李桂梅

文件編號：1003-7586（2018）11-0047-03

《普通高中生物學課程標準（2017版）》延續(xù)了2003版和2011版課程標準注重“探究能力”養(yǎng)成的思路，將“科學探究”列為生物學科四大核心素養(yǎng)之一?？梢姡囵B(yǎng)學生的科學探究能力歷來是生物學教學的重要目標與要求。如何在教學實踐中更好地促進學生科學探究能力的提高，教師除了充分挖掘教材，在常規(guī)教學中力求實現(xiàn)教學目標，還應該適應學生的個性發(fā)展，因材施教，通過各種途徑，為對生物學科有濃厚興趣的學生創(chuàng)造更多自主探究的機會。

開展拓展實驗是培養(yǎng)學生科學探究能力的有效補充途徑。目前高中生物教材中的很多實驗為體驗或驗證性實驗，即使是探究性實驗，也列出了詳細的探究過程與具體內(nèi)容，學生往往在未經(jīng)充分思維后就直接參考了教材。因此，教材實驗在培養(yǎng)學生自主探究能力上還稍顯不足，不能滿足熱愛生物學科的學生的求知需求和探究愿望，而拓展實驗可以作為有效補充。為此，在教學實踐中，筆者結合校本課進行了拓展實驗教學，積極探索有效開展拓展實驗促進學生科學探究能力提升的實施策略。

1拓展實驗和科學探究能力的內(nèi)涵

“拓展實驗”是指以教材實驗為探索起點，在原有實驗目的、實驗原理、實驗材料、變量的控制、實驗方法、與實際生活的聯(lián)系等基礎上發(fā)展出新的課題，并隨之開展的實驗探究，包括教材實驗的改進探究、延伸探究以及利用教材實驗原理開展的新的問題探究等。

“科學探究能力”是指“能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實世界的生物學問題，針對特定的生物學現(xiàn)象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及對結果的交流與討論的能力”。

2拓展實驗對科學探究能力養(yǎng)成的促進作用

首先，拓展實驗是以教材實驗為起點，建立在對教材實驗充分掌握的基礎之上，可以促進教材實驗教學目標的達成。其次，相對教材實驗探究，拓展實驗具有自主性、開放性和未知性的特點，給學生留有廣闊的思維空間和探究視域。拓展實驗需要學生的全程參與和自主探究，包括問題的提出、實驗的設計、材料的準備、具體的實施和結果的討論分析等，對學生的能力要求上升到了一個新高度。對照上述的科學探究能力的內(nèi)涵，不難發(fā)現(xiàn)，拓展實驗的開展可以對科學探究能力進行全方位的訓練，促進學生能力的提升。再次，拓展實驗的開展，為學生創(chuàng)造了更多進入實驗室進行實踐的機會。實踐出真知，學生需要在實踐中去驗真和證偽。

3開展拓展實驗促進學生科學探究能力提升的實施策略

3.1總體實施方案

拓展實驗教學并不是面向全體學生開展的教學活動，而是結合學校的校本課、社團和研究性學習等活動來開展，由學生自由選擇參與。一個單元的拓展實驗教學，是以1-2個教材實驗為基礎的拓展，以小組合作的方式開展，遵循一般的探究過程，具體分為以下幾個教學環(huán)節(jié)：（1）在某教材實驗的原理和操作方法基礎上，聯(lián)系生活實際，發(fā)散思維，提出新的問題;（2）嘗試設計實驗來解釋現(xiàn)象或解決問題，小組匯報實驗方案，全體學生共同參與修正;（3）創(chuàng)造拓展實驗實施的條件，在實踐中驗真、證偽或探尋問題的本質(zhì);（4）展示實驗結果和交流實驗結論，師生共同分析評價;（5）師生反思和研討實驗中出現(xiàn)的問題。拓展實驗的教學實施注重組內(nèi)討論、小組匯報和集體研討，讓每一位學生完整地親歷探究實驗的思維和實踐的全過程，又參與其他小組多個環(huán)節(jié)的研討，間接經(jīng)歷多個探究實驗的探究過程，提高學習效率。

3.2增強提出新問題能力的教學策略

在拓展實驗教學初期，學生自主提出新的探究問題較為困難，教師在課程安排上應從簡單的實驗著手，給予更多的引導。教師可充分利用生活中的生物現(xiàn)象或結合學生的生活經(jīng)驗，指導學生從教材實驗的實驗目的、實驗材料、實驗裝置、實驗方法、控制變量、實驗結果等方面提出拓展課題?？梢酝ㄟ^設問引導學生思考：“植物細胞吸水與失水”實驗為什么選紫色洋蔥鱗片葉作為實驗材料，校園中還有哪些具備類似優(yōu)點的選材？利用本實驗原理，你還能探知關于這些選材的哪些秘密？這樣可以引導學生從實驗選材和實驗原理應用上提出新的探究問題。教師也可以通過暴露問題引導。如“滲透裝置”演示實驗時，教師向?qū)W生展示內(nèi)外液面變化，一開始有意沒有在教室移動展示，會有部分學生看不清，可能會思考：怎樣改進實驗方法使實驗現(xiàn)象便于觀察？也可以通過展示生物現(xiàn)象引導，例如做“綠葉中色素的提取和分離”實驗后，提醒學生看窗外變黃的樹葉或非綠色樹葉，促進學生產(chǎn)生對葉片為何變黃和非綠色葉片如何進行光合作用的疑問?？梢酝ㄟ^理論與實際的沖突引導，例如學生在實驗中自己繪制的酵母菌種群數(shù)量變化曲線并不是標準的“S”型，特別是后期有明顯的下降趨勢，思考如何解釋該現(xiàn)象，并通過實驗驗證猜測。

當學生具備了一定的發(fā)現(xiàn)和提出問題的能力之后，教師應減少引導，不要直接將學生引入教師預設好的問題，應讓學生自主思考，探究自己想探究的問題。在提出問題階段，可以先不考慮實施的可行性，鼓勵學生發(fā)散思維，天馬行空，提出盡量多的豐富多樣的探究問題。之后，再考慮實際情況，評估確定幾個在學校條件下可行性高的探究課題，組建課題小組。

3.3提高實驗設計能力的教學策略

在實驗設計環(huán)節(jié)，教師要鼓勵和要求各課題小組，結合教材實驗或所學理論知識，查閱相關資料，對拓展實驗的目的、要求和材料進行分析，制定初步的實驗設計方案。即使制定的初始實驗方案漏洞百出，但是小組成員經(jīng)歷了一個思維過程，只要有思考，就會有進步。教師要調(diào)動集體的力量，小組匯報探究方案，全體學生糾錯和修正。

例如，某小組想利用不同濃度的蔗糖溶液探究“洋蔥鱗片葉外表皮細胞的細胞液濃度”。該小組匯報完實驗設計后，很快有學生提出意見和建議：（1）教材實驗為定性實驗，此實驗為定量實驗，不適合采用教材的處理方式。（2）不應用同一片材料多次依次滴加不同濃度的蔗糖溶液，而應選同一部位相同位置的多片材料，分別滴加不同濃度的蔗糖溶液觀察質(zhì)壁分離狀態(tài)，清水一組作為對照。（3）蔗糖溶液的濃度要換算成物質(zhì)的量濃度，因為滲透壓大小跟溶質(zhì)的分子數(shù)量有關。經(jīng)過一輪實驗設計的匯報和修正完善后，每個小組對自的已實驗課題有了更深刻的認識，也同時經(jīng)歷了多個實驗設計的思維訓練。

另外，教師要有點評和指導，對每一個實驗設計，要著重分析其一般性的規(guī)律，讓學生領悟?qū)嶒炘O計的一般思路和原則，比如對照原則和控制變量的方法。對于某些實驗設計的問題，教師不要過早指出，讓學生在實踐中去發(fā)現(xiàn)，并自行調(diào)整方案。

3.4訓練實驗操作能力的教學策略

拓展實驗實施階段，從儀器的使用、試劑的配制、操作方法、注意事項等方面，對學生嚴格要求，使其具備嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和規(guī)范、熟練的操作能力。對于一些新的實驗方法和儀器裝置的使用，要提前做演示和講解操作規(guī)范。

另外，教師在實踐中要引導學生自己摸索實驗條件，想辦法改進操作方法。例如，某小組探究“綠色蔬菜變黃過程中色素的變化”，預計提取、分離新鮮和放置變黃后的菠菜葉中的色素進行比較，但時值5月，菠菜放在冰箱，沒變太黃前就腐爛了，教師要引導學生分析原因，摸索儲存條件，或探尋其他的實驗方法。某小組探究“紅花檻木紫色葉片中的色素種類”設計了用清水紙層析分離色素的實驗組。實驗過程中發(fā)現(xiàn)，濾紙條吸水后變軟變重，會貼壁或倒入水中。因此，不能像平時實驗中那樣把濾紙條靠在試管或小燒杯壁上，學生自主進行了改進：使用試管架和夾子把濾紙條固定并吊在液面上方，保證下端沒入水中而不會整根濾紙條倒入水中。

3.5發(fā)展分析問題能力的教學策略

由于拓展實驗的開放性和不可預測性，所得的實驗結果往往會與預期有偏差，實驗過程中也會有很多意想不到的問題出現(xiàn)。這些都是優(yōu)良的教學素材，是拓展實驗相對教材實驗教學的優(yōu)勢之一。教師要充分利用這些教學素材，調(diào)動學生的思維積極性，引導學生透過現(xiàn)象看本質(zhì)，揭示實驗結果所蘊含的生物學規(guī)律;教會學生從實驗方法、實驗操作、變量控制等方面討論和分析實驗中出現(xiàn)的問題;提醒學生通過查閱相關資料，尋求幫助。例如，某小組在探究“質(zhì)壁分離實驗的替代材料”時選擇了幾種花的花瓣，發(fā)現(xiàn)多數(shù)花瓣表皮撕取困難，有的未撕下前就已明顯損壞，有些看似完好，清水制作裝片觀察時，細胞死亡內(nèi)容物釋出，視野中很快就一片混沌的花色。通過查閱相關書籍，分析可能是花冠的細胞壁相對較薄的原因。某小組“探究紫色洋蔥外表皮細胞的細胞液濃度”，發(fā)現(xiàn)同一部位的細胞在同一濃度蔗糖溶液中質(zhì)壁分離并不同步，原因可能有多種：撕取的外表皮厚薄不均勻，有的地方有細胞重疊;同一部位的細胞也可能由于生理狀態(tài)不同，細胞液濃度有差異等。

教師要重視實驗過程中新生成的探究問題。學生在實驗過程中也許會發(fā)現(xiàn)一些新的問題，教師要提醒學生重視這一閃而過的新發(fā)現(xiàn)，鼓勵他們深入探究下去，也許會有意想不到的收獲。例如，在探究“紅花檵木紫色葉片中的色素”時，某課題小組發(fā)現(xiàn)一個奇怪的現(xiàn)象：紅花檵木紫紅色的葉片，加無水乙醇后變綠色，提取液為濃的墨綠色，但是劃到濾紙條上，等干燥后又變?yōu)榧t色，研磨用的器皿，殘汁干了也恢復紅色。此時，教師要鼓勵他們查閱資料，尋找原因，并設計實驗檢驗自己的猜測。這樣一個逐步分析、設計實驗尋找真相的過程更能促進學生科學探究能力的提升。

要在全體學生范圍內(nèi)開展分析和研討，讓每位學生都得到更多的思維機會，更有效提升分析問題的能力。而且，通過全體噓聲頭腦風暴，更易碰撞出思維火花，更好的解決問題。

3.6學習效果評價策略

最后，學習效果即學生科學探究能力提升的評價，采用訪談和問卷調(diào)查的方式進行。一方面是學生自己的主觀評價，另一方面是通過對實驗題的解題能力比較進行客觀評價。問卷的題目設定，主要包括兩方面：學生自己的主觀評價題，自我評估在科學探究各方面能力是否有提升;選擇、整合高考卷和模擬卷中有代表性的實驗試題，將上過拓展實驗課的學生作為實驗組，另外選擇拓展實驗開展前與實驗組學生生物成績相當?shù)南嗤瑪?shù)量的學生作為對照組，評價分析實驗組相比對照組，實驗題解題能力提高的情況。