实验教学中生物科学思维的培养

实验教学中生物科学思维的培养

常冬

天津外国语大学附属滨海外国语学校

邮编：300467

摘要：生物学实验对培养学生的生物科学思维有着不可替代的作用。本文通过举例说明可以从鼓励学生提出质疑，创新实验设计，挖掘经典实验，添加实验内容几个方面做起，使实验与思维紧密结合，培养学生的科学思维。

关键字：实验教学；科学思维

生物课堂的重心是发展学生学科核心素养，其中科学思维是生物学科核心素养的重要组成部分。科学思维是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。学生应该能基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、批判性思维、创造性思维等方法，探讨、阐释生命现象及规律[1]。提高每个学生的生物科学思维是课标实施的核心任务。实验教学可以激发学生学习生物的兴趣,培养学生的思维和探究能力，分析问题解决问题能力以及交流合作的能力[2]。因此，教师可以从实验教学入手，培养学生的生物科学思维。那么如何以实验教学为平台培养学生的生物科学思维呢？

1 鼓励学生提出质疑，培养学生的批判性思维

批判性思维的本质是质疑、分析和批判，实验教学是培养学生批判性思维的有力途径，在实验教学中可以利用交流环节，引导学生对实验进行评价，鼓励学生提出质疑，以此来发展学生的批判性思维。

例如，“性状分离比的模拟”实验中,用1号，2号两个小桶分别代表雌雄生殖器官，1号，2号小桶内的红球、绿球分别代表雌雄配子，实验中在1号，2号两个小桶中放入红球、绿球各10个，摇动两个小桶，使小桶内的小球充分混合，两位同学分别从两个桶中随机抓取一个小球，组合在一起，记录两个小球的字母组合，模拟生物在生殖过程中雌雄配子的随机结合，将抓取的小球放回原来的小桶内，摇匀，如此进行50次。实验结果如下表所示：

在学生分析实验数据时，引导学生发现实验现象与预期结果的矛盾并提出质疑，同时对上述实验设计和操作做出相应的评价：此实验操作时必须随机抽取，排除人为因素的干扰，统计的实验数据必须足够多。根据这些原则，同学们指出上述实验结果误差较大的原因主要有：一是抓取小球时没有随机抓取，增加了人为选择对实验结果的干扰，二是实验重复的次数太少，影响了实验统计数据的准确性，三是操作过程中忘记将抓取的小球放回原来的小桶内，出现操作错误。

又如，“植物向光性”实验中，温特通过实验证明造成胚芽鞘弯曲生长的刺激是一种化学物质——生长素，这时有同学提出质疑：胚芽鞘的弯曲生长可能是生长素抑制类物质造成的，教师可以引导学生自己设计实验来研究这个问题，同时教师继续补充有关植物向光性的研究有新的发现，如在向日葵、萝卜幼苗中发现了生长素抑制类物质，也有人发现了胚芽鞘向光弯曲是生长素和生长素抑制类物质共同作用的结果。这样就肯定了学生的质疑精神，不盲目迷信权威的意识，也培养了学生的推测验证能力。

通过实验评价，学生树立了批判意识，懂得不能绝对相信权威，要相信自己通过学习、观察、体验得出的结论，学会用审视的眼光去明辨是非，增强了学生的自信心，使学生的批判性思维得到了发展，为创造性思维的培养奠定了基础。

2创新实验设计，发展学生的创造性思维

创造性思维主要是指科学思维中的发散思维，遇到问题时，能从多角度、多侧面、多层次、多结构去思考、解决问题[3]。在实验教学中，鼓励学生发现问题，并让学生自己设计实验方案，选择实验器材，再通过实验去解决问题，这对于发展学生的创造性思维是非常有益的。

例如，在“检测生物组织中的还原糖”实验中，学生发现了这样一个问题：当按照教材中的实验步骤将苹果或梨研磨后，取得的组织样液很快就变成了褐色，这严重干扰了鉴定过程中的颜色变化。在教学中提示学生尝试设计实验来解决这一问题。由于这个实验问题是学生提出来的，所以学生的积极性很高，经过小组讨论后学生对实验方法进行了部分改进，改进方法如下：将所选择的材料洗净、去皮、切成薄块，放入烧杯中加蒸馏水淹没，然后快速加热至沸腾。这样可以有效地避免褐变发生，为了使实验更具说服力，同学们在鉴定过程中增加一组煮沸过的蒸馏水作对照实验。改进后实验的优点：由于完全破坏了细胞的结构，组织细胞中的还原性糖溶于蒸馏水中。除去材料块后，不需过滤，即取得相应的组织样液，操作更简单。取得的样液无褐变现象，能够使还原性糖鉴定过程中的颜色变化现象更明显。

又如，在做完温度对酶活性影响实验和观察植物细胞质壁分离和复原实验后，让学生利用这两个实验中学到的实验原理（质壁分离的条件）和实验设计思路（设置浓度梯度），利用不同浓度的蔗糖溶液和显微镜等相关器材，设计探究洋葱细胞液浓度的实验。学习细胞核功能时，在介绍完蝾螈受精卵横缢实验后，鼓励学生仿照蝾螈受精卵横缢实验的设计思路，以变形虫为实验材料，设计实验寻找变形虫生命活动的控制者。

通过创新实验设计，学生思维的广度和深度得到了拓展，有助于培养学生思维的发散性和迁移运用知识去解决实际问题的能力。

3 挖掘经典实验，培养学生的演绎推理思维

经典实验对生物学的发展有着重要价值,其中包含着重要的科学实验思想、巧妙的实验设计方法。我们可以在教学中以经典实验为载体, 让学生模拟科学家的设计思路和研究方法去探索生物学的相关知识，推理和演绎生物学的基本规律，从而培养学生的演绎推理思维。

例如，孟德尔豌豆杂交实验中，一对相对性状的研究用到了假说—演绎法：提出问题→作出假说→演绎推理→实验验证→总结规律。教材中提出了问题“为什么F2中总是出现3∶1的比例”，作出遗传因子控制生物性状、体细胞中遗传因子成对存在等假说，然后对实验进行验证并总结出实验规律，然而对演绎推理部分没有提出确切说明，这就需要教师挖掘后直观展示给学生。演绎推理：F1产生两种配子，其比例为1:1，受精作用时雌雄配子的组合方式共有4种，基因型3种，表现型2种，比例为3:1。

又如，摩尔根果蝇实验运用了假说—演绎法，而课本中根本就没有假说—演绎法的文字表述，连暗示的语言都没有，需要教师挖掘后展示给学生。（1）提出问题：为什么白眼性状总是与性别相联系？（2）作出假说：控制白眼的基因在X染色体上，而Y染色体上不含它的等位基因。（3）演绎推理：用遗传图解表示上述假说对测交的演绎过程。（4）实验验证：测交实验结果证明演绎推理的正确。（5）总结规律：控制果蝇眼色的基因位于X染色体上，Y染色体上没有它的等位基因。

4添加实验内容，发展学生的归纳与概括思维

归纳是指从许多个别的事物中概括出一般性概念、原则或结论的思维方法，而概括要借助归纳的方法把事物的共同特点归结在一起。在实验教学中可以添加实验内容，引导学生从大量的生物学事实中归纳总结，形成基本的生物学规律，从而发展学生的归纳与概括思维。

例如，“绿叶中色素的提取和分离”实验中，如果按照原有教材实验的教学方式，在后期再次应用到色素提取时，学生的理解和后期的反馈并不理想，最为明显的是在学到胡萝卜素的提取实验时，所用原理是类似的，但学生需要重新学习，不能进行归纳概括应用相应的规律解决问题。因此可以添加实验，让学生亲自动手实验得出规律。添加的实验内容是：给学生提供丙酮、无水乙醇、50%的酒精，蒸馏水等不同溶剂，让学生完成不同溶剂对色素的提取，通过实验学生很容易得出色素易溶于有机溶剂，同时引导学生将所学原理引申到实际生活，如西红柿汤中橙色的色素油滴是番茄红素溶在脂质中。当学生再学到胡萝卜素的提取实验时，就很容易理解，也可以在后面的生活中进行应用。

中国科普事业的奠基人高士其说过：“要培养一个人成才，很重要的一个因素在于思维，在于科学的思维。”因此教师应该充分地利用好实验教学，从多个方面和角度进行努力，使每个学生都得到发展，以便更好的培养学生的生物科学思维。

参考文献：

[1] 普通高中生物学课程标准(2017年版).人民教育出版社.2017

[2] 车亚莉.以实验教学为平台培养学生的生物科学素养[J].中学生物教学，2015（11）：15-16.

[3] 陈秋香.基于发展学生科学思维的初中生物实验创新[J].中学生物教学，2018（8）：48-50.