探究式學習在高中生物實驗教學中的應用創新

在高中教育體系里，生物學科作為一門以實驗為基礎的自然科學，對培養學生科學素養和綜合能力至關重要。傳統生物實驗教學模式存在諸多弊端，學生常處于被動學習狀態，學習興趣不高，能力培養受限。而探究式學習的興起，為高中生物實驗教學帶來了新的契機。它以獨特的教學理念和方式，引導學生主動參與實驗探究，滿足學生對知識的探索欲望，符合當下教育改革對學生能力培養的要求。因此，深入探究探究式學習在高中生物實驗教學中的應用優勢與創新策略，具有重要的理論與實踐意義。

一、探究式學習在高中生物實驗教學中的應用優勢

（一）激發學生學習興趣

傳統生物實驗教學往往是教師演示實驗步驟，學生按部就班操作，這種模式容易使學生處于被動接受知識的狀態，學習興趣不高。探究式學習則截然不同，它以問題為導向，引導學生主動參與實驗探究。例如，在“探究影響酶活性的因素”實驗中，教師提出問題：溫度、pH值等因素如何影響酶的活性？學生帶著這些問題，自主設計實驗方案、選擇實驗材料、進行實驗操作并分析結果[]。在整個過程中，學生如同一個個小科學家，對未知的探索充滿好奇和期待。這種主動探索的過程能極大地激發學生的學習興趣，使他們從“要我學”轉變為“我要學”，積極主動地投入生物實驗學習中，提升學習的積極性和主動性。

（二）培養學生探究能力

高中生物實驗教學的核心目標之一是培養學生的探究能力，探究式學習為實現這一目標提供了良好的平臺。在探究式學習過程中，學生需要自主提出問題、做出假設、設計實驗、收集數據、分析結果并得出結論。以“探究植物細胞的吸水和失水”實驗為例，學生通過觀察生活中植物細胞在不同環境下的變化，提出植物細胞吸水和失水與外界溶液濃度有關的假設，然后設計不同濃度蔗糖溶液處理植物細胞的實驗，觀察細胞形態變化并記錄數據，最后根據實驗結果分析得出結論。在這個過程中，學生的觀察能力、思維能力、創新能力以及實踐操作能力都得到了鍛煉和提升，逐漸掌握科學探究的方法和步驟，形成獨立思考和解決問題的能力。

（三）增強學生對知識的理解

生物知識較為抽象，單純依靠理論講解，學生往往難以理解。探究式學習將抽象的知識融入具體的實驗探究中，讓學生在實踐中親身體驗知識的形成過程，從而加深對知識的理解。比如在“光合作用的探究歷程”實驗教學中，學生通過模擬科學家的實驗過程，如普利斯特利的小鼠實驗、薩克斯的半葉遮光實驗等，親身體驗科學家如何通過實驗逐步揭示光合作用的本質。在這個過程中，學生不僅了解了光合作用的發現過程，更深刻理解了光合作用的原理、條件和產物等知識。

（四）提升學生合作交流能力

高中生物實驗中的探究式學習多以小組合作的形式開展，這為學生提供了良好的合作交流機會。在小組探究過程中，學生需要分工協作，共同完成實驗任務。例如，在“探究培養液中酵母菌種群數量的變化”實驗中，有的學生負責配制培養液，有的學生負責接種酵母菌，有的學生負責定期計數，有的學生負責數據分析。在這個過程中，學生需要相互溝通、協調，共同解決實驗中遇到的問題[2]。通過小組合作，學生學會傾聽他人意見、表達自己觀點、發揮自己優勢為小組做貢獻，從而提升合作交流能力，培養團隊合作精神，這對學生今后的學習和生活都具有重要意義。

二、探究式學習在高中生物實驗教學中應用的創新策略

（一）明確探究主題，激發學生內在興趣

探究主題是開啟探究式學習大門的鑰匙，其重要性不言而喻。一個契合學生興趣點與認知水平，且緊密關聯教材和生活實際的探究主題，能像磁石一般吸引學生主動投身于實驗探究的奇妙旅程。在生物教學中，教材內容是知識的框架，而學生的生活則是知識的鮮活土壤。教師要善于在兩者之間架起橋梁，挖掘出具有啟發性和探究價值的問題。以《細胞呼吸》章節的教學為例，“探究不同水果的呼吸速率差異”這一主題就巧妙地將教材知識與生活緊密相連。水果在日常生活中隨處可見，學生對其熟悉又親切，這種熟悉感能有效緩解學生對實驗探究的陌生感和畏難情緒。當教師提出探究問題后，學生的思維瞬間被激活。分組討論環節中，學生各抒己見，不同的假設如火花般碰撞。有的小組基于生活經驗，認為成熟度高的水果可能呼吸速率更快，因為成熟的水果往往會更快變質；而有的小組則從水果的種類特性出發，推測不同種類水果的呼吸速率本就存在先天差異。在設計實驗方案時，學生充分發揮主觀能動性，選擇多種具有代表性的水果，如蘋果的清脆、香蕉的軟糯、橙子的多汁，利用先進的 C0₂ 傳感器等設備，精確測量水果在一定時間內釋放 C0₂ 的量[3]。在這個過程中，學生被水果呼吸這一看似平常卻又蘊含奧秘的現象深深吸引，他們全神貫注地操作實驗、仔細分析數據，學習興趣和探究欲望被充分激發，真正實現了從被動接受知識到主動探索知識的轉變。

（二）優化教學流程，培養學生探究能力

教學流程如同一場精心編排的交響樂，各個環節緊密配合，才能奏出美妙的樂章。在探究式學習中，優化教學流程是提升教學效果、培養學生探究能力的關鍵所在。傳統的探究式學習流程，常常存在環節松散、時間把控不好等問題。以“探究影響光合作用強度的因素”實驗為例，優化后的教學流程有著清晰且高效的節奏。實驗前，教師提前布置預習任務，引導學生查閱資料，讓學生初步了解光合作用的基本原理和影響因素，在腦海中構建起知識的雛形，為課堂探究筑牢根基。課堂上，教師通過展示不同光照強度、溫度條件下植物生長狀況的圖片或視頻，以直觀的視覺沖擊引發學生的深度思考，自然地引出探究問題。分組討論實驗方案時，教師不是直接給出答案，而是作為引導者，適時給予指導和建議，幫助學生完善實驗設計。在實驗過程中，教師加強巡視，及時發現并解決學生遇到的問題，確保實驗順利進行，如同護航的燈塔，為學生的探索之旅照亮方向。實驗結束后，教師特意留出充足的時間讓學生進行數據分析和討論。在這個環節，學生積極交流，大膽發表自己的見解，思維的火花在討論中不斷綻放。最后，教師進行總結歸納，將學生零散的認知系統化，引導學生進一步深入思考，拓展知識的邊界。

（三）利用信息技術，拓展實驗探究維度

在信息時代的浪潮下，信息技術正以前所未有的速度融入教育領域，為高中生物實驗教學中的探究式學習開辟了全新的道路。信息技術猶如一座資源寶庫，為學生提供了豐富多樣的實驗資源和直觀生動的實驗演示，極大地拓展了實驗探究的維度。以“探究DNA的結構和復制”這一抽象且微觀的實驗為例，DNA分子結構極其微小且復雜，傳統的實驗手段難以讓學生清晰直觀地把握其本質。此時，多媒體軟件如3D動畫、虛擬實驗室等就發揮了巨大的作用。通過3D動畫，學生能夠從不同角度、以動態的方式觀察DNA的雙螺旋結構模型，仿佛置身于微觀世界，目睹DNA分子的精妙構造。而DNA復制的動態過程演示，更是將原本晦澀難懂的知識以生動形象的方式呈現出來，讓學生輕松理解DNA復制的每一個步驟和機制[4。這種直觀的展示方式，不僅加深了學生對知識的理解，還激發了他們對微觀生物世界的探索欲望。同時，生物信息學工具為學生的探究提供了更廣闊的空間。在線基因數據庫中，存儲著海量的不同物種DNA序列信息。教師引導學生利用這些數據庫，查詢不同物種的DNA序列，并分析其堿基組成和排列規律。學生通過自主探索，能夠發現不同物種之間的遺傳差異與聯系，進一步拓展了探究的深度和廣度。這種基于真實數據的探究活動，讓學生體驗到科學研究的樂趣，培養了他們的數據分析能力和科學思維。此外，傳感器技術和數據采集軟件在生物實驗中的應用，使實驗數據的采集更加高效、準確。

（四）拓展實驗資源，豐富探究學習內容

豐富的實驗資源是探究式學習得以蓬勃開展的肥沃土壤。除了教材中既定的實驗內容，教師應積極拓展實驗資源，為學生打造一個多元化、充滿活力的探究學習環境。結合當地的生物資源和環境特點開發具有地方特色的實驗項目，是拓展實驗資源的重要途徑之一。例如，沿海地區的學校可以充分利用海洋資源，開展“探究海洋生物的生態適應性”實驗。若條件允許可組織學生實地考察海洋生物的生存環境，讓他們親身感受海洋的獨特生態系統。學生在海邊采集海洋生物樣本，回到實驗室后進行觀察和分析，研究海洋生物在形態、結構和生理功能上對海洋環境的適應特征。這種將課堂學習與實地探究相結合的方式，讓學生深刻認識到生物與環境的密切關系，增強了他們對生物多樣性的保護意識。與高校、科研機構建立合作關系，也是拓展實驗資源的有效方式。高中與當地的農業科學院合作，組織學生參觀植物組織培養實驗室。在科研人員的指導下，學生參與植物組織培養的實驗操作，探究不同激素配比和培養條件對植物愈傷組織誘導和分化的影響。這種與專業科研機構的合作，讓學生接觸到前沿的科研設備和技術，拓寬了他們的視野，激發了他們對科學研究的向往。鼓勵學生自主設計實驗，是培養學生創新思維和主觀能動性的關鍵舉措。利用學校實驗室的現有設備和材料，學生可以開展一些具有創新性的探究實驗，如“探究某種植物提取物對癌細胞生長的抑制作用”等[5]。在自主設計實驗的過程中，學生需要查閱大量文獻資料，提出假設，設計實驗方案，并進行實驗操作和數據分析。

三、探究式學習在高中生物實驗教學中的應用案例

以“探究影響酶活性的條件”實驗為例，展現探究式學習在高中生物實驗教學中的應用。

（一）實驗目的

讓學生通過自主探究，了解溫度和pH對酶活性的影響，培養學生的科學探究能力、分析問題和解決問題的能力。

（二）實驗準備

材料與試劑：新鮮的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、斐林試劑、質量分數為 5% 的鹽酸、質量分數為 5% 的氫氧化鈉溶液、熱水、冰塊、量筒、試管、滴管、水浴鍋、溫度計等。

分組：將學生分成若干小組，每組4一5人，明確小組內成員分工，如實驗操作、記錄數據、觀察現象等。

（三）實驗過程

提出問題：教師引導學生思考生活中一些與酶相關的現象，如發燒時食欲不振，從而提出問題溫度和pH是如何影響酶活性的呢？

做出假設：各小組討論后，根據已有的知識和生活經驗，做出假設。例如，假設溫度過高或過低都會降低酶的活性，適宜pH下酶活性最高。

設計實驗：小組共同設計實驗方案，確定自變量（溫度、pH）、因變量（酶活性，通過檢測淀粉分解產生的還原糖量來判斷）和無關變量（酶的用量、淀粉溶液的濃度和用量等）。以溫度對酶活性的影響實驗為例，設置低溫（ 0^°C ）、適溫（ 37^°C ）、高溫（ 100^°C ）三個實驗組，分別在不同溫度條件下進行淀粉酶催化淀粉水解反應，一段時間后加入斐林試劑檢測還原糖的生成情況。pH對酶活性影響的實驗則設置酸性、中性、堿性三種不同pH環境。

進行實驗：學生按照設計好的實驗方案進行操作，認真觀察實驗現象并記錄數據。在實驗過程中，教師巡視指導，及時糾正學生的不規范操作，解答學生的疑問。

分析結果：各小組根據實驗記錄的數據和觀察到的現象進行分析討論。比如，在溫度對酶活性影響的實驗中，若發現 37^°C 組磚紅色沉淀最深，說明該溫度下淀粉酶活性最強，淀粉分解產生的還原糖最多； 0^°C 和 100^°C 組磚紅色沉淀較淺或無沉淀，表明低溫和高溫抑制了酶的活性。

得出結論：小組根據分析結果得出結論，驗證或修正之前做出的假設。最后，各小組派代表進行匯報，分享實驗成果和遇到的問題，全班共同交流討論。

（四）總結與拓展

教師對整個實驗過程和結果進行總結，強調實驗中的關鍵步驟和注意事項。同時，引導學生思考如何進一步拓展實驗，如探究不同種類的酶對溫度和pH的耐受性差異等，激發學生的探索欲望，為后續學習奠定基礎。通過這樣的探究式學習，學生不僅掌握了影響酶活性的條件這一知識，還在實踐中提升了科學探究能力和團隊協作能力。

結束語

綜上所述，探究式學習在高中生物實驗教學中展現出巨大的潛力和價值。通過激發學生的學習興趣，培養探究、合作等多方面能力，幫助學生深入理解知識，為學生的全面發展奠定了基礎。在應用創新策略的實踐過程中，明確探究主題、優化教學流程等措施，為教學活動的開展提供了清晰的方向和方法。

參考文獻

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[2]趙琳紅.生物技術與工程視野下海洋生物學融入高中生物教學研究Ⅲ長春教育學院學報，2024，40（6）：88-92.

[3]倪文勤.人工智能生成內容在高中生物“學本課堂”建設中的應用川].中國科技論文在線精品論文，2024，17（4）：600-606.

[4]鐘碧燕.核心素養導向的高中生物學復習作業設計與實踐研究[].華夏教師，2024（30）：120-122.

[5]高爽．“基于SNP教學模式的高中生物教學設計：以“細胞膜的結構和功能”一節為例國外畜牧學（豬與禽），2024，44（5）：95-97.