新高考下如何在高中生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)

趙 敏 安徽省桐城中學(xué)

《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》在回答“考什么”的問(wèn)題時(shí)將核心素養(yǎng)納入重要內(nèi)容，給教師的日常教學(xué)活動(dòng)指明了方向?？茖W(xué)探究是高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)的重要構(gòu)成部分，重要性不言而喻?？茖W(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)，不但能加強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的深層次理解，而且可以使學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)探究的良好習(xí)慣，促進(jìn)其科學(xué)探究能力的提升，為順利完成核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一、灌輸科學(xué)探究知識(shí)

眾所周知，科學(xué)探究活動(dòng)需牢固掌握相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，遵循科學(xué)探究原則，把握科學(xué)探究細(xì)節(jié)，才能得出正確的探究結(jié)果。高中生物教學(xué)實(shí)踐中，為更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)，應(yīng)注重落實(shí)以下內(nèi)容：其一，為學(xué)生系統(tǒng)講解高中生物課本中涉及的實(shí)驗(yàn)知識(shí)。包括實(shí)驗(yàn)常用的物品、實(shí)驗(yàn)試劑的性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)試劑的使用方法，尤其要結(jié)合課本中的實(shí)驗(yàn)為其講解實(shí)驗(yàn)原理，組織開(kāi)展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，使其熟練掌握課本中實(shí)驗(yàn)的操作步驟，并運(yùn)用思維導(dǎo)圖整理好實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)。其二，講解科學(xué)探究的相關(guān)理論?？茖W(xué)探究是人們獲取新知識(shí)的重要途徑。為提高科學(xué)探究效率，教學(xué)實(shí)踐中要為學(xué)生講解科學(xué)探究的步驟：提出問(wèn)題→猜想與假設(shè)→制定實(shí)驗(yàn)方案與步驟→開(kāi)展探究活動(dòng)→收集與分析數(shù)據(jù)→分析與得出結(jié)論，需遵循的原則有科學(xué)性原則、單一變量原則、對(duì)照原則。教學(xué)中對(duì)照課本中的實(shí)驗(yàn)為學(xué)生逐一解釋相關(guān)理論，使其真正地理解與掌握。其三，做好理論知識(shí)掌握情況的檢驗(yàn)。為進(jìn)一步鞏固學(xué)生所學(xué)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生認(rèn)識(shí)與理解上的不足，需圍繞教學(xué)內(nèi)容以及科學(xué)探究理論知識(shí)設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題，要求學(xué)生分析作答，尤其要求其在回答問(wèn)題時(shí)詳細(xì)闡述判斷的依據(jù)。

例1，對(duì)生長(zhǎng)狀態(tài)相同的植物進(jìn)行不同處理，具體操作如圖1所示，則以下說(shuō)法不正確的是（ ）

圖1

A.實(shí)驗(yàn)研究的是探究植物激素對(duì)頂端優(yōu)勢(shì)的影響

B.D與E的操作表明生長(zhǎng)素運(yùn)輸抑制劑和細(xì)胞分裂素有著相同的作用原理

C.至少需要進(jìn)行A、B、C 三個(gè)操作，證實(shí)內(nèi)源生長(zhǎng)素維持了頂端優(yōu)勢(shì)

D.由實(shí)驗(yàn)可得，生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素在調(diào)控頂端優(yōu)勢(shì)中表現(xiàn)為相互拮抗關(guān)系

分析該題需要題意，而后運(yùn)用科學(xué)探究知識(shí)逐一進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)操作確定因變量與自變量，實(shí)驗(yàn)中是否去除頂芽，是否涂抹細(xì)胞分裂素為自變量，因變量是側(cè)芽的生長(zhǎng)，分析可知A 項(xiàng)正確；D 操作中使用生成素運(yùn)輸抑制劑處理后，抑制了生成素的運(yùn)輸，使得側(cè)芽生長(zhǎng)素濃度變低，側(cè)芽生長(zhǎng)。E 操作中細(xì)胞分裂素促進(jìn)細(xì)胞分裂，促進(jìn)側(cè)芽生長(zhǎng)。生長(zhǎng)素運(yùn)輸抑制劑和細(xì)胞分裂素作用原理并不相同。分析A、B、C 操作可知頸尖產(chǎn)生生長(zhǎng)素并向下運(yùn)輸，使得頸尖生長(zhǎng)素濃度較低，側(cè)芽生成素濃度較高，高濃度生長(zhǎng)素抑制側(cè)芽生長(zhǎng)，低濃度生長(zhǎng)素促進(jìn)頂端生長(zhǎng)，維持頂端優(yōu)勢(shì)。細(xì)胞分裂素則通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞分裂維持頂端優(yōu)勢(shì)，顯然生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素在調(diào)控頂端優(yōu)勢(shì)中為相互拮抗關(guān)系。

二、創(chuàng)設(shè)生活探究情境

為更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)，教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)注重采取措施激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究熱情，使其能積極主動(dòng)地思考科學(xué)探究的方案，制定合理的科學(xué)探究計(jì)劃。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，創(chuàng)設(shè)生活探究情境能更好地激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究興趣，獲得良好的教學(xué)效果。同時(shí)，注重多媒體技術(shù)的應(yīng)用，更好地吸引學(xué)生的注意力，增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)探究體驗(yàn)。

例2，某同學(xué)有喝牛奶的習(xí)慣。為探究牛奶中是否含有還原糖以及蛋白質(zhì)，其設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄磕称放婆Ｄ讨惺欠窈幸约斑€原糖蛋白質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)原理：運(yùn)用顏色反應(yīng)進(jìn)行還原糖和蛋白質(zhì)的檢測(cè)。

實(shí)驗(yàn)步驟（見(jiàn)表1）其中A～F代表試管編號(hào)。

（1）a、b、c、d 各是什么內(nèi)容？（2）A、D 兩個(gè)試管的現(xiàn)象和結(jié)論分別是什么？（3）試管A 和哪一組構(gòu)成對(duì)照實(shí)驗(yàn)，對(duì)照的目的是什么？

該探究情境來(lái)源于生活，容易激發(fā)學(xué)生的探究熱情?？茖W(xué)探究應(yīng)遵循單一變量原則，結(jié)合所學(xué)的生物實(shí)驗(yàn)知識(shí)，可知a 應(yīng)為蛋白質(zhì)，b 為2mL 雙縮脲試劑A 液，c為水浴加熱，d 為3～4 滴雙縮脲試劑B 液。斐林試劑與還原糖作用出現(xiàn)磚紅色沉淀，蛋白質(zhì)和雙縮脲作用溶液呈現(xiàn)紫色。對(duì)于試管A的對(duì)照組為B、C兩個(gè)試管，進(jìn)一步增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)服力，證明牛奶中是否含有還原糖。

三、精講科學(xué)探究例題

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)不是一蹴而就的，應(yīng)注重將其融入教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中。其中，例題講解是高中生物教學(xué)中極其重要的環(huán)節(jié)，能很好地鞏固學(xué)生所學(xué)，深化學(xué)生理解，幫助學(xué)生更好地積累科學(xué)探究的經(jīng)驗(yàn)與方法。教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)通過(guò)經(jīng)典例題講解，給學(xué)生解題以及科學(xué)探究活動(dòng)帶來(lái)指引，使其在開(kāi)展探究活動(dòng)時(shí)考慮問(wèn)題更為全面、縝密。

例3，某種藍(lán)藻色素分布在光合片層上，在有機(jī)質(zhì)豐富的水體中大量繁殖時(shí)會(huì)引起水華現(xiàn)象。其產(chǎn)生的毒素具有強(qiáng)烈的肝毒性。查資料得知小檗堿能抑制該藍(lán)藻的生長(zhǎng)。為探究小檗堿抑制藍(lán)藻生長(zhǎng)的機(jī)理，做相關(guān)探究實(shí)驗(yàn)，獲得的數(shù)據(jù)（如圖2所示）：

圖2

（1）該探究實(shí)驗(yàn)的自變量是_____；

（2）由實(shí)驗(yàn)可初步得出小檗堿抑制藍(lán)藻生長(zhǎng)的機(jī)理為_(kāi)____；

（3）通過(guò)測(cè)量___組藍(lán)藻內(nèi)光合色素含量，發(fā)現(xiàn)各小組差異不明顯，由此可進(jìn)一步得出小檗堿抑制藍(lán)藻生長(zhǎng)的機(jī)理為_(kāi)____；

（4）為驗(yàn)證該藍(lán)藻具有強(qiáng)烈的肝毒性，以小白鼠為對(duì)象設(shè)地實(shí)驗(yàn)時(shí)，其中對(duì)照組小白鼠的處理方法為_(kāi)__。

根據(jù)兩組實(shí)驗(yàn)操作的不同可以看到，實(shí)驗(yàn)自變量為光照和小檗堿的濃度。黑暗條件下兩組實(shí)驗(yàn)中的細(xì)胞密度無(wú)差別，而光照條件下兩組實(shí)驗(yàn)細(xì)胞密度差異明顯，可初步得出小檗堿能對(duì)該藍(lán)藻的光合作用產(chǎn)生抑制作用。為進(jìn)一步探究小檗堿的抑制機(jī)理，需測(cè)量乙組藍(lán)藻內(nèi)光合色素含量，若各小組差異光合色素含量不明顯，表明小檗堿抑制光合色素吸收、光能轉(zhuǎn)化或抑制暗反應(yīng)中相關(guān)酶的活性。驗(yàn)證藍(lán)藻的肝毒性時(shí)，對(duì)照組的處理方法為：給該組小白鼠喂實(shí)驗(yàn)組等量的不含有毒素的食物和水，一段時(shí)間后檢查其肝功能。

四、加強(qiáng)科學(xué)探究訓(xùn)練

新高考下培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)應(yīng)認(rèn)識(shí)到：很多科學(xué)探究知識(shí)以及科學(xué)探究技巧需學(xué)生不斷參與科學(xué)探究活動(dòng)，經(jīng)歷犯錯(cuò)、糾錯(cuò)過(guò)程，并認(rèn)真總結(jié)、積累才能獲得。實(shí)踐中應(yīng)做好合理的教學(xué)規(guī)劃，制定詳細(xì)的教學(xué)計(jì)劃，尤其應(yīng)結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況加強(qiáng)科學(xué)探究訓(xùn)練。

例4，細(xì)胞凋亡會(huì)出現(xiàn)體積變小，位于質(zhì)膜內(nèi)側(cè)磷脂酰絲氨酸（PS）外翻等情況。為探究白細(xì)胞介素-1（IL-1）給誘導(dǎo)紅細(xì)胞凋亡產(chǎn)生的影響，使用1ng/mL 濃度的IL-1處理小鼠紅細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果如圖3所示：

圖3

（1）實(shí)驗(yàn)中的可變因素為_(kāi)___，得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論為_(kāi)___；

（2）6h 和12h 組有著相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，原因可能為未能完全模擬血漿中多種細(xì)胞因子的協(xié)同作用，因此，需要增加_____組；

（3）為對(duì)外露的PS 進(jìn)行檢測(cè)，常加入帶熒光標(biāo)記的抗體與之特異性結(jié)合，如圖4所示：

圖4

①人體內(nèi)血清中的抗體由___細(xì)胞分泌；②方法B中可結(jié)合多個(gè)抗體b 的原理為_(kāi)___；③與方法A 相比，方法B的優(yōu)點(diǎn)為_(kāi)___。

分析實(shí)驗(yàn)與對(duì)照組實(shí)驗(yàn)操作可知，實(shí)驗(yàn)可變因素為時(shí)間、IL-1 的有無(wú)。對(duì)比得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論為IL-1 可誘導(dǎo)紅細(xì)胞凋亡，12h 內(nèi)效果不明顯。12h 以后隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)，誘導(dǎo)作用越強(qiáng)。根據(jù)題干提示可知需要增加IL-1 與多種細(xì)胞因子實(shí)驗(yàn)組。血清中抗體的本質(zhì)為蛋白質(zhì)，其有效應(yīng)B 細(xì)胞分泌。由圖4 可知方法B 中抗體a 先抗體b 結(jié)合，在于熒光分子結(jié)合，表明抗體a 存在多個(gè)與抗體b 的結(jié)合位點(diǎn)。因方法B 結(jié)合的熒光分子較多，熒光更強(qiáng)，便于檢測(cè)。

五、提供動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)

新高考下培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)應(yīng)注重給學(xué)生提供親自動(dòng)手的實(shí)踐機(jī)會(huì)，使其親身體會(huì)實(shí)踐過(guò)程，發(fā)現(xiàn)與解決探究過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題，增加高中生物學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，鍛煉其科學(xué)探究能力。一方面，要做好實(shí)踐活動(dòng)的設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備，嚴(yán)格控制實(shí)踐活動(dòng)難度，使學(xué)生聯(lián)系所學(xué)找到實(shí)踐的思路。另一方面，注重實(shí)踐過(guò)程的跟蹤。為提高實(shí)踐效率，學(xué)生進(jìn)行動(dòng)手操作時(shí)教師應(yīng)走下講臺(tái)，觀察學(xué)生的具體操作，看學(xué)生還存在哪些需要改進(jìn)的細(xì)節(jié)，及時(shí)給學(xué)生指出來(lái)，確保其順利完成實(shí)踐任務(wù)。

例5，成熟葉片中含有較多的脫落酸而不含細(xì)胞分裂素。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究“細(xì)胞分裂素能否抑制葉片衰老”。實(shí)驗(yàn)步驟：①________；②_______；實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)結(jié)果與結(jié)論：若______，則結(jié)論為_(kāi)____；若______，則結(jié)論為_(kāi)____；若______，則結(jié)論為_(kāi)____；

為保證探究實(shí)踐活動(dòng)的順利開(kāi)展，在進(jìn)行探究操作前要求學(xué)生搞清楚實(shí)驗(yàn)原理，把握實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注重設(shè)計(jì)對(duì)照，而設(shè)計(jì)對(duì)照應(yīng)遵循單一變量原則，并且因探究結(jié)論未知需要提出所有可能的假設(shè)，更好地指導(dǎo)實(shí)踐活動(dòng)的開(kāi)展?；趦?chǔ)備的生物實(shí)驗(yàn)知識(shí)，學(xué)生制定如下實(shí)驗(yàn)步驟：選取一片生長(zhǎng)旺盛、面積大小合適的葉片，沿葉脈將葉片劃分成左右兩個(gè)部分。其中左半部分涂上一定濃度的細(xì)胞分裂素，右半部分涂上等量的清水。放在適宜條件下記錄左右葉片保持鮮綠的時(shí)間t1、t2。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有三種：t1＞t2、t1=t2、t1＜t2分別對(duì)應(yīng)三種實(shí)驗(yàn)結(jié)論：細(xì)胞分裂素延緩葉片衰老、細(xì)胞分裂素?zé)o延緩葉片衰老作用、細(xì)胞分裂素促進(jìn)葉片衰老作用。在此基礎(chǔ)上鼓勵(lì)學(xué)生開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng)，經(jīng)驗(yàn)證得出t1＞t2，細(xì)胞分裂素具有延緩葉片衰老的作用，如此既增加了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究興趣，鍛煉了其實(shí)驗(yàn)探究能力，又加深了學(xué)生對(duì)細(xì)胞分裂素作用的認(rèn)識(shí)。

六、重視科學(xué)探究總結(jié)

新高考下培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)應(yīng)認(rèn)識(shí)到總結(jié)的重要性。對(duì)學(xué)生而言，通過(guò)總結(jié)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)與彌補(bǔ)科學(xué)探究中的不足，指引其針對(duì)性地改進(jìn)；對(duì)教師而言，通過(guò)總結(jié)能夠掌握學(xué)情以及自身教學(xué)活動(dòng)中的問(wèn)題，為開(kāi)展教學(xué)優(yōu)化活動(dòng)提供真實(shí)的依據(jù)。實(shí)踐中根據(jù)教學(xué)進(jìn)度以及生物實(shí)驗(yàn)知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系，專門(mén)預(yù)留空白時(shí)間要求學(xué)生從生物實(shí)驗(yàn)、科學(xué)探究基礎(chǔ)知識(shí)以及科學(xué)探究技能方面進(jìn)行總結(jié)，構(gòu)建科學(xué)探究知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，教師要認(rèn)真分析學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)提升情況以及學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)，總結(jié)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，通過(guò)與學(xué)生溝通交流，積極向經(jīng)驗(yàn)豐富的教師請(qǐng)教，做好相關(guān)教學(xué)方法、教學(xué)環(huán)節(jié)的調(diào)整，將教學(xué)水平以及學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)的能力提升到一個(gè)新的高度。

綜上所述，科學(xué)探究素養(yǎng)在高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)中占有重要地位，是新高考考查的重點(diǎn)。實(shí)踐表明，灌輸科學(xué)探究基礎(chǔ)知識(shí)、創(chuàng)設(shè)生活探究情境、精講科學(xué)探究例題、加強(qiáng)科學(xué)探究訓(xùn)練、提供動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)、重視科學(xué)探究總結(jié)在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)上效果明顯，可結(jié)合實(shí)際情況加以針對(duì)性地借鑒，以順利完成培養(yǎng)目標(biāo)。