高中生物教学中学生实验设计能力的培养策略研究

引言:

在生物学向精准化、前沿化发展当下，实验设计能力成了检验学生科学素养的关键标准，教材通过必修和选修模块形成了实验体系。传统教学“重验证，轻设计”的倾向，致使学生在应对开放性实验问题时出现思维僵化，方法失准之类的问题。此研究依照建构主义学习理论，把实验设计能力培育当作核心，通过策略更新和模式重塑，探寻契合学科特色和学生认知规律的教学途径，从而达成生物实验教学从知识传授到能力塑造的改变。

一、高中生物学生实验设计能力培养的意义

（一）促进学习成果掌握

实验设计属于一种教学策略，其推动了学生对生物学基本观念和理论的领会。学生们在规划探究细胞呼吸原理的实验时，要熟知有关细胞呼吸的物质根基，转化产物及其出现的场所等重要讯息，通过实际操作来自我搭建知识体系。这种方法比起死记硬背更利于加深领悟。

（二）提升科学素养培育

要掌握实验设计的方法十分关键，想要完成学习目的，学生们需要在已有的探究方向下产生初具雏形的假设，然后精心地安排实验的步骤，以便确保整个过程行之有效且具有可行性。在实验结束后，预测可能出现的结果并利用详细地收集数据以及分析数据的方式来证明或质疑他们最初作出的猜测，从而加深自己对所研究事物的认识。这样的方式有助于形成一种严肃认真对待科学问题的态度。

（三）激发学生创新潜力，

在筹划实验计划的时候，学生们敢于质疑旧有的理念，积极地去改变实验策略或者调整参数的配置情况，这样做既可以加深大家对学科知识的认识，又或许会碰上一些新奇的现象，而在此之前这些并没有被现有的理论所触及，在探究环境条件怎样影响光合作用时，有人试图采用全新的光照参数，或者试着找出评价光合作用的新指标等等，这样的行为就是很好的例子。

二、高中生物实验设计能力培养的现实困境

（一）知识迁移能力薄弱

知识迁移是把已习得的知识应用到新的情境、解决实际问题的关键能力，其实质是学习者对知识本质特征的抽象提取与灵活重构。在高中生物实验教学中，传统的“步骤复述式”教学使知识片段化存储，学生未建立起实验原理与现实问题之间的逻辑联系。知识迁移要以深度理解为根基，当教学仅停留于实验操作流程的浅层记忆，缺乏对渗透作用、酶促反应等核心原理的跨情境解构，学生就难以察觉新问题与已有知识的内在联系 。

（二）科学思维训练缺失

科学思维是实验设计能力的重要支撑，包含批判性思维、逻辑推理、建模等要素。但当前实验教学存在“重操作技能、轻思维培养”倾向，探究式学习理念未有效落实，“照方抓药”的传统模式下，学生按预设步骤完成实验，缺少自主提出问题、设计方案、优化方法的思维过程，被动式学习限制了科学思维发展，难以形成实验设计所需系统性思维。

（三）评价体系失衡

科学合理的评价体系是实验设计能力培养的重要导向，当前实验评价存在“重结果、轻过程，重操作、轻设计”的倾向，评价维度单一，不能全面覆盖实验设计的关键要素。这种失衡的评价体系既不能有效监测学生实验设计能力的发展水平，也不能为教学改进提供有针对性的反馈，与“以评促学、以评促教”背道而驰 [2]。

三、实验设计能力培养的创新策略

（一）情境化问题驱动

通过关注学习情境对知识建构的作用，创设真实或者模拟的生物学问题情境，激发学生已有的认知，让学生在解决问题时主动地去构建实验的设计思路。教师要将抽象的实验原理转化为具体的问题，利用认知冲突激发学生的探究欲望，促使学生在问题的驱动下实现从理论到实践的迁移。

以必修一《细胞的能量供应和利用》“探究酵母菌细胞呼吸方式”教学为例，教师给出“酿酒厂发酵异常”情景。一家酒厂有批葡萄酒发酵慢又没味道，让学生想办法探究原因，学生要联系有氧呼吸和无氧呼吸知识，自己选定检测指标，制定对比实验计划，通过对实验结果展开剖析。学生不但领悟到细胞呼吸原理，而且学到了实验设计里如何掌控自变量，怎样检测因变量以及怎样保持无关变量，达成知识和能力共同发展。

（二）项目制深度学习

项目制学习借助真实项目任务整合知识与技能，重视学生的主体地位和跨学科思维培养。生物实验设计中以项目为载体，把实验设计拆解成问题分析、方案拟定、实践检验、改良完善等环节，促使学生在合作探究过程中加深对实验设计要素的认识，提升科学探究水平。

以必修二《基因的表达》单元设计“转基因抗虫棉培育模拟项目”为例，学生分组完成从目的基因获取、载体构建到导入受体细胞的全过程设计。在方案制定时要综合运用基因工程工具酶知识设计酶切位点，利用PCR 技术确定扩增条件，在可行性分析中要考虑基因表达调控、生物安全性等问题。通过项目实施，学生从碎片化知识到完整实验体系的建构。

（三）多维动态评价

多元评价理论强调从多个角度、用多种方式来评判学习成果，创建包含过程性评价、表现性评价以及反思性评价在内的动态评价系统。利用教师评价、学生自评与相互评价相结合的形式，全方位考察实验设计的科学性、新奇性以及可行性，从而给予教学改良准确的回馈[3]。

以必修三《动物和人体生命活动的调节》“血糖平衡调节模型构建”实验为例，采用过程性评价、表现性评价和反思性评价。过程性评价主要从方案设计的逻辑性、实验操作的规范性等方面来评价。表现性评价主要从模型对血糖调节机制的解释能力方面来评价。反思性评价主要从实验报告中分析学生对实验原理的理解程度。

四、结论

高中生物实验设计能力培养是一个大工程，要冲破传统教学范式这个束缚，这项研究给出的情景化问题推动、项目制深入学习、多维度动态评价策略。依靠理论和实际结合的方式，把实验设计能力培养做到精准且科学。有利于促使实验设计能力培养朝着更加开放、更具创新性的方向发展，从而为培养适应新时代需求的生物科学人才打好根基。

参考文献：

[1] 曾铃铃 . 高中生物实验教学中学生创新能力培养策略探究 [J]. 高考 ,2023,(33):3-5.

[2] 杜雨欣 . 论高中生物实验教学中学生创新能力的培养策略 [J]. 高考 ,2023,(31):21-23.

[3] 陈有兰 . 高中生物实验教学中学生创新能力培养策略探究 [J]. 当代家庭教育 ,2023,(08):111-113.