落實探究性實驗教學 提升生物學核心素養

牛軍銳

[摘 要]探究性實驗教學以學生為主體，使學生成為知識的探索者，通過科學探究開發學生的智力，培養學生的實驗、觀察、思維等能力。開展探究性實驗教學既是培養學生核心素養所需，也是高考所需。在高中生物教學中，分層落實探究性實驗教學，可有效提升學生的生物學核心素養。

[關鍵詞]探究性實驗教學；生物學核心素養；高中生物

[中圖分類號] G633.91 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）17-0085-02

生物是一門以實驗為基礎的自然科學，生物實驗是重要的課堂教學形式，貫穿于高中生物課程的整個過程。那么，如何落實生物課程改革的靈魂和主線——培養學生學科核心素養呢？ 開展探究性實驗教學無疑是一條有效途徑。作為一線生物教師，如何有效開展探究性實驗教學呢？下面筆者結合課題組近幾年來對實驗教學的探索，對開展探究性生物實驗教學的意義、策略進行論述。

一、開展生物探究性實驗教學的意義

首先，開展生物探究性實驗教學是培養學生生物學核心素養所需。探究性實驗教學是指以實驗為載體，在教師的指導下，學生運用已有的知識與技能，發現問題、提出問題、作出假設、制訂計劃、進行實驗、得出結論的教學過程。生物探究性實驗教學可引導學生積極、主動地進行生物學習，做學習的主人，激發學生的求知欲，有效培養學生的思維能力、收集和處理信息的能力、分析和解決問題的能力、合作學習與表達交流的能力以及科學探究能力。

其次，開展生物探究性實驗教學也是高考所需。在歷年的江蘇高考生物試題中，探究性實驗試題占很大的比重，尤其是非選擇題中的實驗試題，思維量大，信息和情境新穎，設問角度多樣，綜合性強，能力要求高，更能體現對學生科學態度、科學精神和創新意識的考查。如2017年江蘇高考生物試題的選擇題第10、12、13、17、20、25題，非選擇題第29、30、31題；2018年江蘇高二學業水平測試第40題。實驗考題側重考查實驗的用具及裝置、實驗的取材、實驗的操作、實驗的設計、實驗的原理和方法、實驗的結果處理，尤其重視對實驗操作和實驗結果的分析說明。只有在高中生物教學中切實開展好探究性實驗教學，培養好學生的實驗探究能力，才能使學生從容地應對高考實驗題。

二、分層落實高中生物探究性實驗教學

根據高中生物探究性實驗教學的過程特點、能力要求及水平等級，可將高中生物探究性實驗分為三類：“程序—驗證”性實驗、“觀察—探究”性實驗和“指導—探究”性實驗。筆者在教學中開展了不同類型的探究性實驗教學實踐研究。

1.在驗證性實驗中設置探究環節，讓學生于動手動腦中初步培養探究意識。在高中生物實驗中，“生物組織中還原糖、脂肪、蛋白質的鑒定”“建立血糖調節的模型（模型建構）”“觀察DNA和RNA在細胞中的分布”等實驗屬于“程序—驗證”性實驗，該實驗模式對學生要求較低，是讓學生按照固有的實驗程序，重復已有結論的實驗過程，對于學生理解科學研究的過程，體會科學研究方法的巧妙具有重要作用，但不利于培養學生的探究精神和創新思維。因此對于這類生物實驗，需要我們進行一定程度的創新，增加實驗的探究性，鼓勵學生根據已知的實驗流程，通過改變某一因素（如改變實驗材料或器材或實驗所用試劑等）進行實際操作去獲得未知的實驗結果，同時根據實驗現象分析數據，得出結論，進行推理，作出合理的解釋，對不符合假設的還要提出新的假設和預測等。

例如，在進行必修1“生物組織中還原糖、脂肪、蛋白質的鑒定”實驗時，學生通過資料查閱，認識到蛋白質的鑒定方法除了利用雙縮脲試劑鑒定外，還可以用凱氏定氮法或利福林—酚試劑來鑒定。學生通過嘗試多種實驗材料進行實驗，認識到生物組織中都含有蛋白質、脂肪，但是含量有較大差異。在還原糖鑒定實驗中，對甘蔗、馬鈴薯和西瓜汁這些實驗材料進行鑒定后，學生認識到甘蔗、馬鈴薯中不含還原糖；對西瓜汁實驗現象的研討與分析，使學生認識到顏色反應選材的重要性。學生自己動手操作、實驗探究，自主去驗證猜想，每當他們的猜想被確認，就興高采烈，情緒高漲，而當自己的結果與其他同學不同時，也會主動地尋找原因。這樣，既有利于學生積極參與課堂活動，發揮主體性和積極性，又能增強學生的動手能力，有助于學生更好地掌握生物相關知識或規律。

2. 設計分組探究實驗，讓學生在互助合作探究中培養理性思維。高中生物新教材提供了大量的比較完整的學生科學探究活動，沒有特定的實驗方案和實驗結論，在給出問題情境后，讓學生自行提出問題，做出假設，并設計實驗解決問題。此類實驗，我們宜采用對學生能力要求較高的“指導—探究”性實驗模式，鼓勵和引導學生從多方面去尋找實驗方法，通過實驗的驗證，篩選出最佳的實驗方案。要求學生對實驗材料和用具的選擇、實驗變量的控制、對照實驗的設置、實驗步驟的安排、表格的設計等過程進行整體考慮。以實驗活動為基礎，以改進、完善、設計實驗為切入點，發展學生的創新能力，培養學生的學科素養。最后，通過全班的實驗交流與評價，獲得合理、全面的實驗結論。

例如，在進行“綠葉中色素的提取和分離”實驗時，筆者設計了組間異質實驗，鼓勵學生做以下探索：第一大組，對不同實驗材料進行探索性實驗，每一小組分別使用大白菜、小白菜、玉樹、萬年青、萵苣、紫色鴨跖草等，根據不同植物的色素在層析后濾紙條上的色素帶的寬窄和顏色的深淺，來比較不同植物中各種色素含量的多少；第二大組，分小組分別研究研磨時添加或不添加SiO2、CaCO3的實驗差異；第三大組，探究以無水乙醇、水分別作為提取色素試劑時的實驗現象及進行相關原因分析；第四大組，根據教材上的提示，分小組探究不同配方層析液的層析效果。實驗結束時，各小組交流展示自己的實驗發現與結果，組間進行評價、交流。其中第三大組學生結合“色素只能溶解于有機溶劑”這一前概念，提出疑問：實際實驗中發現清水組濾液也呈綠色，是什么原因呢？全班學生討論，通過靜置、畫濾液細線、查找資料發現清水組過濾后得到的是葉綠體的碎片的懸濁液，而不是光合色素提取液，靜置后清水組上清液幾乎無色，和色素溶于有機溶劑的結論并不矛盾，有效培養了學生的探究能力和理性思維。

3. 結合研究性活動，引導學生嘗試解決實際問題，樹立社會責任感。沒有探究，就沒有創新；沒有訓練，就不能形成能力。教育的最終目的是服務于社會。在高中生物實驗教學中，除了讓學生掌握實驗的原理和方法外，還要讓學生用已掌握的實驗知識與技能解決生產生活中的實際問題，這是學生學科素養的高層次體現。因此，在探究性實驗結束后，可組織學生進行課外拓展研究，根據生產、生活實際提出或設計相關探究性實驗去解決實際問題。例如，我校結合研究性學習組織學生利用生長素的生理作用，探究促進富貴竹生根的濃度；利用蛋白質鑒定的原理檢測幾種奶粉的優劣；針對汾湖大渠蕩水污染情況，利用酵母菌計數的方法進行藍藻、小球藻種群密度調查，并提出自己的污染問題治理建議。

總之，探究性實驗是從知識掌握情況、動手操作能力、實驗設計分析能力等方面來評價學生的，所以生物教師在日常實驗教學實踐中要注重引導學生進行探究性實驗，千方百計地創造并提供機會讓學生積極參與。通過探究性實驗教學，學生能真正經歷科學探究過程并在實驗過程中體驗、掌握探究的方式方法，從中獲得并鞏固生物學知識，培養嚴謹的科學態度和科學精神，全面提升學生的生物學核心素養。

（責任編輯 黃春香）