高中生物实验教学培养学生科学思维能力的实践探究

2023-04-06 23:38张曼玲
数理化解题研究 2023年3期
关键词:教师应实验教学生物

张曼玲

(江苏省昆山陆家高级中学 215300)

在2017版生物课标中,提出了核心素养概念,科学思维则是其重要内容之一.培养学生科学思维,不仅有助于学生更好的掌握和理解生物知识,而且能帮助其运用相关理论知识和逻辑来分析、论证生物问题,而实验教学则是培养学生科学思维能力的重要途径.鉴于此,教师应不断改进和优化高中生物实验教学,从而有效培养学生科学思维,促进其全面发展.

1 重视准备实验,培养学生科学思维的方法

在开展高中生物实验教学前,为确保顺利开展实验教学,教师应加大对预实验准备的重视程度.在正式开展科学研究的过程中,有的时候需要提前做到部分准备性的实验,即预实验.就高中生物实验教学而言,是否准备好预实验,是能否顺利完成实验的关键,其在实验中起着重要的作用,能在实现实验用具、实验方案及设计、实验条件最优化选择的同时,确保生物实验的科学性和可行性.教师在准备预实验的过程中,可鼓励学生积极参与到其中,在引导其发现实验缺陷的同时,有效培养其生物科学思维的应用方法.

例如,在人教版高中生物“生长素的生理作用”实验教学中,由于生长素具备高效、微量特点,若实验中选择的浓度过大,则无法得到明显的实验效果.因此,在正式实验前,教师应引导学生在准备好相关仪器、试剂的同时,首先进行预实验环节,来确定生长素适宜浓度和范围.在实验教学操作环节,教师可先准备好生根粉、带根的绿萝枝条、天平、烧杯以及量筒等实验材料,并将学生分为两个小组,一组进行预实验,一组结合预实验的结果来开展正式的实验.针对预实验小组,教师引导学生结合生根粉的种类来进行不同倍数的稀释,并设置出对照组进行对比,之后裁剪带根绿萝枝条,将其置于实验组溶液和对照组溶液中,并在一周后统计和分析数据,从而得出生长素最佳浓度范围.通过分析预实验数据可得出,当进行800倍稀释、溶液浓度在1.25×10-3g/mL的时候,绿萝的生根效果是最好的.但若按照商品介绍中的300倍稀释,绿萝根芽会由于受到生根粉高浓度影响,而从正常锥形转变成球形,因此,通过预实验,不仅为高效开展正式实验提供了科学基础数据,也培养了学生的科学思维应用方法.

2 创设真实情境,培养学生科学思维的观念

教师在高中生物实验教学中,可结合实验内容创设适宜的、真实的情境,在引导学生体验生物魅力、构建生物系统的同时,让其在问题情境中,充分发挥其思考能力、发散思维,有效培养其科学思维的观念,帮助其能在科学思维的引导下,深入探索和理解生物实验内容.

例如,在人教版高中生物《细胞的物质输入和输出》中,针对其中的实验教学内容“植物细胞吸水、失水”现象探究,在实验前,教师可结合学生生活实际,创设并引入吸水、失水真实问题情境,激发学生积极思考、主动参与.比如:“白菜在经过剁碎和放盐之后,为什么会渗出水分呢?”等问题情境,在引发学生思考的时候,培养其发散思维,之后在学生明白其原因是细胞出现了失水、吸水现象的基础上,教师需要引导学生分析细胞吸水、失水现象,并提出想要探索的问题,比如:“细胞内的水分是怎样进出的?”等问题,通过学生提问,在营造出主动、积极课堂氛围的同时,教师可选择其中探究价值高、切合学生实际生活的问题,来进行实验教学,从而有效培养其科学素养观念,提高其科学认知水平.在实验中,教师可引导学生分析实验材料,并提出问题:“为什么要选择洋葱鳞片的叶外表皮作为材料呢?”“除洋葱外,你能用其它材料来开展细胞吸水、失水实验吗?”在这类问题的思考和探索下,能有效拓宽学生思维空间,并促进其科学思维观念的养成和提升.另外,教师可在实验教学结束后,以生活实例为主题开展小组竞赛活动,激发学生思考、分享和解释生活中关于细胞吸水、失水的现象,从而有效提升其科学思维应用能力.

3 结合定量实验,培养学生科学思维的意识

教师在设计高中生物实验教学的过程中,应对学生提出更高层次的要求,使其通过定性基础建立定量意识,并在量变的过程中深刻认识事物本质,从而确保生物实验的准确性、严密性和科学性.教师在开展生物实验教学的过程中,应深入分析教材内容,并结合学生实际情况来有效结合定性实验、定量实验,从而在培养其科学思维意识的同时,促进其科学思维优质发展.

例如,在人教版高中生物《酶的作用和本质》学习内容中,相关实验内容“不同条件过氧化氢分解比较”,从实验目的而言,主要是对有机、无机两种催化剂在催化效果异同方面的比较.教材实验设计中,是通过不同催化剂的作用下,来观察卫生香燃烧情况,从而比较催化剂促进反应剧烈的程度,以此区分酶、氯化铁对反应催化的效果,从而通过对实验现象的分析,得出实验的定性结论.然而,在实验的实际操作中,因为过氧化氢在剧烈分解的过程中会有大量水蒸气产生,所以可能会出现卫生香无法复燃的现象,加之仅仅通过观察卫生香燃烧状况,在没有实验数据支撑的情况下来判定实验的结果,相对欠缺科学性和合理性.因为学生无法借助相关数据来进行分析、处理、探讨酶高效性特点,而导致其在实验思考方面浅显和片面化,极不利于其科学思维意识的形成.因此,在开展实验的过程中,教师则可将定量、定性实验有效结合起来,从而有效培养其科学意识.教师首先可鼓励学生自行寻找适宜酶的来源,其次通过利用自制酶溶液来进行教材设计的分解过氧化氢实验,使其在感性方面形成对酶催化的初步认识.在这样的基础上,教师通过介绍相关的化学仪器和试剂,在激发其对新实验兴趣的同时,帮助其将化学、生物有效关联起来,并引导其关注定量实验设计,从而呈现数据化、直观化、科学化、准确化的实验结果.通过实验教学的螺旋式设计,能在帮助学生掌握生物实验常用方法的同时,加强其实验中的对照意识,通过分析实验数据,不仅能培养其数据处理能力,而且能加强其对生物系统的深入认识.另外,在结合定量实验的过程中,能有效培养其批判思维、发散思维,并增强其生物科学思维的意识.

4 构建实验模型,提高学生科学思维的能力

在实验教学中,教师可引导学生构建植物细胞或者动物细胞的完整物理模型,并重复应用于后期实验教学中.在模型构建的过程中,学生会在结合相关概念的基础上,从细胞水平角度来思考和探索,形成结构、功能相联系的观念,从而有效提高其科学思维的能力.

例如,在人教版高中生物《细胞的基本结构》相关内容学习后,就细胞和相关基础知识而言,学生已经有了一定基础,教师就可提出问题:“在复杂生理活动中,细胞是怎样完成的?”“细胞各结构分别对应什么功能?”通过相关的问题,在激发学生探索欲、求知欲的同时,鼓励其通过合作,来构建细胞的专属模型.首先,班级作为整体,将学生分组,各小组分别负责细胞各成分的制作;其次,各小组根据所制作细胞结构,来选择需要的材料进行实验,可选择粘合性好、保持时间长的超轻粘土作为材料,同时,可对废弃材料进行回收利用,已达到保护环境的目标;最后,各小组通过查阅书籍和资料,在全面了解细胞结构、功能特点的基础上,进行书面草图绘制和功能阐释.在制作和构建的过程中,可充分发挥思维和想象,制作出两个模型来分别体现其外部、内部形态.需要注意的是,各小组在模型构建中应随时沟通,确保结构和比例的合理安排.完成后的模型,教师可充分应用到细胞膜镶嵌流动模型、细胞器功能和结构、分泌蛋白合成及分泌、细胞核结构特点、细胞膜的显微结构、胞吞和胞吐、光合作用和呼吸作用等相关的教学中和实验中,在帮助学生更好理解生物内容的同时,加深其对知识的巩固能力和应用能力.此外,在构建实验模型的过程中,学生需要将教材中的图片、文字描述,转换成为三维模型,这有利于锻炼其模型建构的能力.同时,通过解说制作模型、观察其他模型的过程,能提高学生解读模型、交流表达的能力.最重要的是,在制作、构建模型的过程中,能加强学生结构、功能相互联系、密不可分的生物观念.因此,教师应在实验教学中鼓励和引导学生积极构建实验模型,提高其科学思维的能力.

5 引导实验设计,提升学生科学思维的素养

教师在开展高中生物实验教学的过程中,应注重讲授实验设计方面的内容,在引导其自主设计实验、自主完成实验操作的过程中,训练其实验综合能力.教师应打破单一科学思维限制,鼓励学生在充分发挥其创造思维的过程中进行实验改造,也可提供相关课题,让学生自主选择、设计和开展,并根据实验结果进行实验报告的撰写,从而有效培养、提升其科学思维的素养.

例如,在人教版高中生物《细胞的物质输入和输出》中的“植物细胞吸水、失水”实验内容,因为存在渗透压变化现象,所以学生较易理解质壁分离的现象,但往往却忽视了质壁分离现象下半透膜的作用,而通过机械式的记忆方法来掌握液泡膜、细胞膜以及细胞质的基质等相关知识点,在难度相对高的考察中则出现无法灵活应对的现象.因此,教师可通过引导实验设计的方式,综合提升其科学思维的素养.首先,针对质壁分离的现象,教师可引导学生设计和开展该项实验,使其能在对质壁分离有初步了解的同时,分析实验现象及条件,从而实现原生质层的有效引出;其次,通过层层递进,来探索原生质层的组成成分,从而深入了解和掌握质壁分离.在此过程中,教师应引导学生通过假说演绎思维来设计和开展实验,在培养创新性、缜密性、科学性思维的同时,有效提升其科学思维的素养.

总而言之,核心素养为高中生物教学指明了方向和目标,教师应在深入挖掘和分析教学资源的基础上,不断优化生物实验教学,培养学生科学思维作为核心和基础,促进学生思维的进步、发展.

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