基于實驗內(nèi)化學生科學探究素養(yǎng)的方法

甘肅省玉門市第一中學(735211) 羅建義

基于實驗內(nèi)化學生的科學探究素養(yǎng)，是指教師以實驗教學為載體，引導學生熟悉科學探究的一般思路與方法，完成從“提出問題—作出假設—設計實驗—實驗驗證—得出結論”的整個實驗教學過程，使學生的科學探究思維得以不斷錘練與提升的教學方法。筆者以實驗情景的創(chuàng)設、對照實驗的增補、稚化思維教育的應用、自主實驗的探究4個維度為切入點，旨在研究、獲取基于實驗培養(yǎng)學生科學探究素養(yǎng)的思路與方法。

1 創(chuàng)設有悖已有經(jīng)驗的實驗情景，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力

生物實驗中滲透著許多生動、鮮明的教學素材，特別是一些有悖于已有經(jīng)驗的實驗情景，更有利于激發(fā)學生的學習熱情，引發(fā)學生對所探究的問題進行深入的甄別與判斷，從而大大培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維能力。如在學習酶的特性之后，教師可以預設如下新情景供學生思考。①用淀粉酶探究pH對酶活性的影響；②用過氧化氫酶探究溫度對酶活性的影響；③用碘液作為檢測試劑，檢測淀粉酶對淀粉、蔗糖溶液的催化具有專一性。這些問題有悖于學生學習的已有經(jīng)驗，經(jīng)過討論后，學生發(fā)現(xiàn)這些探究方案皆有瑕疵，教師引導學生修改探究方案，擬定正確的探究主題，如用過氧化氫酶探究pH對酶活性的影響，用淀粉酶探究溫度對酶活性的影響，用斐林試劑檢測淀粉酶對淀粉、蔗糖溶液的催化具有專一性。方案確定后，各小組從其中選擇感興趣的課題展開探究。新實驗情境的創(chuàng)設，給學生提供了一個全新的探究視野與體驗，激發(fā)了學生的學習興趣，拓展了學生的思維，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力。

2 創(chuàng)設增補對照實驗的實驗情境，培養(yǎng)學生實驗方案的設計能力

生物實驗中有自變量、因變量和無關變量3種變量。實驗組是處理自變量后發(fā)生變化的實驗對象組，處理的自變量即為研究的對象。對照組是不處理自變量的實驗對象組，通過設置適當?shù)膶φ諏嶒灒瓤膳懦裏o關變量的影響，又可增加實驗結果的可信度和說服力。教學中教師要多為學生提供增補對照實驗的相關訓練(如例1)，以促進學生對實驗預設方案、實驗過程的合理性的思考與判斷，增強學生對實驗數(shù)據(jù)、結論的認同感，培養(yǎng)學生實驗方案的設計能力，促進學生探究素養(yǎng)的提升。

例1：某學習小組做了探究“生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性”的實驗，請把實驗過程補充完整。

(1)提出問題：生態(tài)系統(tǒng)中的生物種類和數(shù)量越多，其抵抗力穩(wěn)定性越強嗎?

(2)實驗材料與儀器：3個同型號的透明塑料瓶、沙子、雨水、水草和以水草為食的淡水螺等動物。

(3)設計方案：

①選擇同型號的3個透明塑料瓶，標記為A、B、C。塑料瓶內(nèi)分別裝入1～2cm厚的沙子，再注入等量的河水。

②向A瓶中放入水草和以水草為食的淡水螺等動物，動物和水草的生物量比例適宜。向B瓶中______、C瓶中______，放入量皆與A瓶相同。

③將A、B、C密封，置于光照較強處。定期觀察記錄A、B和C瓶中水質變化及生物生存狀況。

(4)預期結論：______。

答案：只放水草；只放淡水螺等動物；A瓶中的動植物存活時間最長，生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性最強。

此題以探究生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性為背景命題，主要考察學生對增補對照實驗、實驗預期的判斷與考察。要求學生掌握生態(tài)系統(tǒng)的結構與功能，理解生態(tài)系統(tǒng)中的生物種類和數(shù)量越多，其抵抗力穩(wěn)定性越強。結合探究問題及實驗組提供的信息，確定實驗研究對象，找到對照點，加強學生對對照、等量、單因子變量等實驗原則的理解，培養(yǎng)了學生對實驗方案的設計能力，促進了學生探究素養(yǎng)的提升。

3 創(chuàng)設稚化思維教育的實驗情景，培養(yǎng)學生合作探究能力

在實驗教學中，教師思維的超前化與學生思維的滯后化普遍存在，這種狀況使學生很難跟上教師的教學節(jié)奏。鑒于此，教師應充分關注學生原有的實驗技能水平、知識儲備量及其最近發(fā)展區(qū)，要站在學生的角度分析問題，要稚化自身思維，把大智若愚的教學思考和學生的實驗探究、合作學習相結合，教師要模擬學生的思維，幫助他們觀察實驗現(xiàn)象、分析實驗數(shù)據(jù)、引導他們獲取實驗結果，促進師生之間的合作探究，教學相長。如在 “植物細胞工程”的新授課教學中，學生對植物細胞工程的知識知之甚少，對體細胞胚的知識了解更少，教師課前可以表現(xiàn)得和學生一樣 “無知”。同時布置作業(yè)，要求師生自主選擇實驗材料，獨自或小組合作來制作人工自然種子模型。為了創(chuàng)設稚化思維教育情境，教師可以制作一些缺少種皮或胚的種子模型在課堂上展示，引導學生進行選擇、甄別與判斷。筆者發(fā)現(xiàn)，課堂上學生展示的人工種子模型豐富多彩，種皮多為花生果皮、大蒜皮、蕓豆皮等不同類型，胚則多用蘿卜、胡蘿卜、馬鈴薯制作，人工胚乳的制作中，學生還加入了蔗糖、食鹽、牛奶等各種營養(yǎng)物質。隨后，教師也展示了自己做的人工種子，和學生作品相互比較，引導學生對有錯誤的種子模型進行鑒定與修正，促使學生對自然種子的結構有一個全面的認識。隨后，師生共同閱讀教材，一起學習植物細胞組織培養(yǎng)技術，了解胚狀體的結構后，引導學生利用手頭的材料，制作人工胚狀體種子的模型。教師也可故意展示一些錯誤的種子模型。如有胚乳的人工胚狀體種子模型供學生討論、判斷與修正。這種探究 “稚化”了教師思維，促進了師生合作，不僅有助于學生理解教材知識，也有助于學生合作探究能力的提升。

4 創(chuàng)設自主實驗探究氛圍，培養(yǎng)學生科學探究能力

創(chuàng)設自主實驗探究氛圍，指教師提供一定的硬件設施，實驗試劑與材料，由學生自主確定探究主題、預設實驗方案、自主探索并得出實驗結論的教學方法。在實驗探究階段，學生要彼此質疑、探究，自主觀察實驗現(xiàn)象，分析實驗數(shù)據(jù)，對學生提出的有價值的問題，在組間進行討論，引導學生從不同側面理解實驗。這不僅有利于學生的主動探究，也有利于培養(yǎng)學生科學探究素養(yǎng)的提升。如在 “探究pH值對酶活性的影響”實驗教學中，教師給學生提供了淀粉溶液、蔗糖溶液、雞蛋清稀釋液、過氧化氫溶液、鹽酸、氫氧化鈉溶液及多種檢測試劑，引導學生自主選擇反應底物及檢測試劑，自主選擇實驗原理、設計實驗方案、預設實驗過程、自主探究并得出實驗結論。隨后，教師引導學生改變實驗步驟，如縮小試管中溶液的pH梯度，或改變實驗溫度，教師引導學生對步驟改變前后觀察到的實驗現(xiàn)象進行比較，甄別實驗結論的相似程度，引導學生判斷實驗步驟設計的合理性，大大提高了學生的科學探究的能力與水平。

教學中，教師可根據(jù)教學內(nèi)容的差異性，靈活的選擇一種或多種教學方法，激發(fā)學生的探究潛能，促使學生探究素養(yǎng)和水平的提升。