基于高中生物核心素养中科学探究能力的培养与提升

李超

【摘要】提升学生的学科核心素养是高中生物课堂教学的重要支撑。教師在教学过程中除了要做好生物基础知识的传授工作，还要切实加强对学生核心素养之一的科学探究能力的挖掘、培养与提升。文章结合一线工作经验，就高中生物核心素养中科学探究能力的挖掘、培养与提升进行了探讨。

【关键词】高中生物核心素养；科学探究能力；问题情境；教学方法；实验教学

新一轮《高中生物学课程标准》指出，科学探究是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及对形成的结果进行交流与讨论的能力。基于核心素养的生物学科的科学探究可极大加深对核心概念的理解，唤起学生的学习兴趣。作为教学活动的主导者，高中生物教师必须在课堂教学中着眼于课堂教学、学生基本能力和基本素养的实际，在教学过程中始终贯彻核心素养这一基本主题，注重对学生生物学科的科学探究能力的培养，从而培养出符合社会发展的高素质学生。

一、创设问题情境，培养探究意识

生物教师要想提升学生的生物核心素养中的科学探究能力，首先要对学生的探究意识进行培养，只有激发学生的探究潜能和欲望，才能充分发挥学生的主观能动性。而培养学生探究意识的方式有很多，其中，创设问题情境就是一种行之有效的方法，让学生在问题情境的驱动下，在学习的过程中主动植入自己的思考和探究，通过课堂提问、讨论来提升学生的科学探究能力。因此，生物教师在教学过程中要根据学生的实际学习情况找到学生的“最近发展区”，然后按照相关的逻辑结构设计有关联性的“问题串”，以此为载体展开课堂有效教学并将其贯穿到教学活动中的各个环节。

首先，教师要巧借“问题串”，将学生的求知欲有效激发出来。在实际教学过程中，教师应当将教学目标设计成带有内在逻辑关联的、贴近学生认知水平的问题串，对学生的探究潜能进行有效挖掘，充分激发和调动学生的好奇心、求知欲，让学生能够因此产生积极的情感体验和浓厚的学习兴趣。学生在这种情感体验和兴趣基础上进行学习，能在求知中获得乐趣，在快乐中收获新知，在求知中锤炼探究能力，从而实现全面发展。

比如，笔者在进行《遗传信息的表达——基因指导蛋白质的合成》教学的时候，充分利用多媒体给学生播放转录和翻译过程的FLASH动画及暂停状态下生成的图1和图2画面。通过视频观察让学生直观地对“转录和翻译”的过程的初步印象一目了然。在这个基础上，结合教学的重难点，我抛出以下几个具有内在关联的问题：①两个过程的模板是什么？模板最后的去向？②两个过程需要什么原料？产物又分别是什么？③两个过程中分别需要什么酶参与？④这两个过程分别具有什么特点？⑤基因如何通过该过程来控制生物性状？通过这一连串具有内在联系又相互递进的问题使学生的探究学习一探到底，既检验了学生的自我学习成果，又形成了具有探究品质的高质量课堂。

其次，教师要利用“问题串”，拓展学生探究性学习的深度和广度，对学生创新思维进行培养。在“问题串”的教学模式中，教师要根据教学实际情况进行大胆的实践和创新，驱动学生进行主动探究和主动思考。这样不仅可以将学生的问题意识激发出来，还能对学生思维的广度和深度进行有效的拓展。

例如在《遗传信息的传递》这节课的教学中，笔者首先在课堂上向学生呈现了一段2004年印度洋大海啸的视频，这次海啸共造成东南亚各国约30万人死亡，经过海水的浸泡，大量遗体面目全非，亲人无法确认。在学生看完这些震撼的画面后，笔者趁机提问：“如何用生物学的方法确认遗体？”学生立即想到了DNA。我又提出：“为什么DNA能确认？DNA如何来决定亲子代之间的遗传信息？”为了有效解决这些问题，学生不仅要对相关的知识进行调动和分析，还要融入自己的想法和判断，思维也在这个过程中不知不觉得到创新，探究意识逐渐得到培养和增强。

问题情境的创设，调动了学生学习的积极性，有效激发了学生的潜在意识，使学生主动参与课堂，自发进行学习和探究，科学探究意识得到培养和增强。

二、改进教学方法，重视探究过程

从一定意义上来说，课堂教学目标不仅仅是知识目标的达成，更是学生学习主动性和创造性的调动，这一过程主要取决于教师在教学中使用的教学方法。因此，生物教师一定要对教学内容以及教学大纲进行深入研究，在此基础上选择最佳的教学方法，比如角色扮演教学法、互动游戏式教学法、构建物理模型教学法等。这样不仅可以活跃课堂气氛，突出学生的主体地位，还能激发学生的思维，提高学生的科学探究能力。

首先，教师要指导学生对探究方法进行了解和掌握，让学生了解和掌握科学探究的一般方法是探究性学习实施的一个重要目标。一般来说，科学探究的方法主要包括综合、分析、判断、推理等和获取信息、收集证据、调查、实验、观察等思维方法。教师只有先让学生掌握探究学习的方法，才能调动学生的学习积极性，让学生的学习态度由“要我学”转变为“我要学”，从“学会”转变为“会学”。

例如在“观察叶绿体”实验活动之前，教师要让学生先弄清楚自己要“观察什么”“如何观察胞质环流现象”，再进一步探究“如何加强胞质环流现象”。这一系列实验问题的解决可使学生通过先明确实验目的的实验活动，再细致地、有目标地去进行观察活动，并进一步完成探究过程，从而培养学生的观察和实践能力，然后在此基础上培养和开发学生的探究能力。

其次，教师要根据实际情况采取小组合作学习模式。由于高中生物主要是针对微观领域知识的研究，很多知识超出了学生的认知范围，学生在独立思考的基础上无法有效解决。这个时候如果教师能够使用小组合作探究的方式，就可以将学生的思维和力量汇聚起来，让学生的思维相互碰撞，让微观知识以直观的形式呈现出来，以此拓宽学生的视野，降低学生的学习难度，还可以让学生的科学探究思维以及能力在交流讨论的过程中得到训练和提高。

例如在讲授《生物变异的来源——染色体畸变》有关内容的时候，教师可以提出这样一组问题：①对于非同源染色体，你有怎样的认识？②同源染色体可以在果蝇的精子中存在吗？③对于染色体组的概念，你有怎样的认识？利用这样一系列的问题，教师可以指导学生合作探究来加深对相关概念的理解。在相互交流的过程中，有学生提出将双手手指比喻成雌果蝇一个卵原细胞中的五对染色体（假设果蝇体内有五对染色体），一只手的五个手指好比果蝇卵细胞中的染色体，而这五个手指头代表的染色体就表示一个染色体组。学生通过这样合作探究获得的概念更加清楚，分析得更加形象透彻，得出来的结论也更加准确。

再次，教师要指导学生对探究活动中所获得的信息资料进行归纳和总结，将其内化成自己的学习经验和新知识。在此过程中，学生的思维能力和科学探究能力便能够得到有效的锻炼和提升。

例如在《酶》这节课的教学中，笔者通过“探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”“探究pH值对过氧化氢酶的影响”“探究温度对唾液淀粉酶的影响”三个学生实验来探究酶的生物学特性，在此基础上提出如何确定酶的最适温度和最适pH值。在对已有实验结果和结论进行归纳总结的基础上，让学生进一步开展实验来探究，使其科学探究能力得到进一步培养和提升。

在课堂教学中，教师要积极践行以生为本，要从有利于学生学习的实际出发，改进固有的教学方式，注重学生科学探究意识的培养，通过建立课内外一体化多样性深层次的教学新模式，不断激发学生参与探究的各种积极因素，让学生在活动中参与，在参与中培养学生的创新意识、探究能力。

三、拓展实验教学，培养探究能力

高中生物是一门建立在实验基础上的学科，在实际教学过程中，生物教师可以根据教学内容开展一些拓展式的探究性实验，给学生提供一个能够合作、交流、动脑思考以及探究创新的平台和空间，将学生的求知欲充分激发出来，促进学生的主动探究，逐渐提升学生的探究能力和知识水平。更重要的是，生物实验教学具有较强的实践性，学生在实验过程中不仅要动脑还要动手，在动手过程中可以加强对一些理论知识的认识，实践能力也因此得到有效的提升。

在进行“观察洋葱表皮细胞质壁分离以及质壁分离复原”实验教学时候，笔者先带领学生做一个演示性的实验，达到教学目标以后，根据教学内容和学生的实际情况引导学生向探究的方向逐步迈进：①实验操作方法是否可以进一步简化，以实现实验效率的提高？②除了蔗糖溶液外，是否可以使用其他的试剂？③实验是否只能用洋葱的紫色外表皮细胞，换作其他的植物细胞能否可以？让学生带着这些问题进行验证和探索，在此基础上深化学生对相关知识的理解，提高学生的实践能力。

学生经过探讨、实践和思考之后，得出如下结论：①实验操作可以进一步简化，比如直接掀开盖玻片，滴加蔗糖溶液，这样既可以省略几次重复滴加试剂以及利用吸水吸纸吸引的步骤，缩短操作时间，又可以防止实验操作者因为操作不当而对显微镜造成污染；②蔗糖溶液有较强的黏性，容易对显微镜造成污染，该实验可以使用其他的试剂如KNO3代替，KNO3使用过程中还省略了给植物细胞滴加清水的步骤而发生自动质壁分离复原；③除了使用洋葱外表皮细胞作为实验对象外，还可以使用其他的植物细胞，只是因为洋葱外表皮细胞紫色，它的液泡是紫色的，所以细胞壁和原生质层的区分非常明显，质壁分离现象在显微镜下观察非常清晰。这种基于课本实验，适度拓展实验，提出新的实验问题，让学生进行新的实验设计和实施的探究过程，使学生的科学探究能力得到了培养和提升。

在结合教材理论和实验方法的基础上，学生在教师的引领和辅助下，通过相互探讨，大部分都能独立地进行实验设计，开展实验，分析实验结果和讨论交流实验结论等，从而充分挖掘和拓展课本实验，在实验原理、材料、步骤、结论交流等方面发挥学生的积极作用，激发学生的探究兴趣，培养和提升学生生物学核心素养中的科学探究能力。

四、创新作业形式，延伸探究空间

作为教学活动的有机组成部分，作业对于课堂教学效果的优化具有非常重要的作用。作业是课堂教学活动的延伸，作业的批改和布置在一定程度上能够对课堂教学中的不足进行弥补，是课内知识的发展和延伸。

教师要从实际出发，按照学生的个性特征和年龄特征有针对性和有目的性地布置和批改作业。可以根据部分学生喜欢标新立异以及好动手的特点布置一些小创新、小实验等形式的实践性作业。

例如在讲解完“质膜的结构模型”这部分内容后，教师要求学生利用乒乓球、废弃纸箱、剪刀及铁丝制作质膜流动镶嵌模型。学生用铁丝穿过乒乓球制作“亲水基团”和“疏水基团”，再用红色的纸板剪出大小不规则形状的蛋白质分子，最后用绿色的纸板剪出六边形的“单糖分子”，用铁丝穿起来，并固定在部分蛋白质上。通过铁丝穿过大块白色方形纸板的固定，学生在准确地制作出了质膜流动镶嵌模型后，还指出每一部分结构的排布特点。这样既可以锻炼学生的动手能力，又能有效激发学生的探究欲望，还能培养学生的科学探究能力，从而提升学生的核心素养。

生物知识纷繁复杂，教师要根据实际情况指导学生在课外广泛阅读，利用网络查找一些与生物学有关的信息和资料，提醒学生在日常学习和生活中重视生物知识素材的整理和收集。

例如在教学《生态工程》相关内容的时候，教师可以选择某一块具体的区域，例如杭州临江湿地滩涂，让学生在课后通过网络和实地查找杭州临江湿地滩涂这几年的变化，在此基础上提出相关的开发策略。例如在保持原貌的基础上创建一个湿地公园；将芦苇荡改成养殖场、渔场、桑树林和果园等；开发某一个特定主题的水上乐园等。通过这样的开放性、自主性作业，学生不仅对所学的知识进行了巩固，而且对知识进行了系统的整理和自主建构，学习能力和探究意识得到了进一步升华。

创新作业形式可以开阔学生的思维，拓宽学生的视野。学生在这个过程中可以领悟到因地制宜的重要性，尊重自然发展规律的重要性，思维活跃起来，拓展了科学探究空间，提高了科学探究能力和核心素养，成为知识和能力并重的新型人才。

五、反思培养方式，巩固探究效果

通过以上措施，有效地提升了学生生物核心素养中的科学探究能力，同时也有几点值得反思。

科学探究素养的培养对教师和课堂教学提出了新挑战。作为教师，需要改变固有的教学认知和教学行为，承载科学素养探究能力培养的任务与目标，这个调整需要一个较长的过程。在课堂教学中如何处理好打基础与培养科学探究素养的关系？教师需要通过转变课堂教学方式，充分挖掘学生在科学素养方面的潜能，使科学素养的培养过程更多地转变为挖掘、培养与提升三位一体的综合过程，而这种过程的完成需要较高的课堂教学组织能力，这种组织能力对教师提出了更高要求。

综上所述，学生核心素养中科学探究能力的培養与教师的核心素养和教师的课堂教学有着密切的联系。高中生物教师要心怀核心素养的理念，通过创设问题情境，改进教学方法，拓展实验教学，创新作业形式，反思培养方式等最大限度地促进学生生物核心素养中科学探究能力的系统培养与提升。

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