指向科學思維培養的高中生物學實驗創新教學

陳秀春

（福建省泉州市第七中學，福建泉州 362000）

引 言

高中生物學實驗課堂教學的主要目的是讓學生通過實驗探究，發現生物學規律，掌握學科知識，而探究的前提是啟發學生的科學思維。對此，教師首先要結合學生的實際情況創設具有探究價值、能激發學生興趣的問題情境，然后引導學生逐步開展探究實驗，讓學生在動手實踐中形成科學的探究思維，并學會運用科學的方法認識事物，形成解決實際問題的思維，進而全面提升其核心素養。

一、基于生物實驗教學，培養學生的批判性思維

在生物學實驗教學過程中，要想培養學生科學思維，首先，教師應發展學生的批判性思維，鼓勵學生提出疑問。其次，教師可以組織學生以小組合作的方式自主設計探究實驗方案，觀察實驗現象，分析實驗結果，并進行小組間的交流討論。在此過程中，教師需要充分發揮指導和引導作用，評價學生的實驗操作步驟，引導學生通過理解、質疑、觀察等過程，學會發現問題、解決問題，從而使學生養成批判性思維習慣。培養學生批判性思維的主要目的是幫助學生樹立求真思維，讓學生尊重事實和證據，進而使學生形成嚴謹和務實的求知態度[1]。

例如，對“綠葉中色素的提取和分離”實驗，除要讓學生掌握基礎知識，教師還應培養學生批判性思維。在傳統的實驗教學中，教師會依照教材提供的實驗方案進行選材、操作，指導學生機械地完成實驗，沒有突出對學生科學思維能力的培養。對此，教師需要創新實驗，在引導學生運用批判性思維的過程中，鼓勵他們大膽提出疑問，并指引他們設計解決方案、得出最終的結論。教師應將一系列操作落到培養學生批判性思維上。

首先，分析實驗并提出疑問。通過分析該實驗，教師可以引導學生提出問題：“必須使用新鮮的菠菜葉片嗎？”“如何更加簡單地提取葉片中的色素？”“層析液可以用其他試劑替代嗎？”其次，引導學生作出假設，并制訂方案。針對以上問題，教師可以讓學生就地取材，使用校園里的香樟葉、桂花葉等；使用酒精水浴加熱溶解色素；使用92號汽油替代層析液。學生通過小組合作，制訂相應的實驗方案。再次，開展實驗，對假設進行驗證。學生按照次序完成實驗，觀察并以視頻方式記錄整個過程及實驗結果。最后，將驗證實驗與原實驗進行比較，總結改進措施[2]。“綠葉中色素的提取和分離”實驗教學對教師提出了較高的要求，不僅要求教師充分挖掘實驗資源，還要求教師在此過程中創設一些開放的探究式實驗情境，讓學生自主設計實驗方案，從而進一步發展學生的高階思維。教師可以充分借助信息技術采集學生創新或者不正確的實驗方法、過程等，并利用多媒體設備展示給學生，引導學生進行評價，實現學生知識學習與科學思維同步發展的教學目的。

二、創新生物實驗教學，全面提升學生的科學探究能力

（一）創設問題情境，激發科學探究熱情

在高中生物教學中，教師可以創設與學生生活密切相關的情境，并靈活利用具有一定探究價值的問題，激發學生的科學探究熱情[3]。例如，在“觀察根尖分生區組織細胞的有絲分裂”的實驗教學中，首先，教師可以引入生活話題，如讓學生思考“新裝修房室內甲醛污染問題”。其次，教師利用多媒體設備，展示用0.01%的甲醛溶液、蒸餾水，在常溫下培養10 天的大蒜根的生長情況，啟發學生站在細胞角度，分析根尖生長情況，然后讓學生思考：“甲醛對大蒜根尖細胞有絲分裂會產生危害嗎？大蒜可以用作甲醛污染指示植物嗎？”由此，教師為學生創設了問題情境，激發了學生的探究欲望，進而促使學生積極參與生物實驗教學[4]。

（二）采用階梯式問題，有效深化科學思維

當提出問題后，在進行科學探究的過程中，學生需要通過解決一系列問題來進行驗證。對此，教師可以設計階梯式問題，促進學生科學思維循序漸進地發展[5]。

例如，在探究甲醛對大蒜根尖細胞有絲分裂的危害時，教師可以繼續引導學生思考需要將根尖哪個位置的細胞作為研究對象。通過解決此問題，學生可以更好地對比分生區和根尖其他區域的細胞顯微圖，分析和思考不同區域細胞特點。這有利于學生找到問題答案，能為接下來的研究做好鋪墊。此外，通過觀察0.01%的甲醛溶液培養的大蒜根尖分生區細胞的有絲分裂情況，教師可以啟發學生思考如何說明甲醛有危害。在教師階梯式問題的啟發下，學生積極思考、交流探討。這有利于培養其嚴謹、踏實的科學精神。教師還可以采用小組合作探究模式，讓學生通過組內合作、組間交流，匯總小組實驗數據，分析和解說實驗，從而提升其科學思維。

（三）調整并優化實驗，促進科學探究體驗

在進行“觀察根尖分生區組織細胞的有絲分裂”實驗教學時，當學生掌握了一定的分析顯微圖片的技能后，教師可以全面優化實驗，保證在有限的課堂時間和條件下，提升學生的實驗完成度[6]。教師可以利用白瓷點滴板來完成主要的實驗操作環節，具體流程如圖1 所示。在此過程中，教師可以先引導學生利用數碼顯微鏡觀察采集圖片，并對觀察的現象進行記錄，然后讓學生進行小組討論，分辨有絲分裂各時期的細胞，使其發現圖片中的異常情況。

（四）分享探究成果，促進科學思維碰撞

圖1 利用白瓷點滴板進行實驗操作示意圖

首先，展示圖片。圖片展示可以促進小組之間學生科學思維的碰撞，讓學生找到處于有絲分裂分裂期的細胞，并分析出不同時期的具體特征及形成原因。當小組展示后，教師可以讓組與組之間進行交流，讓學生通過比較，深化對處于分裂期的細胞的相關知識點的理解。

其次，展示成果。在成果展示時，教師可以借助數據統計形式，讓各小組在采集的圖片中選擇比較清晰的一張進行計數，并將數據填入黑板上的表格中。

最后，分析結論。分析結論主要是幫助學生與真實的科研進行思維碰撞，通過比較各組圖片與數據，最終得出結論。在此基礎上，教師要對學生得出結論的過程進行評價，幫助學生形成嚴謹性科學思維。

通過這樣的創新實驗教學，學生體驗了真實的科學探究過程，較好地解決了“觀察根尖分生區組織細胞的有絲分裂”的相關問題，證實了大蒜可以作為室內甲醛污染的指示植物，有效地提升了科學思維能力。

結 語

總而言之，隨著社會的發展、科技的進步，在實際教學中，教師應對學生創新精神、實踐能力的培養予以重視。教師應通過創新生物學實驗，精心設計教學任務，利用情境教學、實踐活動、聯系生活實際等手段，全面提高學生的自主探索能力，提升高中生物學教學效率，進而培養學生的科學素養。