探究性學習驅動下的高中生物學教學設計與實踐

【中圖分類號】G633.91【文獻標識碼】A

【文章編號】1002-3275（2025）02-72-04

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》強調生物學應培養學生的科學探究素養和實踐能力，倡導通過科學探究活動來激發學生思維、培養能力。在這一背景下，探究性學習逐漸成為高中生物學教學的關鍵手段。探究性學習為學生提供主動構建知識和科學驗證理論的機會，有助于深化學生對生物學概念的理解，增強他們的邏輯分析能力。本文從探究性學習的設計原則與具體應用角度展開，以“DNA分子的結構”為例，探索探究性學習驅動下的高中生物學教學設計與實踐。

一、探究性學習概述

探究性學習是一種以學生為中心，重視學生主動參與和自主探究的教學模式，其核心在于通過科學問題的引導，使學生在知識建構中發揮積極作用，強調學生在真實或模擬的科學情境中，通過觀察、實驗、討論、反思等活動來獲取和理解知識。[]這一學習方式與以教師講授為主的模式不同，更注重培養學生的科學素養、批判性思維、解決實際問題的能力，使學生在掌握生物學知識的同時發展科學探究能力。探究性學習的核心要點包括問題導向、科學探究和反思性思維。首先，問題導向是探究性學習的起點，通過設計具有科學意義的問題，引導學生深入探究，從而激發學生的學習興趣。其次，科學探究是探究性學習的核心過程，涵蓋提出假設、設計實驗、收集和分析數據、檢驗假設等科學方法。學生通過實驗操作和數據分析，體驗科學知識的生成和發展過程，培養科學的思維模式。最后，反思性思維貫穿整個探究過程，學生通過自我評價和反思，深化對知識的理解，并不斷優化學習策略。

在生物學學習中，探究性學習具有重要意義。生物學是一門實驗性和實踐性較強的自然科學。探究性學習能夠促進學生深入理解生物學概念和生命現象背后的原理，鞏固學生對生物學知識的掌握，為其未來的科學學習與發展奠定堅實的基礎。

二、探究性學習設計原則

（一）問題驅動原則

問題驅動原則強調以科學問題為核心，引導學生進行深度學習。該原則要求教學設計聚焦具有科學價值和挑戰性的問題，以激發學生的求知欲和探究動機，推動探究學習進程。[2]問題的設計應具有啟發性，促使學生聯系已有知識，主動探索新的科學概念。在明確的探究問題的引領下，學生能清晰地理解學習目標并找準學習方向。問題驅動原則為探究性學習提供了必要的框架，使學生在有意義的問題情境中進行系統的科學探究，形成主動學習的習慣和批判性思維。

（二）合作交流原則

合作交流原則強調學生在探究性學習中通過小組合作實現知識共享和多向互動。學生通過角色分工、討論交流、集體反思開展團隊合作，能夠深化對科學問題的理解，形成多元的思考視角。[3]合作學習促使學生在交流中碰撞思維、拓展認知，并通過互相啟發推動探究進程。基于合作交流原則開展探究性學習，不僅能培養學生的溝通和協作能力，而且能讓學生在共同探究中增強解決問題的綜合能力，為生物學探究提供豐富的社會化學習體驗。

（三）科學驗證原則

科學驗證原則強調探究過程的嚴謹性，要求學生運用科學方法進行假設檢驗和實驗設計。學生需要通過收集和分析數據來驗證科學結論，確保探究活動的規范性和可靠性。該原則強調探究性學習應重視培養學生的邏輯思維和實驗技能，使其在科學探究中掌握精確的數據處理與分析方法。通過科學驗證，學生能理解科學理論的實證基礎，提升思維能力，并養成嚴謹的研究態度。[4]堅持這一原則有助于保障探究性學習的科學性，深化學生對生物學知識和研究方法的理解。

三、探究性學習驅動下的“DNA分子的結構”教學實踐策略

探究性學習方式為高中生物學教學提供了科學指導，尤其在培養學生科學探究素養方面具有重要意義。本文基于探究性學習驅動設計原則，以高中人教版“DNA分子的結構”一課為教學案例進行實踐設計。課程內容涉及遺傳物質的化學本質，具有較強的理論性和實驗性，適合以探究性學習的方式實施。通過將問題驅動、合作交流、科學驗證原則貫穿于課前導入、課中探究、課后分析的環節中，實現探究性學習的有效落地，并促進學生深度理解和綜合應用生物

學知識。

（一）課前：問題導向，激發興趣

在課前準備階段，教師應遵循探究性學習的問題驅動原則設計情境，使問題具備科學性和啟發性，以激發學生的探究興趣和主動思考意識。教師通過精心設置富有挑戰性的問題，引導學生聯系已有知識展開深入思考，并借助動畫、圖片等多媒體資源直觀呈現生物現象，強化學生對科學問題的敏感性和探究意識。這類生動的視覺資源有助于學生形成初步的問題意識，激發學生進一步探索生命科學奧秘的興趣。教師還應鼓勵學生圍繞問題進行討論，提出自己的疑問，為后續的探究活動提供理論基礎和思維方向。為確保學生深刻理解和持續探究問題，教師可構建層層遞進的問題鏈，引導學生逐步從宏觀概念聚焦至具體的生物學知識點。通過這樣的設計，學生能明確學習任務，掌握科學探究的核心步驟，并保持高水平的參與狀態和學習動力，從而為后續課堂的探究活動做好充分準備，奠定堅實的基礎。

例如在“DNA分子的結構”一課中，為實現問題驅動，教師應精心設計教學情境，以激發學生的興趣并引導其明確學習目標。本課的教學目標為：理解DNA分子的雙螺旋結構，掌握堿基互補配對原則，并探究DNA結構與功能之間的關系。根據問題的功能和引導方式，可將其分為以下四種類型：① 背景性問題。背景性問題旨在為學生提供學習內容的整體框架，引導其將新知識與已有認知相連接，形成初步理解。如教師可以提問：“DNA作為遺傳信息的載體，與生物體的遺傳特征有何關聯？”或“遺傳信息是如何通過DNA的結構被傳遞和保存的？”這類問題可以幫助學生理解DNA的生物學意義，激發學生對遺傳機制的興趣，并為探究DNA分子結構奠定背景知識。 ② 基礎性問題。基礎性問題聚焦DNA的基本組成成分及其結構特性，引導學生從簡單概念入手，逐步理解DNA分子更復雜的特征。如教師可提問：“DNA分子的基本組成單位是什么？”或“磷酸、脫氧核糖和含氮堿基在DNA結構中分別起什么作用？”此類問題可以幫助學生鞏固基礎知識，并構建對DNA分子結構的初步認識，為進一步的探究提供理論支持。 ③ 探究性問題。探究性問題旨在推動學生思考DNA結構與功能之間的關系，并鼓勵學生提出假設和進行科學推理。如教師可提問：“DNA分子的雙螺旋結構為何能穩定地儲存和傳遞遺傳信息？”或“堿基互補配對原則如何影響DNA的分子穩定性？”這類問題能讓學生深人探討DNA結構如何支持其功能，并理解堿基配對在遺傳信息保真中的關鍵作用。 ④ 擴展性問題。擴展性問題旨在激發學生的批判性思維和創造性思維，引導其聯想DNA結構在更廣泛的生物學背景中的意義，并為實驗探究環節做準備。如教師可提問：“如果堿基配對規則被破壞，DNA的結構和功能會發生什么變化？”或“為什么DNA分子采取雙螺旋結構而不是其他形狀？”這類問題讓學生思考突變、遺傳穩定性和功能變化的生物學影響，并鼓勵學生作出假設，為接下來的實驗驗證提供理論依據。

（二）課中：合作探究，驗證方案

在課堂中，教師遵循合作交流和科學驗證原則設計教學活動，科學分組并明確任務，確保每個學生積極參與實驗過程并承擔具體職責。教師提前準備所需材料，詳細指導學生制訂實驗方案，強調操作流程的規范性及數據記錄的準確性，培養學生的實驗素養與科學態度。為幫助學生順利完成實驗，教師應在各小組間巡視，觀察實驗進展，及時提供技術支持和方法指導，引導學生解決操作中遇到的困難。同時，教師積極鼓勵學生在實驗過程中開展組內討論、反思實驗現象，以此促進批判性思維的發展。實驗結束后，教師組織全班學生進行數據成果展示，各小組詳細闡述實驗設計、數據分析、實驗現象，分享各自的探究過程和結果。教師引導學生進行橫向比較，分析不同實驗方案的優劣，討論實驗誤差來源和改進方法，并梳理和總結各組數據的共性與差異。通過全班交流與反思，學生進一步理解實驗背后的科學原理，學會從不同角度審視實驗數據，并形成解決問題的新思路，為后續更復雜的科學探究活動積累經驗和技能。

例如圍繞“DNA分子的結構”一課，教師設計并組織嚴謹的實驗活動，引導學生通過合作探究逐步理解DNA雙螺旋結構的特征及堿基配對原則。為保證實驗順利進行，教師應提前準備所需的實驗用具，包括DNA模型套件、標有堿基符號（A、T、C、G）的卡片、示意圖、輔助材料（如色標標簽和數據記錄表格）。實驗開始前，教師將全班分為若干小組，并分配任務，使每個學生都能積極參與。教師先指導學生簡要回顧DNA的基本結構單元。每組學生通過觀察DNA結構圖，確認兩條DNA鏈由脫氧核糖-磷酸骨架組成，并采用反向平行的排列方式（5到3'方向與3'到5方向相對）。在正式實驗環節，小組成員利用模型套件搭建DNA的雙螺旋結構，注意將磷酸和脫氧核糖交替連接，形成骨架。接下來，學生模擬堿基互補配對過程：將A與T配對，形成兩條氫鍵；將C與G配對，形成三條氫鍵。各小組觀察并記錄配對后DNA雙螺旋結構的穩定性，特別關注氫鍵對結構完整性的影響。此過程使學生直觀理解氫鍵數目不同對DNA分子穩定性的重要作用。實驗過程中，教師在教室內巡視，檢查學生的操作，確保所有步驟規范。學生還需探討DNA鏈的方向性，了解兩條鏈的反向排列如何影響雙螺旋的螺旋性和對稱性。小組成員應使用色標標簽區分不同堿基對，并記錄模型構建過程中每一步的變化與觀察結果。如有學生注意到，只有互補堿基配對（A-T和C-G）才能穩定保持雙螺旋結構，而非互補配對會導致模型失穩甚至崩塌。每組在實驗過程中嚴格記錄數據和實驗現象，填寫數據記錄表，詳細描述每種配對組合下的模型穩定性和結構特征。學生還需繪制簡圖展示雙螺旋結構，并標注出磷酸骨架、脫氧核糖和堿基對的位置，清晰呈現DNA的空間構型。此外，小組需總結實驗發現，如A與T的雙氫鍵較C與G的三氫鍵穩定性的差異，以及整體結構對遺傳信息存儲的生物學意義。實驗結束后，各小組將實驗過程與結果整理成報告，內容包括搭建步驟、模型變化、觀察到的結構穩定性差異等。教師可要求小組展示DNA結構圖和實驗記錄，以促進全班學生對堿基配對原則的理解。通過這一實驗活動，學生不僅掌握了DNA分子的物理和化學結構，而且培養了數據分析和科學記錄能力，為后續的遺傳學學習打下堅實基礎。

（三）課后：數據分析，反思提升

課后，教師應引導學生系統整理和分析實驗數據，幫助學生進一步深化對探究結果的理解和反思。學生需使用柱狀圖、折線圖等可視化工具直觀呈現實驗結果，確保圖表設計規范、數據準確清晰。通過小組展示各自的實驗數據和分析成果，并在全班范圍內進行討論和比較，學生可以識別實驗設計的優缺點，分析數據之間的共性和差異，歸納出關鍵發現。教師在此過程中應促進學生深度思考，并引導學生總結經驗和教訓，識別實驗中的不足和改進點。此外，教師還應指導學生撰寫結構合理的反思報告，內容包括實驗數據的總結、分析中的亮點、遇到的挑戰及其應對策略。為進一步提升學生的科學思維能力，可設置小組間的互評環節，鼓勵學生分享反思成果并討論改進實驗設計的方法。這一過程有助于優化探究方法，深化學生的理解，并為后續科學學習奠定更堅實的基礎。

1.數據整理與圖表繪制

教師引導學生將各小組的實驗數據進行分類整理，并選擇適當的圖表工具進行可視化。可使用柱狀圖展示每種堿基配對的穩定性差異，或者用折線圖表現不同配對組合對DNA模型整體穩定性的影響，示例實驗數據表見表1。

2.數據分析與全班討論

教師安排各小組依次展示實驗數據和圖表，詳細解釋各自的實驗現象和數據趨勢；引導學生進行橫向比較，討論各組實驗設計的優劣，以及數據一致性和差異性。學生分析例如“C-G配對因形成三條氫鍵顯著更穩定，而A-T配對因兩條氫鍵稍遜，但仍保持穩定”的現象。通過探討模型構建中的誤差，如堿基配對錯誤或模型搭建中的操作失誤，學生可深入反思實驗數據的準確性。教師進一步幫助學生總結數據分析中的關鍵發現，強調數據分析的規范性和嚴謹性，并說明如何進一步優化實驗設計，減少誤差，提高數據的科學性。

3.實驗報告撰寫

教師提供結構化的實驗報告模板，指導學生有序撰寫報告。報告一般包括五個主要部分。其一，引言，主要闡述實驗背景與目的，說明探究DNA雙螺旋結構及堿基配對原則的意義。其二，實驗方法，需要詳細記錄實驗的具體步驟、使用材料、遵循的科學方法。其三，實驗數據，主要包含整理后的數據表和可視化圖表，完整呈現各堿基配對組合的穩定性和實驗現象。其四，數據分析，需要解釋實驗數據背后的科學原理，分析各配對組合的穩定性原因，并指出實驗過程中可能的誤差來源。其五，討論與反思，主要總結實驗成效和不足，并提出改進方法，反思實驗設計的優化路徑。學生應詳細描述所遇到的挑戰及應對策略，例如如何提高數據記錄的準確性或改進模型搭建技術。

四、結語

探究性學習模式在高中生物學教學中的應用需緊密結合問題導向、合作探究、科學驗證原則。本文通過探討“DNA分子的結構”教學案例，總結教學設計和實踐策略，展示探究性學習對學生科學思維和研究能力的促進作用，可為優化高中生物學探究教學提供理論與實踐支持，并為未來課程設計探索更系統化、科學化的教學路徑提供參考。

【參考文獻】

[1］周麗君．探究性學習在高中生物教學中的應用[J]．新智慧，2020（31）：11-12.

[2]馮利琴.淺談探究性學習在高中生物教學中的有效應用[J].智力，2023（28）：131-134.

[3］蔡建勇．探究性學習在高中生物教學中的應用[J]．教育界，2020（50）：47-48.

[4］何貴．基于大概念的高中生物教學研究：以《分子與細胞》為例[J].啟迪與智慧（上），2024（4）：106-108.