高中生物教學中培養學生科學探究能力的嘗試

劉文奇

科學探究作為高中生物學學科核心素養的四大內容之一，是學生習得科學知識的行動方式和探索未知問題的一種實踐方法。但是，筆者發現學生基于問題的探究意識并不是很高。產生這個現象的原因可能是部分教師的教學主張比較單一，缺乏靈活多變的教學技能，不能對學生進行有效的引導;也可能是部分教師還沒有走出應試教育的思想禁錮，認為通過講授知識也可以使學生掌握科學探究的方法、步驟;還可能是部分教師沒能找到培養學生科學探究能力的具體策略。顯然，要想提高學生的科學探究能力，需要教師改變自身的認識，提升自己的教學策略，引導學生會思考、會探究。筆者在生物課堂教學中曾對培養學生的科學探究能力做過如下嘗試，收到不錯的教學效果。

1創設具體而真實的情境問題，培養學生問題意識和質疑能力

科學探究是學生獲取科學知識的一種學習方式，也是分析現象和解決科學問題一種能力，還是探索未知知識的一種實踐活動。科學知識的產生和發展源自日常社會生活、社會自然現象，這就要求教師從生活實際入手，從生活情境著眼，讓生活情境走進科學，積極創設探究情境，化問題情境為探究源，激發學生探究的興趣，培養學生問題意識和質疑能力。

例如，在教學“細胞膜——系統的邊界”一課時，教師引導學生思考：科學家在電子顯微鏡誕生之前，就已經能夠確定細胞膜的存在了。能否根據自己的學習認知，說出細胞膜存在的事實？什么方法可以證明細胞膜的存在？活細胞的細胞膜具有選擇透過性的功能特點，即細胞膜允許自身需要的物質或者自身代謝的廢物可以通過，不是細胞需要的物質不能通過。你能否設計一個實驗來證明這一結論？實驗的目的、原理和實驗材料及用具分別是什么？設計的實驗方案和實驗步驟是什么？

教師設置情境問題，促進學生深入思考探究問題，激發學生的探究熱情。在思考情境問題時，學生的問題意識得到培養，質疑能力得到增強，解決實際問題的能力得到強化。所以，教師在開展生物學教學時，要充分利用各種真實問題，積極創設探究情境，引導學生積極主動參與科學探究，從而培養學生的問題意識和對生活問題的質疑能力。

2創新教材實驗，培養學生科學探究的方法與設計能力

教材中的實驗是編者精心設置和安排的教學載體，教材中的探究實驗是引導學生進行科學探究的最好范例。學生進行科學探究實驗時，教師可引導學生觀察實驗現象、提出問題，從多層次、多角度思考分析問題，提出可能的猜想假設，應用已有知識進行實驗設計或尋找證據加以論證，結合實驗事實和證據對問題作出合理解釋，并對探究過程和結果進行交流評價。這一嚴謹的實驗過程可以培養學生科學探究的具體方法，提升學生設計實驗的能力。

例如，教材中的“植物細胞的質壁分離及復原實驗”，首先從2個完全相同的蘿卜條入手：打孔器在蘿卜的相近部位選取兩個圓柱體a、b，然后把a蘿卜柱放在清水溶液中，把b蘿卜柱放在質量濃度為0.3g/mL的食鹽溶液中。兩蘿卜柱放入溶液的時間均是2h。學生猜想：處理后的兩個蘿卜條還能否與原來的孔相匹配？教師創設情境問題，讓學生直觀感知細胞的吸水和失水，激起學生的學習興趣，引發學生的探究欲望。基于生活情境，教師引導學生提出問題：成熟的植物細胞能夠滿足一個滲透系統嗎？學生做出假設：成熟的植物細胞是一個滲透系統。設計并實施實驗：將成熟的植物細胞放在濃度較高的蔗糖溶液中，在顯微鏡下觀察其大小，再將發生質壁分離后的細胞放在清水中觀察其大小變化。教師引導學生分析實驗結果、得出結論。教師提出問題，引導學生對教材實驗進行拓展：如何測定植物細胞溶液的濃度？請按照科學探究的一般流程進行實驗。

通過對教材實驗的探究，學生不僅可以掌握實驗內容，更重要的是能習得科學探究的一般方法。教師利用教材實驗，一步步引導學生觀察現象、發現問題、分析問題和提出假設，然后通過設計實驗、收集選擇有用信息，對實驗結果進行交流、評估。所以，教材中的實驗可訓練學生的科學探究方法，也可不斷增強學生的科學探究能力。

3充分利用生物科學史，培養學生的科學探究的嚴謹性

高中生物科學史材料是培養學生科學探究的很好素材，展現了許多科學家孜孜以求、不懈努力的結果。雖然，科學史的發展過程不能在實驗室推演，但這一內容可激發學生的科學探究興趣，有助于學生系統理解生物學核心概念，形成嚴謹的邏輯思維和形象思維等科學思維品質，形成自己的科學探究思路，掌握科學探究的基本方法，崇尚科學家的科研精神，感悟科學家的品格。所以科學史可以培養學生的科學探究的嚴謹性。

例如，在“生長素的發現”一節“探究生長素的發現過程”中，達爾文從生活發現入手，根據金絲雀虉草的胚芽鞘受到單側光照射時會向光彎曲生長的現象，提出假設，開展科學探究：

1胚芽鞘是否具有向光性？胚芽鞘彎曲生長的是哪一部分？感受光刺激的是哪部分？

2胚芽鞘的向光生長是否與尖端有關？

3胚芽鞘感受光刺激的是尖端，還是尖端以下部位？

4胚芽鞘彎曲的部位在哪里？

5單側光的照射下，胚芽鞘背光側與向光側哪個生長快？

將科學史融入到高中生物課堂教學是落實科學探究的有效途徑。教師要充分利用教材中的科學史，引領學生深入思考問題，并嚴格按照實驗要求，明確實驗的實施步驟，引導學生重新體驗科學知識發現的探索過程，親身經歷發現問題、分析問題、作出假設、設計實驗、進行試驗及數據的評價分析，沿著科學家的思想層層遞進，步步深入進行推理分析，完成科學探究，從而培養學生科學探究的嚴謹性，提升學生的科學探究素養水平。

4通過深度學習，培養學生科學探究的意識深度學習概念的最早提出是計算機科學和人工智能領域，本質是一種基于模擬人腦思維深層次認知過程，如今該研究和應用逐步延伸到教育領域。教師將深度學習運用于高中生物教學中，可以發展學生的高階思維，幫助學生從知識本位走向探索知識本質轉變，提高學生的科學探究素養。

例如，在學習“細胞增殖”一節時，教師提出問題：

染色體為什么會運動？是什么引起染色體的運動？并展示有絲分裂圖片，講述有絲分裂過程，引導學生分析染色體的位置變化。在學生說出染色體的行為變化特點后，教師追問：是什么引起染色體運動？引導學生按照科學探究的一般過程進行分析討論。

1提出假設：紡錘絲的牽引導致染色體運動的。

2實驗方法：破壞分裂過程中的紡錘絲。

3查閱資料：查找文獻資料，哪些條件或者試劑使紡錘絲解體或阻止紡錘絲的形成（低溫、秋水仙素或Ca2+均能抑制紡錘絲的形成）。

4出現障礙：若按照教材中的實驗步驟進行解離、漂洗、染色、制片后，植物細胞已經死亡，無法完成后續實驗。能否找到不經解離、漂洗、染色、制片等實驗步驟直接觀察細胞中的染色體運動狀態？

5查閱文獻：可以利用相差顯微鏡解決這個問題。

6設計實驗：將洋蔥根尖縱切成一個薄片，利用相差顯微鏡觀察一個分裂周期所需的時間，然后在蓋玻片的一側滴加一定濃度的秋水仙素，用吸水紙在另一側吸引。將制作好的臨時裝片置于秋水仙素溶液一段時間，待紡錘絲解體后，用一個分裂周期的時間觀察染色體的運動情況。

7預測實驗結果：若染色體的運動是由于紡錘絲的牽引形成的，那么紡錘絲解體后，染色體將不再運動，不能完成細胞分裂。若染色體的運動不是由于紡錘絲的牽引形成的，那么紡錘絲解體后，染色體能夠發生正常的運動，并且能完成一個細胞周期的分列過程。

8實施實驗，并得出結論。

教師引導學生開展深度學習，學生科學知識的建構、探究能力的發展及科學精神的培育都會得到提升。在實際教學過程中，教師要基于生物學現象及其科學規律，對生物學學科思想進行深度挖掘，使學生由知識本位到知識本質的轉變，使學生對問題充滿好奇和思考，從而對問題和現象進行深度探究，逐漸增強科學探究的意識。

在生物學教學中踐行新課標理念，滲透學科核心素養內容是樹立社會主義核心價值觀、落實立德樹人根本任務的具體要求。教師在教學中要注重教學策略，引導學生對情境問題常思考“為什么”，努力促使他們去探尋知識的本源，有效發展學生的生物學學科核心素養。

參考文獻：

樊熒熒.指向深度學習的高中生物復習課策略探討——以“細胞器——系統內的分工合作”為例[J].中學生物學，2020，（11）：10-12.

1949501705272