科學(xué)探究能力培養(yǎng)視域下高中生物實驗教學(xué)路徑

中圖分類號：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-0333（2025）21-0118 -03

高中生物作為一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，其知識體系的構(gòu)建離不開實驗的支撐.然而，傳統(tǒng)的生物實驗教學(xué)往往側(cè)重于驗證性實驗，即學(xué)生按照既定的實驗步驟和教材要求進(jìn)行操作，觀察并記錄實驗結(jié)果，以驗證所學(xué)知識的正確性，這種教學(xué)模式在一定程度上限制了對學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生缺乏主動探索、發(fā)現(xiàn)問題的意識和能力.因此，在科學(xué)探究能力培養(yǎng)的視域下，重新審視和創(chuàng)新高中生物實驗教學(xué)路徑尤為重要.

1科學(xué)探究能力在高中生物學(xué)習(xí)中的重要性

1.1 促進(jìn)深度學(xué)習(xí)

科學(xué)探究能力的培養(yǎng)有助于促進(jìn)學(xué)生在高中生物學(xué)習(xí)中的深度理解.當(dāng)學(xué)生參與科學(xué)探究活動中時，他們不再僅僅是被動接受知識的容器，而是成為積極主動的知識探索者，這種轉(zhuǎn)變促使學(xué)生從多角度思考生物學(xué)概念，不僅限于記憶教科書上的定義或結(jié)論，而是通過觀察、提問、假設(shè)、實驗驗證等一系列過程來構(gòu)建個人化的知識體系.科學(xué)探究能力的培養(yǎng)還能夠有效激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲.在探究過程中，當(dāng)面對復(fù)雜且不確定的問題情境時，學(xué)生能夠運(yùn)用邏輯推理、數(shù)據(jù)分析等技能來解決問題，這不僅鍛煉學(xué)生的思維能力，還幫助他們在面對未知挑戰(zhàn)時能夠保持開放的心態(tài)，勇于質(zhì)疑既定觀念，敢于提出不同見解1].

1.2 培養(yǎng)創(chuàng)新思維

科學(xué)探究能力的培養(yǎng)能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，鼓勵他們在面對生物學(xué)問題時跳出傳統(tǒng)框架，尋找新穎獨(dú)特的解決方案.在探究過程中，學(xué)生需要自主設(shè)計實驗方案，這不僅僅是對已有知識的應(yīng)用，更是一個創(chuàng)造性的過程.科學(xué)探究能力的培養(yǎng)還有助于培養(yǎng)學(xué)生基于數(shù)據(jù)做出判斷的能力.在探究實踐中，學(xué)生通過收集、處理和分析大量的實驗數(shù)據(jù)，從中提煉出有價值的結(jié)論.這不僅考驗學(xué)生的邏輯推理能力，更重要的是，還能鼓勵學(xué)生從紛繁復(fù)雜的實驗結(jié)果中發(fā)現(xiàn)潛在的規(guī)律，進(jìn)而提出創(chuàng)新性的見解2].

1.3 提升綜合素養(yǎng)

科學(xué)探究能力的培養(yǎng)有助于全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).在高中生物學(xué)習(xí)過程中，通過科學(xué)探究活動，學(xué)生不僅能掌握生物學(xué)的基本原理與實驗技能，還能深刻理解科學(xué)研究的方法論，包括觀察、分類、測量、數(shù)據(jù)分析等，這些都是科學(xué)研究不可或缺的基礎(chǔ).科學(xué)探究活動還能夠促進(jìn)學(xué)生的情感態(tài)度與價值觀的形成和發(fā)展.在探究過程中，學(xué)生要面對各種未知與挑戰(zhàn)，這有助于塑造他們堅韌不拔的性格特質(zhì)，培養(yǎng)其在面對困難時積極樂觀的態(tài)度.同時，科學(xué)探究往往涉及對自然界的探索與認(rèn)知，這使得學(xué)生更加珍視生態(tài)環(huán)境，認(rèn)識到人類與自然和諧共生的重要性.

2科學(xué)探究能力培養(yǎng)視域下的高中生物實驗教學(xué)路徑

2.1 設(shè)計探究實驗，啟迪科學(xué)思維

設(shè)計探究實驗不僅符合新課程標(biāo)準(zhǔn)對學(xué)生科學(xué)探究能力培養(yǎng)的要求，更是激發(fā)學(xué)生科學(xué)興趣、培養(yǎng)其邏輯思維與問題解決能力的有效途徑.為此，教師應(yīng)通過創(chuàng)設(shè)開放性問題情境，引導(dǎo)學(xué)生主動參與實驗設(shè)計與操作，以激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲.同時，教師還應(yīng)鼓勵學(xué)生在實驗過程中主動發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，并創(chuàng)造性地解決問題，從而全面提升其科學(xué)探究素養(yǎng)[3].

在教學(xué)人教版高中生物“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)”這一實驗時，首先，教師可以介紹糖類、脂肪和蛋白質(zhì)作為生命活動必需物質(zhì)的基本特性及其在生物體內(nèi)的作用機(jī)理，然后提出一系列開放式問題：為什么我們需要這些營養(yǎng)物質(zhì)？它們在食物中是如何分布的？這些問題旨在激發(fā)學(xué)生的好奇心，促使他們思考生物體內(nèi)這些成分的存在形式及其重要性.接下來，教師可以介紹幾種常用的化學(xué)試劑及其使用方法，如斐林試劑用于檢測還原糖、蘇丹Ⅱ染液用于檢測脂肪、雙縮脲試劑用于檢測蛋白質(zhì)等，同時強(qiáng)調(diào)實驗操作的安全注意事項

隨后，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生分組進(jìn)行實驗，要求每組學(xué)生負(fù)責(zé)檢測不同的材料，在實驗開始前，教師引導(dǎo)各組學(xué)生對各自負(fù)責(zé)的材料進(jìn)行觀察，并根據(jù)所學(xué)知識提出假設(shè)，如我們認(rèn)為梨勻槳中含有豐富的還原糖，因為梨含有較高的甜度.然后，讓學(xué)生根據(jù)教師提供的方法，分別使用斐林試劑對梨勻漿和葡萄勻漿進(jìn)行加熱處理，觀察是否有磚紅色沉淀生成；使用蘇丹Ⅲ染液檢測花生種子中的脂肪，觀察是否有橘黃色顆粒出現(xiàn)：使用雙縮脲試劑檢測豆?jié){、鮮肝提取液以及雞蛋清稀釋液中的蛋白質(zhì)，觀察溶液是否變紫.實驗結(jié)束后，教師組織全班同學(xué)進(jìn)行討論，要求各組匯報實驗結(jié)果.同時，教師鼓勵學(xué)生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)驗證最初的假設(shè)，并引導(dǎo)他們思考實驗過程中可能遇到的問題及其原因，如圖1所示.

圖1脂肪被蘇丹Ⅲ染液染成橘黃色

2.2 強(qiáng)化實踐操作，深化知識理解

在高中生物實驗教學(xué)中，強(qiáng)化實踐操作是不可或缺的環(huán)節(jié)，它不僅是理論知識向?qū)嵺`能力轉(zhuǎn)化的橋梁，更是深化知識理解的關(guān)鍵途徑.為此，教師應(yīng)通過系統(tǒng)的實驗設(shè)計，指導(dǎo)學(xué)生親手操作，確保其在實驗過程中能夠準(zhǔn)確掌握實驗步驟和技術(shù)要點.同時，教師還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生細(xì)致觀察實驗現(xiàn)象，鼓勵他們記錄并分析實驗結(jié)果，從而促進(jìn)其對生物學(xué)原理的深刻理解.

以人教版高中生物“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)的流動”這一實驗為例，首先，教師應(yīng)向?qū)W生詳細(xì)介紹實驗的目的與意義，強(qiáng)調(diào)觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)流動的重要性，指出這是理解植物細(xì)胞生理活動的基礎(chǔ).其次，教師應(yīng)詳細(xì)講解實驗材料的選擇與處理方法，包括如何選取適宜觀察的蘚類葉片或黑藻葉片.同時，教師還應(yīng)演示正確的裝片制作流程，從選取葉片、滴加清水到放置蓋玻片，強(qiáng)調(diào)各步驟細(xì)節(jié)的重要性.隨后，實驗操作過程中，教師要指導(dǎo)學(xué)生嚴(yán)格按照步驟進(jìn)行：第一，讓學(xué)生使用鑷子小心地取出一片蘚類小葉或黑藻葉片，將其放置在盛有清水的培養(yǎng)皿中；第二，在載玻片中央滴一滴清水，將葉片放入其中，并用鑷子輕輕壓平，確保葉片完全展開后再蓋上蓋玻片；第三，完成裝片后，先使用低倍鏡定位目標(biāo)區(qū)域，再轉(zhuǎn)換至高倍鏡仔細(xì)觀察葉綠體的形態(tài)特征及分布情況，以及細(xì)胞質(zhì)的動態(tài)變化.最后，為了進(jìn)一步深化學(xué)生的理解，教師還要鼓勵學(xué)生在實驗結(jié)束后進(jìn)行討論與總結(jié)，讓學(xué)生分享自己觀察到的現(xiàn)象，并與其他同學(xué)交流觀察心得.在此過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生思考：葉綠體的形態(tài)和分布，與葉綠體的功能有什么關(guān)系？植物細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)處于不斷流動的狀態(tài)，這對于活細(xì)胞完成生命活動有什么意義？從而鞏固實驗中獲得的知識

2.3 強(qiáng)化觀察記錄，培養(yǎng)細(xì)致思維

強(qiáng)化觀察記錄對于提升學(xué)生的科學(xué)探究能力和科學(xué)素養(yǎng)至關(guān)重要.因此，在高中生物教學(xué)中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在實驗過程中詳細(xì)記錄每一個步驟的具體操作、使用材料的數(shù)量、實驗條件的變化以及觀察到的所有現(xiàn)象，包括那些看似微不足道的細(xì)節(jié).同時，教師還需定期檢查學(xué)生的實驗筆記，提供反饋，并指導(dǎo)學(xué)生如何更精確地描述觀察結(jié)果，以此促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的全面提升.

在教學(xué)人教版高中生物“淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用”這一實驗時，首先，教師可以向?qū)W生說明實驗的目的與步驟，強(qiáng)調(diào)觀察記錄的重要性，并分發(fā)如表1所示的實驗記錄表.同時，教師要求學(xué)生在實驗過程中認(rèn)真記錄每一項內(nèi)容，并指導(dǎo)學(xué)生如何準(zhǔn)確描述觀察到的現(xiàn)象.隨后，教師可以要求學(xué)生嚴(yán)格按照實驗步驟操作，并強(qiáng)調(diào)每一步驟的重要性.例如，在準(zhǔn)備兩支潔凈的試管時，教師提醒學(xué)生注意檢查試管內(nèi)壁是否有殘留物質(zhì)；當(dāng)加入淀粉或蔗糖溶液以及淀粉酶后，教師應(yīng)讓學(xué)生記錄下初始狀態(tài)，并在輕輕振蕩試管使其混合均勻后，仔細(xì)觀察并記錄溶液的顏色、透明度等特征；在保溫和加入斐林試劑之后，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察溶液顏色的變化.這樣的觀察可以促使學(xué)生更加細(xì)致地注意實驗現(xiàn)象，并且有助于他們理解實驗現(xiàn)象背后的科學(xué)原理.實驗結(jié)束后，教師可以組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，分享各自的觀察記錄，并討論觀察到的現(xiàn)象與預(yù)期是否一致.最后，教師可以布置一項實驗報告的任務(wù)，要求學(xué)生詳細(xì)描述實驗步驟、記錄觀察結(jié)果，并基于這些數(shù)據(jù)得出結(jié)論.同時，還應(yīng)要求學(xué)生反思實驗過程中可能存在的問題，并提出改進(jìn)建議.這種全面而深入的總結(jié)工作，既是對實驗內(nèi)容的回顧，也是對學(xué)生細(xì)致觀察和邏輯推理能力的一次綜合檢驗.

表1記錄淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用

2.4構(gòu)建評價體系，注重能力內(nèi)化

在科學(xué)探究能力培養(yǎng)視域下，構(gòu)建高中生物實驗教學(xué)的評價體系不僅能夠有效衡量學(xué)生在實驗過程中的探究能力、創(chuàng)新思維及實踐技能，還能通過反饋機(jī)制促進(jìn)學(xué)生能力的內(nèi)化與提升.因此，教師應(yīng)設(shè)計多維度評價指標(biāo)，不僅要考核學(xué)生的實驗操作技能，更要評價其科學(xué)思維、探究精神和創(chuàng)新能力.同時，教師還應(yīng)積極反饋，引導(dǎo)學(xué)生自我反思，促進(jìn)能力內(nèi)化，讓學(xué)生在評價中不斷進(jìn)步，真正實現(xiàn)科學(xué)探究能力的全面提升.

3 結(jié)束語

綜上所述，科學(xué)探究能力的培養(yǎng)是高中生物實驗教學(xué)的重要目標(biāo).通過設(shè)計探究性實驗、強(qiáng)化實踐操作、細(xì)化觀察記錄以及構(gòu)建多元化評價體系等多種路徑，不僅有助于學(xué)生掌握生物學(xué)基礎(chǔ)知識與實驗技能，還能夠激發(fā)其科學(xué)思維與創(chuàng)新意識，培養(yǎng)其細(xì)致觀察、獨(dú)立思考與問題解決的能力.未來，隨著教育理念的持續(xù)更新與教學(xué)方法的不斷創(chuàng)新，高中生物實驗教學(xué)將在培養(yǎng)科學(xué)探究能力方面展現(xiàn)出更加廣闊的前景.

參考文獻(xiàn)：

[1]段林奎.基于實驗教學(xué)創(chuàng)新提升學(xué)生科學(xué)探究能力的策略研究[J].考試周刊，2024（02）：1-5.

[2］時玉華.依托高中生物實驗培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)[J].教育界，2023（18）：41-43.

[3]吳恒.指向科學(xué)探究能力的高中生物虛擬實驗教學(xué)研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2023.

[責(zé)任編輯：孫美齊]