高中生物实验教学培养学生科学探究素养的研究

摘要：在高中生物教育中，培养学生的科学探究素养至关重要。本研究聚焦于人教版本的高中生物实验教学，深入探讨其在学生科学探究素养培育方面的作用与策略。以具体实验案例为依托，详细分析了如何通过优化实验教学设计、改进教学方法等途径，有效提升学生的科学探究素养，为高中生物教学改革提供了有益的参考，旨在促进学生全面发展，使其更好地适应未来社会对创新型人才的需求。

关键词：高中生物；实验教学；科学探究素养；培养

一、引言

随着时代的发展，培养学生的科学探究素养已成为高中生物教育的核心目标之一。人教版高中生物教材蕴含着丰富的实验内容，这些实验不仅是学生获取生物知识的重要途径，更是培养其科学探究素养的关键平台。科学探究素养包括提出问题、作出假设、设计实验、实施实验、分析结果、得出结论等多个方面，它贯穿于整个生物实验教学过程中，对于学生的终身学习和未来发展具有深远意义。

二、科学探究素养的内涵

（一）提出问题的能力

提出问题是科学探究的起点，也是培养学生创新思维的关键。具有科学探究素养的学生能够敏锐地观察生物现象，发现其中的异常或有趣之处，并将其转化为可探究的科学问题。

（二）作出假设的能力

作出假设是在已有知识和经验的基础上，对所提出的问题进行推测性回答的过程。学生需要运用所学的生物学原理和逻辑推理能力，对问题的可能答案进行假设性构建。这一过程要求学生能够整合知识，进行合理的推测，并清晰地表达自己的假设，为后续的实验设计提供方向。

（三）设计实验的能力

设计实验是科学探究的核心环节之一，它体现了学生对实验变量的控制、实验材料的选择、实验步骤的规划以及实验方案的可行性评估等多方面的能力。学生需要明确自变量、因变量和无关变量，并通过设置对照实验等方法，有效地控制实验条件，确保实验结果的准确性和可靠性。

（四）实施实验的能力

实施实验要求学生能够熟练地操作实验仪器和设备，准确地按照实验步骤进行实验操作，认真观察实验现象，并及时记录实验数据。在实验过程中，学生可能会遇到各种突发情况和问题，如仪器故障、实验结果与预期不符等，这就需要他们具备解决实际问题的能力和应变能力。

（五）分析结果的能力

分析实验结果是对实验数据进行整理、统计和分析的过程，旨在揭示实验变量之间的关系，从而得出科学的结论。学生需要运用数学方法和统计学知识，对实验数据进行处理，如绘制图表、计算平均值、标准差等，并通过数据分析来判断假设是否成立。

三、高中生物实验教学培养学生科学探究素养的策略

（一）优化实验教学设计

1.拓展实验内容

在教学过程中，教师可以适当拓展实验内容，增加实验的开放性和探究性。例如，在完成人教版教材中“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验后，教师可以引导学生进一步探究“不同温度、氧气浓度对酵母菌细胞呼吸产物的影响”，让学生自主设计实验方案，选择实验材料和仪器，确定实验变量和控制方法，进行实验探究。这样的拓展实验不仅能够加深学生对细胞呼吸知识的理解，还能培养学生的创新思维和实践能力，提高学生的科学探究素养。

2.整合跨学科知识

高中生物实验教学可以与物理、化学、数学等学科知识进行有机整合，拓宽学生的知识视野，培养学生综合运用知识解决问题的能力。例如，在“探究影响光合作用强度的因素”实验中，涉及到光照强度、温度、二氧化碳浓度等变量的控制和测量，这就需要运用到物理学科中的光学知识和仪器（如光源、照度计）、化学学科中的气体浓度检测方法（如二氧化碳传感器）以及数学学科中的数据分析方法（如绘制曲线、计算斜率等）。通过跨学科知识的整合，让学生体会到科学知识之间的相互联系和相互渗透，提高学生的综合素养和科学探究能力。

（二）改进实验教学方法

1.探究式教学法

探究式教学法是培养学生科学探究素养的有效方法之一，教师在实验教学中应引导学生自主提出问题、作出假设、设计实验、实施实验、分析结果和得出结论，让学生在探究过程中体验科学研究的方法和过程。

例如，在“植物生长素的发现”实验教学中，教师可以先介绍生长素发现的历史背景，然后引导学生思考：“胚芽鞘的向光性生长与什么因素有关？”学生通过观察、讨论提出假设，如“可能与单侧光照射有关”“可能与胚芽鞘尖端有关”等。接着，学生自主设计实验来验证假设，如设置对照组（无单侧光照射）和实验组（单侧光照射），切除或保留胚芽鞘尖端等。在实验实施过程中，学生认真观察实验现象，记录数据，并对实验结果进行分析和讨论，最终得出关于植物生长素作用的结论。通过探究式教学，学生能够充分发挥主体作用，提高科学探究能力和创新思维能力。

2.小组合作学习法

小组合作学习法可以促进学生之间的交流与合作，培养学生的团队协作精神和人际交往能力。教师在实验教学中应合理分组，确保每个小组的学生在知识水平、能力结构和性格特点等方面具有一定的互补性。

例如，在“调查人群中的遗传病”实践活动中，每个小组由4-6名学生组成，分别负责问卷设计、调查对象选取、数据收集、数据分析和报告撰写等任务。在小组合作过程中，学生们相互交流、相互协作，共同解决实验中遇到的问题。如在问卷设计环节，小组成员需要共同讨论问题的合理性和有效性，避免出现歧义或引导性问题；在数据收集过程中，遇到调查对象不配合的情况，小组成员需要共同协商解决办法，提高沟通能力和应变能力。通过小组合作学习，学生不仅能够提高实验效率和质量，还能在合作中学会倾听、尊重他人，培养团队意识和责任感，促进科学探究素养的全面提升。

3.信息化教学手段辅助

利用信息化教学手段，如多媒体课件、虚拟实验室、在线学习平台等，可以丰富实验教学资源，提高实验教学的直观性和趣味性，拓展学生的学习空间和时间。

例如，教师可以利用虚拟实验室软件，让学生在虚拟环境中进行一些复杂或危险的实验操作，如“基因工程的操作步骤”实验，学生可以通过虚拟实验熟悉基因工程的工具酶使用、目的基因获取、重组DNA构建等过程，在虚拟操作中掌握实验技能和原理，避免了实际操作中的生物安全风险和实验材料浪费。同时，教师还可以通过在线学习平台布置实验预习任务、发布实验教学视频、组织在线讨论和答疑等活动，让学生在课前、课中、课后都能进行有效的学习和交流，提高学习效果和科学探究素养。

高中生物实验教学在培养学生科学探究素养方面具有不可替代的作用。通过对人教版高中生物教材实验教学的深入研究和实践探索，我们发现优化实验教学设计、改进实验教学方法等策略能够显著提升学生的科学探究素养。在未来的教育教学中，高中生物实验教学应不断探索和创新，结合现代教育技术和教育理念，进一步优化教学过程，丰富教学内容，为学生提供更多的实验探究机会，让学生在实验的海洋中尽情探索生物世界的奥秘，不断提升自己的科学探究素养和综合能力，实现全面发展。

参考文献：

[1]武玉宝.高中生物实验项目化学习对学生科学思维培养的影响[J].高考,2024,(25):121-124.

[2]赵建新.高中生物实验教学培养学生科学探究素养的研究[J].甘肃教育研究,2024,(11):56-58.

[3]莫秀媚.指向科学思维的高中生物实验教学策略[J].天津教育,2024,(21):67-70.