高中生物課程實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng)

本文立足高中生物課程教學(xué)實(shí)踐，結(jié)合《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（下稱《生物課標(biāo)》）所提出的學(xué)科核心素養(yǎng)導(dǎo)向要求，聚焦于學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng)，對高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出建議與思考，如核心問題激發(fā)探究熱情、信息技術(shù)打造探究情境、小組合作拓展探究深度等，并運(yùn)用案例分析法進(jìn)行了實(shí)證，旨在通過對高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的創(chuàng)新，更好地反映生物學(xué)科的自然科學(xué)本質(zhì)，讓學(xué)生在深刻領(lǐng)悟生物實(shí)驗(yàn)探究意義價(jià)值的基礎(chǔ)上，得到生物核心素養(yǎng)的良性發(fā)展。一、核心問題激發(fā)探究熱情在高中生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，最為直接有效的手段便是提升學(xué)生的生物實(shí)驗(yàn)參與度，調(diào)動(dòng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究熱情。但受繁重學(xué)業(yè)壓力與“升學(xué)”負(fù)擔(dān)的影響，多數(shù)學(xué)生以敷衍、應(yīng)付的態(tài)度對待生物實(shí)驗(yàn)，在生物探究實(shí)驗(yàn)的思考集中度與專注度也不突出，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生生物實(shí)驗(yàn)探究能力的良性發(fā)展。因此，為了切實(shí)解決高中生普遍存在的這一問題，確保學(xué)生更積極主動(dòng)地投入生物實(shí)驗(yàn)探究，高中生物教師在組織生物探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，便可以在探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前設(shè)置與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的核心問題，啟發(fā)學(xué)生思維，促進(jìn)學(xué)生深度思考，讓學(xué)生以解決問題為目的展開深度實(shí)驗(yàn)探究。例如，在人教版高中生物必修第一冊教材“被動(dòng)運(yùn)輸”一課中，開展“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”生物探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)前，教師便可以在學(xué)生掌握水進(jìn)出動(dòng)物細(xì)胞原理、水進(jìn)出哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞原理等理論知識(shí)后，為學(xué)生設(shè)置以下核心問題，驅(qū)動(dòng)學(xué)生展開思考：【核心問題一】水進(jìn)出其他動(dòng)物細(xì)胞的原理與進(jìn)出哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞的原理是一致的嗎？都是通過什么作用？【核心問題二】在現(xiàn)實(shí)生活中我們可以發(fā)現(xiàn)，將有些萎蔫的綠葉菜浸泡在水中，沒一會(huì)兒菜葉就會(huì)變得堅(jiān)挺；在做白菜豬肉餡餃子時(shí)，將白菜剁碎加入一點(diǎn)鹽，不久便會(huì)看到有水分從白菜中滲出，這些現(xiàn)象說明了什么？植物細(xì)胞是否也會(huì)像動(dòng)物細(xì)胞或紅細(xì)胞一樣發(fā)生吸水、失水現(xiàn)象呢？水進(jìn)出植物細(xì)胞的原理與水進(jìn)出動(dòng)物細(xì)胞或紅細(xì)胞的原理是一致的嗎？【核心問題三】探究水進(jìn)出植物細(xì)胞的原理需要考慮哪些因素？植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原現(xiàn)象說明了什么？水分子進(jìn)出細(xì)胞這兩種被動(dòng)運(yùn)輸方式有怎樣的特點(diǎn)？兩者之間有怎樣的異同？“探究植物細(xì)胞的吸水與失水”是高中生物必做實(shí)驗(yàn)之一，通過對本次實(shí)驗(yàn)的深度探究，不僅能夠讓學(xué)生更全面地把握像水分子這樣的物質(zhì)以擴(kuò)散的方式進(jìn)出細(xì)胞的特點(diǎn)，深刻理解被動(dòng)運(yùn)輸?shù)膶?shí)質(zhì)，也有利于學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)探究以及生命觀念等生物學(xué)科核心素養(yǎng)的良好養(yǎng)成與有機(jī)發(fā)展。因此，為了讓本次實(shí)驗(yàn)的育人價(jià)值與優(yōu)勢得到最大限度的開發(fā)，筆者便以啟動(dòng)學(xué)生科學(xué)探究思維，提高學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)參與度為出發(fā)點(diǎn)，提出以上三個(gè)具有明顯層遞關(guān)系的核心問題：通過對【核心問題一】的思考，學(xué)生可以綜合遷移運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，歸納出水分子進(jìn)出動(dòng)物細(xì)胞和哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞原理的一致性，即都是通過滲透作用。由此，學(xué)生便會(huì)生成對水分子進(jìn)出植物細(xì)胞方式的好奇心與探究欲。通過對【核心問題二】的分析，學(xué)生則會(huì)主動(dòng)從生活實(shí)際出發(fā)，列舉水進(jìn)出植物細(xì)胞的實(shí)例，并主動(dòng)結(jié)合所學(xué)的水分子進(jìn)出動(dòng)物細(xì)胞、紅細(xì)胞原理與植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)（如圖1所示）提出合理猜想：猜想一：植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)與動(dòng)物細(xì)胞、紅細(xì)胞結(jié)構(gòu)明顯不同，所以水進(jìn)出植物細(xì)胞的方式不是通過滲透作用完成的。猜想二：對于水分子來說，細(xì)胞壁是全透性的，即水分子可以自由通過任何細(xì)胞壁。所以，水進(jìn)出植物細(xì)胞的方式與水進(jìn)出動(dòng)物細(xì)胞和紅細(xì)胞的方式是一致的，都是通過滲透作用。猜想三：水進(jìn)出植物細(xì)胞，主要指的是水進(jìn)出植物細(xì)胞中的液泡，其中需要穿過植物細(xì)胞的細(xì)胞膜與液泡膜（原生質(zhì)層）。所以，水進(jìn)出植物細(xì)胞需要通過滲透作用，同時(shí)需要特殊方式……在交流探討、假設(shè)猜想的過程中，學(xué)生的思維與意識(shí)便會(huì)得到全面啟發(fā)，生物實(shí)驗(yàn)探究熱情也在悄然間生成。而通過對【核心問題三】的分析，學(xué)生則會(huì)從更全面的角度思考影響實(shí)驗(yàn)探究成效的因素，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路、實(shí)驗(yàn)方案與實(shí)驗(yàn)步驟自然也會(huì)因此而逐漸清晰，生物實(shí)驗(yàn)探究效果與科學(xué)探究能力便會(huì)在思維意識(shí)與興趣的助推下得到提升。二、信息技術(shù)打造探究情境信息技術(shù)在高中生物課程教學(xué)中起到的積極影響與推動(dòng)作用是顯而易見的。在以培養(yǎng)學(xué)生生物實(shí)驗(yàn)探究能力為主要目標(biāo)開展高中生物實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的過程中，教師也可以充分借助信息技術(shù)圖文并茂、視聽結(jié)合的優(yōu)勢創(chuàng)設(shè)生物實(shí)驗(yàn)探究情境，在有效提升高中生物探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率的同時(shí)，讓學(xué)生更深入地參與實(shí)驗(yàn)探究過程，領(lǐng)會(huì)生物實(shí)驗(yàn)的獨(dú)特魅力。例如，在人教版高中生物必修第二冊教材“孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（一）”一課中，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)孟德爾假說展開“性狀分離比的模擬實(shí)驗(yàn)”時(shí)，教師便可以利用微課、希沃白板、多媒體電教設(shè)備等信息技術(shù)教學(xué)手段創(chuàng)設(shè)形象生動(dòng)的生物實(shí)驗(yàn)情境，驅(qū)動(dòng)學(xué)生展開小組合作探究。首先，教師利用多媒體設(shè)備為學(xué)生播放紀(jì)錄片《你最想知道的科學(xué)》第三集片段，再現(xiàn)孟德爾在修道院園地中對豌豆、山柳菊、玉米等多種植物做雜交實(shí)驗(yàn)，潛心研究豌豆雜交實(shí)驗(yàn)數(shù)年，最終發(fā)現(xiàn)生物遺傳規(guī)律，創(chuàng)設(shè)生物探究實(shí)驗(yàn)情境，利用科學(xué)家的故事與生物史料調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣，激活學(xué)生的生物探究熱情。其次，教師利用希沃白板呈現(xiàn)人工異花傳粉示意圖、豌豆的7對相對性狀示意圖、高莖豌豆和矮莖豌豆雜交實(shí)驗(yàn)示意圖、孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及高莖豌豆和矮莖豌豆雜交實(shí)驗(yàn)的分析圖等，讓學(xué)生結(jié)合形象直觀的圖例認(rèn)識(shí)豌豆作為遺傳實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)勢、把握孟德爾設(shè)計(jì)一對相對性狀雜交實(shí)驗(yàn)的過程、理解性狀分離的實(shí)質(zhì)、了解孟德爾對分離現(xiàn)象的原因所提出的假說，促使學(xué)生在感知孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)偉大之處的同時(shí)，學(xué)習(xí)孟德爾的科學(xué)探究精神與求真務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度，進(jìn)而深受科學(xué)家精神意志的熏陶，主動(dòng)圍繞孟德爾對分離現(xiàn)象所提出的假說展開模擬式生物探究實(shí)驗(yàn)。最后，教師利用微課演示用不同彩球模擬性狀分離比的實(shí)驗(yàn)視頻，并鼓勵(lì)學(xué)生在觀看視頻的同時(shí)對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行質(zhì)疑，提出更具有創(chuàng)新性與可行性的優(yōu)化路徑，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、展開實(shí)驗(yàn)操作。之后，教師便可以讓學(xué)生兩兩一組，利用裝有不同顏色彩球的水桶合作展開性狀分離比的模擬實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、分析觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的方式，驗(yàn)證孟德爾假說的合理性，從而自主推導(dǎo)出孟德爾第一定律，即分離定律，實(shí)現(xiàn)深度的生物學(xué)習(xí)，得到生物核心素養(yǎng)的發(fā)展。將資源豐富、手段靈活、形式多樣的信息化教學(xué)技術(shù)以合理的方式引入高中生物理論教學(xué)與探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)直觀形象的實(shí)驗(yàn)情境，不僅能夠讓學(xué)生更深刻地領(lǐng)會(huì)到生物學(xué)科的實(shí)質(zhì)，感知到生物實(shí)驗(yàn)探究的意義，而且學(xué)生在結(jié)合圖文影像和數(shù)據(jù)資料分析生物問題、探索生物定律、解釋生物學(xué)原理的過程中，潛移默化地形成了科學(xué)探究的基本思路與一般方法。更重要的是，學(xué)生在質(zhì)疑既定模擬實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，其創(chuàng)新思維和演繹推理能力也得到了相應(yīng)的鍛煉，這對高階思維品質(zhì)的形成與生物實(shí)驗(yàn)探究能力的發(fā)展起到非常顯著的促進(jìn)作用。三、小組合作拓展探究深度單絲不成線，獨(dú)木不成林。在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用小組合作學(xué)習(xí)模式引導(dǎo)學(xué)生展開生物實(shí)驗(yàn)探究，能夠有效彌補(bǔ)學(xué)生“單打獨(dú)斗”式學(xué)習(xí)過程中存在的不足，學(xué)生在小組合作探討不同實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路和不同實(shí)驗(yàn)猜想，以及分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的過程中，其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、觀察能力、數(shù)據(jù)分析能力與創(chuàng)新能力得到相應(yīng)的提升。因此，高中生物教師在實(shí)際教學(xué)過程中必須重視起對小組合作學(xué)習(xí)模式的利用，合理組建實(shí)驗(yàn)探究小組，科學(xué)設(shè)置教學(xué)支架，驅(qū)動(dòng)學(xué)生展開更高效、更有意義的生物實(shí)驗(yàn)探究。例如，在人教版高中生物教材選擇性必修一“植物生長調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用”一課教學(xué)中，在學(xué)生掌握植物生長調(diào)節(jié)劑的幾種類型與簡單應(yīng)用等理論知識(shí)后，教師可以設(shè)置【思考·討論】話題“植物生長調(diào)節(jié)劑在生產(chǎn)中應(yīng)用的評(píng)述”，并提供生活實(shí)例，如加入大麥芽（α-淀粉酶）生產(chǎn)啤酒；用膨大劑（膨大素）催熟西瓜、葡萄、草莓等水果；用青鮮素延長土豆、大蒜、洋蔥等的儲(chǔ)藏期，讓學(xué)生結(jié)合植物生長調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用實(shí)例思考植物生長調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用范圍、影響植物生長調(diào)節(jié)劑效果的因素、我國禁止使用的幾種植物生長調(diào)節(jié)劑及其危害等問題。在學(xué)生圍繞生活實(shí)例展開深度探討后，教師便可以根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知情況、學(xué)習(xí)水平以及思維能力發(fā)展情況，將其分為A、B、C三個(gè)層次，并按照A∶B∶C=2∶3∶2的方法對學(xué)生科學(xué)分組，引導(dǎo)學(xué)生以小組合作的形式展開“生長素類調(diào)節(jié)劑促進(jìn)插條生根的最適濃度”探究實(shí)驗(yàn)。通過對前置性話題的探討，學(xué)生很快合作設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案，如表1所示。而在各個(gè)小組根據(jù)自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案展開充分的探究后，教師要鼓勵(lì)學(xué)生將整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究過程（包含問題的提出、實(shí)驗(yàn)猜想、實(shí)驗(yàn)原則、實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路等內(nèi)容）制作成PPT，并在下次生物課堂進(jìn)行講解，與其他小組交流實(shí)驗(yàn)探究心得。在這一過程中，教師還可以將多元教學(xué)評(píng)價(jià)嵌入學(xué)生的成果分享中，促使學(xué)生吸收可行建議，對生物實(shí)驗(yàn)探究過程查缺補(bǔ)漏、自我完善。以小組合作學(xué)習(xí)模式引導(dǎo)學(xué)生展開生物實(shí)驗(yàn)探究，能夠更好地體現(xiàn)核心素養(yǎng)視域下高中生物課程教學(xué)“以人為本”“一切為了學(xué)生發(fā)展”的素質(zhì)教育思想，學(xué)生在小組合作研討實(shí)驗(yàn)問題、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的過程中，其生物實(shí)驗(yàn)探究能力與科學(xué)思維水平呈現(xiàn)穩(wěn)定進(jìn)階的良好態(tài)勢，生物核心素養(yǎng)得以良性發(fā)展。四、結(jié)語總而言之，生物是一門研究生命現(xiàn)象