科學探究能力的有效路徑，以使學生通過探究性學習逐步形成正確的價值觀、必備品格和關鍵能力。

[關鍵詞]科學探究能力;探究性實驗;細胞的多樣性和統一性

[中圖分類號]? ? G633.91? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2018）35-0086-02

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”）提出，通過發展學科素養來達到育人的目的，使學生通過學習逐步形成正確的價值觀、必備品格和關鍵能力。生物學學科核心素養包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。“科學探究”是指能夠發現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及對結果的交流與討論的能力。學生應在探究過程中，逐步增強對自然現象的好奇心和求知欲，掌握科學探究的基本思路和方法，提高實踐能力;在探究中樂于并善于團隊合作，勇于創新。那么，在平時的生物課堂教學中，如何培養學生的科學探究能力呢？以《細胞的多樣性和統一性》一課的探究性實驗教學為例，教學中采用一系列科學研究的方法可達到完成科學探究的目的，并有效培養學生的科學探究能力。

一、通過問題指明學生探究的方向

在教學《細胞的多樣性和統一性》一課時，由于學生在前一課的學習中已對生命系統的結構層次有了一定的了解，認識到生命科學從微觀到宏觀的研究歷程，也認識到生物體結構和功能的基本單位，但了解還不到位，需要探究來證實不同生物的細胞是否完全相同。因此，我在課始就將問題拋給學生：（1）不同細胞的形態相同嗎？功能相同嗎？請舉例說明。（2）不同生物細胞的個數和大小一樣嗎？結構相同嗎？通過什么儀器可以觀察？（3）你最想知道的是哪種細胞的形態、大小？你能自己準備相關材料并用于課堂觀察嗎？

設置上述問題的目的在于，通過問題的引導，激發學生探究問題的欲望，提高學生參與探究性實驗的積極性。

二、通過實驗獲取實驗證據

生物學科的教學需要大量的實驗證據來支撐，通過探究性實驗來獲得這些證據是實驗教學最重要的一個方面。為了解決對“不同生物細胞大小、數目、形態、結構是否相同？”這個問題，教師可引導學生小組合作進行實驗探究。實驗探究過程中所需用到的實驗材料，可讓學生自己準備，以激發學生參與探究實驗的熱情。在實驗過程中，學生制作裝片，觀察和測量細胞的形態、大小和結構，在很大程度上發展了學生的動手能力、觀察能力、合作能力和思維能力。在實驗操作的過程中，有些學生的裝片制作不正確或是顯微鏡操作不規范，對此可通過生生交流或是師生交流查找原因，以確保實驗的順利進行。通過實驗觀察，學生了解到，動植物都有細胞結構，有的生物由一個細胞組成，比如酵母菌、大腸桿菌、草履蟲等，有的生物由多個細胞組成，如黑藻、洋蔥鱗片葉表皮細胞、水綿等。而且細胞的形狀各不相同，比如洋蔥鱗片葉表皮細胞呈長方形、肌肉細胞呈長梭形、神經細胞呈星狀、紅細胞呈圓盤狀等，且動植物細胞都可觀察到細胞膜、細胞質、細胞核等結構。而通過測量，放大相同倍數，發現不同細胞的大小也不盡相同。該實驗的目的是為了獲得解釋、證實相關結論的依據，同時，發展學生“科學探究”這一核心素養。

三、利用獲得的證據來解釋結論

學生在獲得證據之后，應利用獲得的證據來證實結論，并在實驗現象和實驗結論之間建立各種各樣的邏輯關系。學生利用在實驗中觀察到的實驗現象來解釋教師提出的問題“細胞呈多樣性和統一性的原因是什么？”，通過實驗現象“不同生物細胞的形態、大小千差萬別，不同生物細胞的個數也不相同”推理結論“細胞具有多樣性”，并且能夠解釋多樣性的原因與其功能有關，是細胞分化的結果，從而發展了學生的生命觀念，通過實驗現象“不同動植物都可觀察到細胞膜、細胞質、細胞核等結構”推理出結論“細胞具有統一性”。這個過程中，學生通過比較、分析與綜合等方法對生物學問題進行解釋，得出了正確的結論，發展了學生的科學思維。

四、通過科學評價確保實驗順利進行

科學評價是科學探究必不可少的一個環節。通過評價可以不斷地修正科學探究的過程。在實驗中，教師和學生都要思考：我們的每一個實驗步驟和實驗結論之間有什么關系？通過實驗我們能否獲得足夠的證據？這些證據能否科學地解釋結論？解釋結論的過程是否嚴密？觀察到的其他實驗現象對解釋結論是否有意義？等等。

這節課的具體程序如下：教師創設情境、提供信息→學生獲取信息提出問題、做出假設→教師指導學生篩選實驗方案→學生自主合作實驗獲取數據→教師輔導操作、釋疑解難→學生討論分析、得出結論→小組展示成果、交流互評→教師激勵評價、總結提升。 實驗教學的目的并不是要求所有學生觀察到統一的實驗現象，而注重的是學生參與實驗探究的過程，讓學生明確實驗目的，懂得實驗探究的方法，能對實驗過程中出現的不同實驗現象進行分析與解釋，找出其原因，真正理解實驗。因此，實驗評價應以激勵性評價為主，重點評價學生能否積極參與實驗過程，能否獨立完成實驗操作，能否對實驗過程中出現的問題給予正確的分析，能否對收集到的實驗數據進行科學分析，能否總結歸納得出正確的實驗結論，等等。因此，這節課中筆者采用了三個課堂評價和一個課后評價來檢測實驗教學目標的達成情況。課堂評價：（1）以學生能否自己制作臨時裝片及顯微鏡操作熟練度來評價其制作裝片的技能以及顯微鏡的操作能力;（2）以學生所觀察到的實驗現象的多少來評價學生的觀察能力;（3）以對實驗結論的總結歸納情況來評價學生對實驗的掌握情況。課后評價：設置實驗檢測題來評價學生對實驗內容的掌握情況。通過科學評價，可讓學生充分認識到自己在實驗中還存在什么問題，使學生知道下一步應該具體做什么。

本節課中，通過實驗的操作與觀察、推理與解釋，讓學生從感性認識上升到理性認識，從而認識細胞的多樣性和統一性，并在科學探究的基礎上發展科學思維，同時更好地理解“結構與功能觀”。

總之，探究性實驗教學是發展學生生物科學素養的重要手段，是掌握生物知識和技能的重要途徑。科學探究是解決問題的有效途徑，在引導學生進行科學探究時教師首先要讓學生確定好所要研究的問題，然后設計實驗探究的方案，依靠一定的技術收集大量的實驗數據并進行處理，最后通過推理解釋相關的結論，并進行交流。生物實驗探究活動的目的在于了解生物學科的本質，學生利用已有的知識進行探究并且在探究過程中形成新的知識概念，有利于學生對知識的有效建構及科學探究能力的培養。

（特約編輯? ? 安? ? 平）