高中生物學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化策略分析

張俊香

摘 要：探究性學(xué)習(xí)不僅是新課改的研究熱點(diǎn)，還是課堂授課的重要切入點(diǎn)，促使教師投入更多的時(shí)間和精力開展探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。高中生物學(xué)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)的地位和作用也越來越突出，探究性實(shí)驗(yàn)也需要優(yōu)化，達(dá)到提高學(xué)生操作技能、科學(xué)思維的目的。文章簡述生物探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)形式，并從實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、提出問題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、交流評價(jià)等多個(gè)方面，探究如何優(yōu)化高中生物探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，旨在提高生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，助力學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)形成。

關(guān)鍵詞：高中生物學(xué)；探究性實(shí)驗(yàn)；優(yōu)化

當(dāng)前教育體制下，高中生物學(xué)教學(xué)中，學(xué)生不僅要熟練掌握專業(yè)知識和技能，還要加強(qiáng)對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，包括科學(xué)探究能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維等。高中生物是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，教學(xué)中合理利用探究性實(shí)驗(yàn)?zāi)苤W(xué)生知識、技能和素養(yǎng)的發(fā)展。對此，教師應(yīng)主動優(yōu)化探究性實(shí)驗(yàn)，教學(xué)中加強(qiáng)對學(xué)生的引導(dǎo)，使學(xué)生充分利用已有條件參與到探究之中，進(jìn)而掌握和理解生物知識。

一、高中生物探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)形式

（一）挖掘教材內(nèi)容，注重經(jīng)典實(shí)驗(yàn)

從學(xué)生認(rèn)知規(guī)律出發(fā)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要以學(xué)生現(xiàn)有知識、經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過探究和分析建構(gòu)新的知識體系。而教材中的實(shí)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)內(nèi)容，也是探究其他實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，教師應(yīng)依據(jù)教學(xué)目標(biāo)要求，參考學(xué)生學(xué)情，對教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸?、補(bǔ)充和簡化，作為探究性實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充材料，如教師可以將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改編為探究性實(shí)驗(yàn)[1]。另外，教材受到篇幅的限制，部分實(shí)驗(yàn)過程被簡化，教師可以將其作為重點(diǎn)探究內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

（二）精細(xì)挑選內(nèi)容，激發(fā)探究興趣

學(xué)生需要對探究實(shí)驗(yàn)有足夠的興趣，才能主動沉浸其中，這就意味著教師所挑選的探究內(nèi)容必須滿足以下三點(diǎn)要求：第一，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要貼合學(xué)生生活，如在探究環(huán)境因素對光合作用強(qiáng)度影響時(shí)，可以選擇“如何提高農(nóng)作物產(chǎn)量”來切入實(shí)驗(yàn)；第二，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要具有一定的難度，且貼合學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”，這樣既可以保證實(shí)驗(yàn)中提出的問題具有探究價(jià)值，又可以避免因?qū)嶒?yàn)難度過高打擊學(xué)生的探究熱情；第三，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要具有可操作性，教師應(yīng)選擇現(xiàn)象明顯、實(shí)驗(yàn)周期短的實(shí)驗(yàn)，不能選擇對儀器、環(huán)境嚴(yán)苛的實(shí)驗(yàn)，如此才能保證探究結(jié)果的有效性。

（三）巧妙設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)實(shí)踐能力

探究性實(shí)驗(yàn)的特別之處在于能有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生通過操作了解實(shí)驗(yàn)過程，探究科學(xué)本質(zhì)，領(lǐng)悟其中的科學(xué)精神，并逐步形成科學(xué)方法觀[2]。因此，教師在設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)時(shí)，要對教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行巧妙的設(shè)計(jì)，以保證實(shí)驗(yàn)流程具有探究性。

二、高中生物學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化策略

對于高中生而言，探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展，是助力其知識、技能和素養(yǎng)發(fā)展的重要舉措。教學(xué)中每一個(gè)環(huán)節(jié)都至關(guān)重要，因此，教師在優(yōu)化時(shí)應(yīng)從具體環(huán)節(jié)入手，具體內(nèi)容如下：

（一）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，掃清正式教學(xué)障礙

所謂“實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備”環(huán)節(jié)，指的是教師在備課時(shí)提前進(jìn)行的預(yù)實(shí)驗(yàn)。正所謂：紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。教材中的理論較為淺顯，教師為了保證探究性實(shí)驗(yàn)順利開展，需要提前操作實(shí)驗(yàn)，梳理實(shí)驗(yàn)操作中的干擾因素、過失因素和注意事項(xiàng)，從中提煉出學(xué)生探究的重難點(diǎn)，并針對性優(yōu)化實(shí)驗(yàn)開展方案，為正式教學(xué)掃清障礙[3]。

以人教版高中生物選擇性必修2《第5節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性》教學(xué)為例，本課中教師多是通過指導(dǎo)學(xué)生完成“生態(tài)缸”的制作，在觀察中分析生態(tài)缸中生物種類和數(shù)量的變化，探究“生態(tài)缸的穩(wěn)定性”。但考慮到生態(tài)缸中生物組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，教師應(yīng)提前對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作和分析，以保證課堂順利指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)探究。首先，教師應(yīng)確定實(shí)驗(yàn)探究目標(biāo)和原理，即用生態(tài)缸來模擬簡單的生態(tài)系統(tǒng)，通過對其中基礎(chǔ)成分的合理組織以及營養(yǎng)級比例的控制，保證人工微生態(tài)系統(tǒng)的科學(xué)性與合理性。其次，教師要結(jié)合對探究性實(shí)驗(yàn)的分析，來選擇恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)材料，如玻璃板和黏膠可以用來搭建生態(tài)系統(tǒng)的框架，但要注重密封性，避免因人工微生態(tài)環(huán)境與自然環(huán)境“連接”而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。另外，在收集生態(tài)系統(tǒng)基本成分時(shí)，要選擇腐殖質(zhì)較多的土，以及動植物、微生物等，構(gòu)成合適的食物鏈結(jié)構(gòu)，保證其中有物質(zhì)循環(huán)和能量流動。最后，布置好生態(tài)缸后將其放在通風(fēng)且光線較好的位置，并觀察其中生態(tài)系統(tǒng)的變化，結(jié)合真實(shí)結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)的成功之處和失敗之處，再針對失敗之處進(jìn)行合理優(yōu)化，總結(jié)容易對實(shí)驗(yàn)造成干擾的條件，避免學(xué)生在探究時(shí)走進(jìn)思維誤區(qū)。值得注意的是，人工生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是有條件的，也是暫時(shí)性的，非常有可能因?yàn)槟硞€(gè)條件的變化打破穩(wěn)定性，因此，教師要做好應(yīng)對突發(fā)狀況的準(zhǔn)備，并將這種“變化”作為深入探究的契機(jī)。

（二）優(yōu)化學(xué)生預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，調(diào)動參與實(shí)驗(yàn)積極性

預(yù)習(xí)是教學(xué)活動的開始，也是學(xué)生作為主體參與的首要環(huán)節(jié)。常規(guī)預(yù)習(xí)方式中，學(xué)生多是帶著問題去看書，思維仍然順著教材編排方向前進(jìn)，無法準(zhǔn)確抓住實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的重難點(diǎn)。對此，在探究性實(shí)驗(yàn)優(yōu)化中，教師要注重優(yōu)化學(xué)生預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，要求其在自主預(yù)習(xí)后，設(shè)計(jì)“圖表式實(shí)驗(yàn)學(xué)案”完整呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)流程，包括實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)論[4]。同時(shí)，為了降低學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)難度，教師應(yīng)對實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)給予提示，方便學(xué)生抓住預(yù)習(xí)要點(diǎn)，進(jìn)而最大程度上調(diào)動學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性，以保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。

以人教版高中生物必修第一冊《探究·實(shí)踐 用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)的流動》教學(xué)為例，教師應(yīng)為學(xué)生提供預(yù)習(xí)任務(wù)單，給出實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵信息，并要求學(xué)生在預(yù)習(xí)中完成對“葉綠體和細(xì)胞質(zhì)流動”的觀察。首先，教師向?qū)W生分享微課視頻，展示某兩位學(xué)生在顯微鏡視野下拍攝的黑藻胞質(zhì)視頻，一個(gè)視頻中有明顯的胞質(zhì)環(huán)流現(xiàn)象，另一個(gè)視頻中的胞質(zhì)環(huán)流現(xiàn)象卻不明顯。而后，教師在預(yù)習(xí)任務(wù)單中提出引導(dǎo)性問題：①通過收集資料，探究細(xì)胞質(zhì)的流動與哪些因素相關(guān)？②自行利用黑藻、顯微鏡、水浴鍋、膠頭滴管、吸水紙、載玻片、蓋玻片等材料完成實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證自己的猜測。其次，學(xué)生在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)中，通過理論知識的學(xué)習(xí)猜測“光照、溫度、葉齡”可能是影響黑藻胞質(zhì)環(huán)流的關(guān)鍵因素，并結(jié)合自身的觀點(diǎn)獨(dú)立嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，如在驗(yàn)證“光照”對胞質(zhì)環(huán)流影響時(shí)，對黑藻葉片分別進(jìn)行強(qiáng)光和弱光處理，再對比不同光照下黑藻胞質(zhì)環(huán)流的速度；在驗(yàn)證“溫度”對胞質(zhì)環(huán)流影響時(shí)，將黑藻分別放在高溫、適溫、低溫不同環(huán)境下，再用顯微鏡觀察黑藻胞質(zhì)環(huán)流的速度；在驗(yàn)證“葉齡”對胞質(zhì)環(huán)流影響時(shí)，選取黑藻上的老葉和幼葉分別制作成水裝片，觀察其中黑藻胞質(zhì)環(huán)流的速度。最后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果，撰寫“圖表式實(shí)驗(yàn)學(xué)案”，將實(shí)驗(yàn)猜想、設(shè)計(jì)方案、探究過程以文字、圖片的形式呈現(xiàn)出來，學(xué)會用科學(xué)的思維來解決問題。同時(shí)，還要將實(shí)驗(yàn)中遇到的困惑整理起來，課堂中與師生共同探究解決。

（三）優(yōu)化提出問題環(huán)節(jié)，突出實(shí)驗(yàn)探究難點(diǎn)

問題是開展探究活動的源頭，學(xué)生只有認(rèn)識問題、發(fā)現(xiàn)問題，才會積極動腦思考去解決問題。愛因斯坦認(rèn)為“發(fā)現(xiàn)問題往往比解決問題更重要”，這充分說明了發(fā)現(xiàn)問題才是解決問題的前提。因此，教師應(yīng)重視對“提出問題”環(huán)節(jié)的優(yōu)化，具體來說，教師可以將探究性內(nèi)容轉(zhuǎn)化為問題情境，引導(dǎo)學(xué)生沉浸其中，并主動搜集資料分析問題，這一過程中，教師要給予學(xué)生更多的鼓勵，敢于發(fā)散思維大膽想象。此外，教師還要注重啟發(fā)學(xué)生主動提出問題，在問題情境的啟發(fā)下，提出實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，并作為實(shí)驗(yàn)探究中的重難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生在比較、分析、概括、重組中有序解決，最終提煉出實(shí)驗(yàn)的原理及相關(guān)知識，構(gòu)建更完善的知識體系。

以人教版高中生物必修第一冊《探究·實(shí)踐 探究植物細(xì)胞的吸水和失水》教學(xué)為例，教材中的實(shí)驗(yàn)是利用“特定濃度的蔗糖溶液”來完成實(shí)驗(yàn)，為了突出實(shí)驗(yàn)的探究性，教師應(yīng)對實(shí)驗(yàn)過程中的提問方式和內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到有效啟發(fā)學(xué)生思維的目的。首先，教師指導(dǎo)學(xué)生按照教材中的提示操作實(shí)驗(yàn)后，提出問題：“教材中為什么要指定蔗糖溶液的濃度？不同濃度的蔗糖溶液會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成怎樣的影響？”讓學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)展開討論，并嘗試通過控制變量的方式設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)，將蔗糖溶液濃度改為30%、40%和50%，分別完成實(shí)驗(yàn)后觀察細(xì)胞的吸水和失水狀況。其次，當(dāng)學(xué)生認(rèn)識到蔗糖溶液濃度對細(xì)胞吸水、失水的影響后，教師再次提出問題：“能否用其他溶液來代替蔗糖溶液？”啟發(fā)學(xué)生聯(lián)想生活經(jīng)驗(yàn)展開思考，如西紅柿切成塊撒上白糖后，會有較多的水分析出；青菜加鹽腌制后也會有水分析出等。通過一系列的生活現(xiàn)象推斷出，一定濃度的NaCl溶液可以代替蔗糖溶液完成實(shí)驗(yàn)。最后，教師鼓勵學(xué)生設(shè)計(jì)以“特定濃度的NaCl溶液”探究植物細(xì)胞吸水和失水?；诖?，通過提問將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為探究性實(shí)驗(yàn)，并在過程中注重培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維和主動探究能力，激活學(xué)生的思維靈感。

（四）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，鍛煉解決問題能力

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是保證實(shí)驗(yàn)順利操作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是將問題與結(jié)論聯(lián)系起來的“橋梁”，能否制訂出切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)方案，能間接體現(xiàn)出學(xué)生解決問題能力水平。教師作為課堂中的引導(dǎo)者，不能一味地幫助學(xué)生制訂實(shí)驗(yàn)方案，而是要幫助學(xué)生根據(jù)自己的設(shè)想去制訂方案，并在操作中沿著方案思路解決問題。一般來說，教師可以從兩個(gè)方面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，一方面，搭建問題框架，借助問題助力學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和關(guān)鍵，另一方面，抓住實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的核心，訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用科學(xué)的方法來建立實(shí)驗(yàn)過程，如求同法、剩余法、共變法等[5]。如此一來，學(xué)生從發(fā)展變化視角出發(fā)操作實(shí)驗(yàn)，并利用辯證思維去分析實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中的不足。

以人教版高中生物必修第一冊《探究·實(shí)踐 探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式》教學(xué)為例，教師應(yīng)突出學(xué)生主體地位，鼓勵其自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。首先，教師指導(dǎo)學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)探究主題，并在要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)前，先解決如下問題：①實(shí)驗(yàn)中有哪些自變量、哪些因變量？②為了探究氧氣對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，怎樣控制有氧、無氧的條件？③特定濃度的NaOH溶液作用是什么？學(xué)生需要弄清楚以上問題后，再與小組成員根據(jù)觀點(diǎn)來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。其次，學(xué)生設(shè)計(jì)包含“探究課題、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)用具、實(shí)驗(yàn)步驟、預(yù)期結(jié)果、注意事項(xiàng)”的探究性實(shí)驗(yàn)表格，實(shí)驗(yàn)操作中將實(shí)驗(yàn)信息記錄下來，用以解決以上問題，如學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，有氧、無氧條件下澄清石灰水都會變得渾濁，但有氧環(huán)境下石灰水渾濁度更高。同時(shí)，有氧條件下酸性重鉻酸鉀不變色，而在無氧條件下酸性重鉻酸鉀會變成灰綠色。由此，學(xué)生通過分析得出結(jié)論，酵母菌有氧呼吸會產(chǎn)生二氧化碳和水，而無氧呼吸則會產(chǎn)生酒精和二氧化碳。

（五）優(yōu)化交流評價(jià)環(huán)節(jié)，解決實(shí)驗(yàn)探究疑惑

探究性實(shí)驗(yàn)開展的目的是吸引學(xué)生真正參與到探究過程，掌握科學(xué)探究方法的同時(shí)培養(yǎng)創(chuàng)新意識，因此，不必過于重視實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否統(tǒng)一。優(yōu)化過程中，教師應(yīng)將實(shí)驗(yàn)評價(jià)環(huán)節(jié)分為兩個(gè)模塊，一是實(shí)驗(yàn)前交流，鼓勵學(xué)生提出探究問題及設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，評價(jià)學(xué)生的猜想和假設(shè)是否貼合探究主題，二是實(shí)驗(yàn)操作后交流，通過集體交流的方式，對實(shí)驗(yàn)中的疑惑和結(jié)論展開進(jìn)一步探究。值得注意的是，部分學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)解決問題的基礎(chǔ)上衍生出新的問題，無法通過原有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，教師應(yīng)在交流評價(jià)中引導(dǎo)學(xué)生集體討論，為每個(gè)學(xué)生提供發(fā)表觀點(diǎn)的機(jī)會，并自主設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)解決生成的新問題，形成一個(gè)良性的學(xué)習(xí)循環(huán)。

以人教版高中生物必修第一冊《探究·實(shí)踐 影響酶活性的條件》教學(xué)為例，教師指導(dǎo)學(xué)生分組完成“用淀粉酶探究pH值對酶活性的影響”時(shí)，不同小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在差異，可以借助設(shè)計(jì)交流點(diǎn)評活動，幫助學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的疑惑。首先，教師在各小組完成實(shí)驗(yàn)操作后，邀請各小組代表上臺匯報(bào)實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果，并鼓勵其他小組認(rèn)真聆聽后，對實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)論展開交流和評價(jià)。如某小組在實(shí)驗(yàn)過程中，遇到“淀粉酶遇碘不變藍(lán)”的意外情況，探究后小組成員初步猜測“與實(shí)驗(yàn)中的堿性環(huán)境”相關(guān)。為了驗(yàn)證這一猜想的正確性，小組成員開展了新的探究實(shí)驗(yàn)：①根據(jù)溶液不變藍(lán)這一現(xiàn)象，質(zhì)疑“試管中的淀粉完全分解了嗎？”，并用斐林試劑加以驗(yàn)證，得出“淀粉未被完全分解”的結(jié)論；②分析“淀粉和碘液相遇不顯色”的原因，對比實(shí)驗(yàn)中材料、試劑和環(huán)境的異同，發(fā)現(xiàn)pH值是唯一的“變量”，進(jìn)而提出新的猜測“碘液在堿性條件下會與淀粉發(fā)生反應(yīng)”。而后，在溶液中加入1ml的HCl溶液，中和其中的NaOH溶液成分，由此，再滴加碘液后溶液順利變?yōu)樗{(lán)色。其次，小組闡述問題和解決方法后，認(rèn)識到是因?yàn)闄z測試劑選擇不當(dāng)而造成的“意外”，其他小組可以結(jié)合已掌握知識，集思廣益，提出實(shí)驗(yàn)優(yōu)化思路，如由于碘液會與NaOH溶液反應(yīng)，因此實(shí)驗(yàn)中應(yīng)利用斐林試劑來進(jìn)行檢測。

結(jié)束語

總的來說，在當(dāng)前教育改革的背景下，對高中生物學(xué)教學(xué)要求也越來越高，不僅要保證學(xué)生熟練掌握生物知識，還要注重對學(xué)生實(shí)踐技能、探究能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)在高中生物課堂中占據(jù)著重要的地位，探究性實(shí)驗(yàn)在強(qiáng)化學(xué)生對知識理解的同時(shí)，還能培養(yǎng)其操作能力和創(chuàng)新意識，但當(dāng)前探究性實(shí)驗(yàn)開展存在一些問題，教師要對實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)中和實(shí)驗(yàn)后各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，有效提高探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。

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