借助實(shí)驗(yàn)情境提升學(xué)生生物科學(xué)思維品質(zhì)的研究

李 婷 賈亞蘭

(揚(yáng)州市江都區(qū)大橋高級(jí)中學(xué),江蘇 揚(yáng)州 225211)

在高中生物教育體系中,實(shí)驗(yàn)教學(xué)占據(jù)重要地位,教材內(nèi)容中各類實(shí)驗(yàn)的步驟、結(jié)論占據(jù)大量篇幅,新課程標(biāo)準(zhǔn)也重視對(duì)學(xué)生生物科學(xué)態(tài)度和思維的培養(yǎng).通過(guò)開展實(shí)驗(yàn)教學(xué),學(xué)生能在實(shí)驗(yàn)中探究得出重要知識(shí)結(jié)論,從實(shí)驗(yàn)過(guò)程中思考問(wèn)題,提升觀察能力、動(dòng)手能力,學(xué)會(huì)以科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度去發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題.高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于學(xué)生的生物核心素養(yǎng)培養(yǎng)具有重要意義,幫助學(xué)生將生物科學(xué)思維落實(shí)于實(shí)踐,從理論和實(shí)踐雙方面提升學(xué)生的生物科學(xué)思維品質(zhì).

1 開展生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)生物科學(xué)思維品質(zhì)的意義

1.1 激發(fā)學(xué)生生物研究興趣

在高中生物教學(xué)中,讓學(xué)生親自動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作才能使生物知識(shí)給學(xué)生留下深刻印象,激發(fā)其生物探索熱情和興趣.實(shí)驗(yàn)操作突破教材講解這一平面的學(xué)習(xí)狀態(tài),具有一定的趣味性,學(xué)生在其中大多保持高漲的學(xué)習(xí)熱情,能夠使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)中激發(fā)自身學(xué)習(xí)動(dòng)力,更專注于知識(shí)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和記憶,培養(yǎng)學(xué)生投入生物研究的興趣.

1.2 提高學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新能力

生物重要的知識(shí)結(jié)論都來(lái)源于科學(xué)家們的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新,生物教育的目標(biāo)在于培養(yǎng)高素質(zhì)生物人才,自然也離不開對(duì)學(xué)生生物研究創(chuàng)新思維的鍛煉.通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作,學(xué)生能夠切身體會(huì)生物實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行,從實(shí)際場(chǎng)景中觀察和研究實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,思考實(shí)驗(yàn)問(wèn)題,在長(zhǎng)期的鍛煉中逐漸掌握生物實(shí)驗(yàn)的思維邏輯,提高創(chuàng)新能力.

1.3 培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度

在高中生物實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)中,學(xué)生能夠從嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)操作中感受生物科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度,感受實(shí)驗(yàn)操作中的科學(xué)性.教師在進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)要先向?qū)W生提出生物實(shí)驗(yàn)的基本準(zhǔn)則以及使用生物實(shí)驗(yàn)室內(nèi)各種器材的規(guī)則方法,著重強(qiáng)調(diào)一些實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的重要步驟操作不能出現(xiàn)任何差錯(cuò),潛移默化地向?qū)W生灌輸生物實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性.通過(guò)高中生物的實(shí)驗(yàn)操作,學(xué)生能夠逐漸理解生物實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)則的要求,摸索生物實(shí)驗(yàn)的科學(xué)規(guī)律,感悟體會(huì)生物實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性、科學(xué)性.

2 實(shí)驗(yàn)情境下提升農(nóng)村高中生生物科學(xué)思維品質(zhì)的策略建議

2.1 靈活選擇實(shí)驗(yàn)材料

農(nóng)村相較于城市,在經(jīng)濟(jì)水平、文化認(rèn)知方面都相對(duì)較差,資金、資源等都比較缺乏,對(duì)于農(nóng)村高中學(xué)校而言,大部分農(nóng)村學(xué)校的硬件條件都較差,在實(shí)驗(yàn)教育上可投入的資金都相對(duì)短缺.開展生物科學(xué)實(shí)驗(yàn)需要大量的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)藥品,這些材料通常都十分昂貴,許多實(shí)驗(yàn)器材和藥品材料的儲(chǔ)存條件也較為苛刻,需要專門的儲(chǔ)存空間和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所來(lái)確保其能夠正常使用.另外,許多生物實(shí)驗(yàn)所需要的器材還必須實(shí)時(shí)確定其狀態(tài),及時(shí)檢查檢修.種種實(shí)驗(yàn)開展的客觀條件都要求學(xué)校具備充足的資金與人力來(lái)維持和管理,而農(nóng)村學(xué)校的教育資金狀況往往無(wú)法維持良好的實(shí)驗(yàn)條件,無(wú)法為學(xué)生創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,導(dǎo)致能直接接觸生物實(shí)驗(yàn)操作的學(xué)生數(shù)量大大受限[1],學(xué)生生物科學(xué)思維品質(zhì)素養(yǎng)的提升也面臨一定阻礙.因此就要求教師在教學(xué)時(shí)盡力尋找一些實(shí)驗(yàn)材料的替代品來(lái)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)材料,采用生活中可找到的材料來(lái)進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn).例如“制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”的實(shí)驗(yàn)中,教師可以選擇塑料泡沫、彩色塑料片或硬紙片、鐵絲、曲別針、橡皮泥等生活中常見的、易獲得的材料作為實(shí)驗(yàn)道具,按照教材要求來(lái)制作相應(yīng)模型,完成實(shí)驗(yàn).還有“用高倍顯微鏡觀察葉綠體”的實(shí)驗(yàn)教學(xué),這一實(shí)驗(yàn)需要用到實(shí)驗(yàn)材料黑藻,但是黑藻獲取途徑少需要單獨(dú)購(gòu)買,增加教學(xué)成本,基于這一因素可以使用菠菜來(lái)代替黑藻進(jìn)行觀察實(shí)驗(yàn).在觀察細(xì)胞時(shí)還可以對(duì)菠菜不同位置的細(xì)胞進(jìn)行觀察對(duì)比,判斷不同位置葉綠體的分布狀況,既不干擾實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行,還能從中思考不同因素對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響.

2.2 改進(jìn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案

創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案需要符合學(xué)生的真實(shí)操作水平,控制適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)操作難度,安排合理的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)間,提高實(shí)驗(yàn)的可操作性,減少學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作學(xué)習(xí)的畏難心理,提升學(xué)生對(duì)于生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的接受度和參與度,力求在激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)熱情的基礎(chǔ)上,掌握豐富生物知識(shí),提高其生物實(shí)驗(yàn)技能[2].例如,在“酵母菌呼吸方式”的實(shí)驗(yàn)中,對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性要求很高,實(shí)驗(yàn)中的有氧條件和無(wú)氧條件需要操作者嚴(yán)格控制,在完成操作觀察現(xiàn)象時(shí)需要檢測(cè)二氧化碳濃度和有無(wú)酒精,二者的檢測(cè)難度都較大.常規(guī)的實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施具有一定的困難,由此可以適當(dāng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案,在嚴(yán)格保持實(shí)驗(yàn)裝置氣密性的基礎(chǔ)上利用酶的高效性,采用過(guò)氧化氫分解制取氧氣的方法創(chuàng)造有氧條件;可以采用較小的注射器使二氧化碳變化表現(xiàn)更明顯,并且實(shí)時(shí)觀測(cè)注射器刻度的變化情況,更直觀地觀測(cè)到二氧化碳生成的快慢情況.通過(guò)調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案,合理降低實(shí)驗(yàn)進(jìn)行難度,為實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行創(chuàng)造條件,同時(shí)也是對(duì)學(xué)生思維靈活性、創(chuàng)新性的培養(yǎng),鼓勵(lì)其在生物學(xué)習(xí)中大膽創(chuàng)新,通過(guò)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作,學(xué)生能夠充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性,自覺地進(jìn)入生物學(xué)習(xí)狀態(tài),實(shí)際操作時(shí)學(xué)生大多會(huì)將課堂學(xué)習(xí)目標(biāo)轉(zhuǎn)移至實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到困難知識(shí)時(shí)能夠積極回顧和學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)涉及的知識(shí)點(diǎn),從而促進(jìn)學(xué)生自覺深入探索思考,提升其思維品質(zhì)的創(chuàng)新性和深刻性.

2.3 組建不同實(shí)驗(yàn)小組

受限于硬件資源的短缺和信息來(lái)源的閉塞,很多情況下農(nóng)村生物課堂無(wú)法保證在每個(gè)實(shí)驗(yàn)中所有學(xué)生都能動(dòng)手參與,針對(duì)此情況,教師可以采取劃分實(shí)驗(yàn)小組的方式來(lái)提升學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)理解.為保證學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的學(xué)習(xí)效果,提高學(xué)生在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中的參與度,在面對(duì)兩個(gè)相似的實(shí)驗(yàn)時(shí)可以組建兩個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)小組,分別進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn),在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)小組下再細(xì)致劃分每位小組成員,確保每位學(xué)生都能參與到實(shí)驗(yàn)操作中來(lái).例如“探索生長(zhǎng)素類似物促進(jìn)插條生根的最適濃度”的實(shí)驗(yàn)中,該實(shí)驗(yàn)需要探究“生根數(shù)”和“平均生根長(zhǎng)度”兩方面的變量實(shí)驗(yàn)[3],但是兩種因變量的實(shí)驗(yàn)操作大致是類似的,因此教師就可以在進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)時(shí)將學(xué)生劃分為兩個(gè)大組,分別進(jìn)行兩種實(shí)驗(yàn)因變量的探究.在不同的實(shí)驗(yàn)探究中,學(xué)生積極對(duì)比與其他人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從中更好地掌握生物實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)的規(guī)律,進(jìn)而培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和獨(dú)立性思維品質(zhì).

2.4 拓展延伸現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)

教師可以基于現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件,通過(guò)改變一些實(shí)驗(yàn)步驟豐富實(shí)驗(yàn)情境,創(chuàng)造多元思考的問(wèn)題,使有限的實(shí)驗(yàn)資源發(fā)揮更大的教育價(jià)值.例如研究植物細(xì)胞吸水和失水的實(shí)驗(yàn),在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)首先按照教材中給定的0.3 g/mL濃度的蔗糖溶液開展,在完成了這一濃度的實(shí)驗(yàn)后,教師可以引導(dǎo)學(xué)生改變蔗糖溶液的濃度,配置多個(gè)濃度的蔗糖溶液,再按照教材規(guī)定的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作,觀察并記錄不同蔗糖濃度下細(xì)胞的質(zhì)壁分離情況,以及滴加清水后細(xì)胞的復(fù)原狀況.在單一的生物實(shí)驗(yàn)中改變實(shí)驗(yàn)變量狀況,得出結(jié)論來(lái)更深入地驗(yàn)證已知結(jié)論,通過(guò)對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)的延伸拓展來(lái)深化學(xué)生的思考,培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)[4].學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中獲得充實(shí)的知識(shí)體驗(yàn),生物實(shí)驗(yàn)課為學(xué)生的創(chuàng)新性發(fā)展創(chuàng)造不可替代的客觀條件,使其有機(jī)會(huì)在科學(xué)的邏輯和豐富的科學(xué)知識(shí)指導(dǎo)下對(duì)實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行實(shí)際性的創(chuàng)新,或基于切身實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新性思考,極大程度地開拓學(xué)生多元發(fā)展的空間,培養(yǎng)思維品質(zhì)的靈活性.

2.5 構(gòu)建科學(xué)評(píng)價(jià)體系

對(duì)于高中學(xué)生而言,其自身對(duì)于生物實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知理解就比較淺層,在許多高中學(xué)生的認(rèn)知里,生物實(shí)驗(yàn)與實(shí)際生活和學(xué)習(xí)的關(guān)系都較為遙遠(yuǎn),認(rèn)為生物實(shí)驗(yàn)僅僅是教材內(nèi)容的實(shí)體化版本,自身的學(xué)習(xí)任務(wù)僅停留在掌握實(shí)驗(yàn)結(jié)論理論層面,是否動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果如何對(duì)于他們而言都不重要,只關(guān)注知識(shí)點(diǎn)的記憶學(xué)習(xí)以及考試分?jǐn)?shù)的提升,意識(shí)不到實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程對(duì)于個(gè)人發(fā)展的深層意義.還有許多學(xué)生在有條件參與生物實(shí)驗(yàn)操作時(shí),不重視實(shí)驗(yàn)操作,不嚴(yán)格要求自己,對(duì)實(shí)驗(yàn)課的態(tài)度較為敷衍,實(shí)驗(yàn)課在這些學(xué)生面前僅僅是教師布置的實(shí)踐任務(wù),而看不到其對(duì)自身生物科學(xué)思維品質(zhì)培養(yǎng)的意義,認(rèn)識(shí)不到實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)對(duì)于自身生物核心素養(yǎng)以及綜合學(xué)習(xí)能力鍛煉的深層次意義.針對(duì)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué),教師的教學(xué)評(píng)價(jià)體系也應(yīng)當(dāng)更適用于實(shí)驗(yàn)成果的考查,完善教學(xué)評(píng)價(jià)體系,使其更符合學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)水平,提高學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的重視度以及參與度.對(duì)于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程,教師可以采取多元化的評(píng)價(jià)方案,如小組自評(píng)與互評(píng)結(jié)合,教師進(jìn)行最終審核補(bǔ)充評(píng)價(jià).小組自評(píng)互評(píng)后,學(xué)生要積極發(fā)現(xiàn)自己實(shí)驗(yàn)方案和步驟中的問(wèn)題并調(diào)整修改獲得解決方案,最終得出完整實(shí)驗(yàn)方案提交給教師.教師也要盡量對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案做出正面評(píng)價(jià),發(fā)掘其在實(shí)驗(yàn)中的創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)態(tài)度,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究興趣,促進(jìn)學(xué)生在長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)鍛煉中逐漸養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,培養(yǎng)生物科學(xué)研究必不可少的科學(xué)觀念,提升其生物批判性思維,提高生物核心素養(yǎng).

綜上所述,在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐不斷被重視強(qiáng)調(diào)的今天,高中生物教師必須意識(shí)到生物實(shí)驗(yàn)操作的重要性,重視學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)培養(yǎng),發(fā)掘生物實(shí)驗(yàn)中蘊(yùn)含的科學(xué)素養(yǎng),提高學(xué)生生物學(xué)習(xí)能力,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究意識(shí).