高中生物实验教学提升学生创新思维的实践研究

一、研究背景

《普通高中生物学课程标准（2017 年版2020 年修订）》将“科学探究”与“创新能力”列为学科核心素养的关键维度。然而，传统验证性实验“按方抓药”的模式，容易束缚学生发散思维。如何把“照单操作”转变为“主动创造”，成为当前实验教学改革的焦点。当前高中生物实验教学中，部分教师仍受传统教学理念的影响，过于注重实验结果的准确性和规范性，而忽视了学生在实验过程中的自主探究和创新思考。在实验课堂上，教师往往会详细讲解实验步骤、注意事项，甚至为学生演示整个实验过程，学生只需按照教师的要求机械地操作即可。这种教学模式限制了学生的思维空间，使得学生缺乏独立思考和创新的机会，难以培养出真正的创新能力。

从实验内容来看，现有高中生物实验大多以验证性实验为主，探究性实验所占比例较小。验证性实验的目的是让学生通过实验验证已学的理论知识，学生在实验前已经知道实验结果，这在一定程度上降低了学生的探究欲望和创新动力。而且，部分实验内容与实际生活联系不够紧密，难以让学生感受到生物实验的实用价值，从而影响了学生参与实验创新的积极性。

二、创新思维培养的理论框架

1. 概念界定：创新思维 批判质疑 + 发散联想 + 方案优化 + 实践验证。

2. 发生机制：情境触发 $$ 认知冲突 $$ 方案生成→社会协商→反思迁移。

3. 教学原则：主体性、开放性、递进性、安全性四结合。

三、当前高中生物实验教学中，部分教师仍受传统教学理念的影响，过于注重实验结果的准确性和规范性，而忽视了学生在实验过程中的自主探究和创新思考。在实验课堂上，教师往往会详细讲解实验步骤、注意事项，甚至为学生演示整个实验过程，学生只需按照教师的要求机械地操作即可。这种教学模式限制了学生的思维空间，使得学生缺乏独立思考和创新的机会，难以培养出真正的创新能力。

从实验内容来看，现有高中生物实验大多以验证性实验为主，探究性实验所占比例较小。验证性实验的目的是让学生通过实验验证已学的理论知识，学生在实验前已经知道实验结果，这在一定程度上降低了学生的探究欲望和创新动力。而且，部分实验内容与实际生活联系不够紧密，难以让学生感受到生物实验的实用价值，从而影响了学生参与实验创新的积极性。在实验教学方法上，一些教师采用 “一刀切” 的教学方式，没有充分考虑学生的个体差异。不同学生的知识储备、动手能力和思维方式存在差异，统一的教学方法无法满足所有学生的学习需求，导致部分学生在实验中感到困难，失去信心，而另一些学生则觉得实验过于简单，缺乏挑战，这都不利于学生创新能力的培养。此外，实验教学中缺乏有效的师生互动和生生合作，学生往往处于被动接受知识的状态，难以形成良好的创新氛围。

我们探索了课堂实践的五条有效路径：

1. 把验证变探究

·案例：将“洋葱表皮是否含脂肪”由验证实验改为四步探究——学生自选花生 / 洋葱、苏丹Ⅲ染色方案，合作优化切片技巧，最终得出“表皮细胞几乎无脂肪”的新结论。

·成效：学生问题意识、方案多样性显著提高。

2. 材料—方法双重开放

·做法：在“植物细胞质壁分离”实验中，除紫色洋葱外，增加白色洋葱、菠菜叶、苔藓叶片，由学生根据液泡颜色、表皮厚度自行选材并调整蔗糖浓度。

·成效：实验报告出现“菠菜叶无明显质壁分离”等新现象，促进变量控制意识。

3. 问题链驱动的微项目

·模板：生活现象→提出问题 $$ 小组竞速设计→课堂路演→师生共评。

·示例：以“腌制白菜失水”为情境，引导学生提出“盐浓度阈值是多少？”并设计不同NaCl 梯度的量化实验。

4. 数字化与虚拟仿真·工具：PhET、NOBOOK、AI Lab。

·案例：在“生长素促进插条生根”实验中，学生用AI 仿真一次性测试 10 个浓度梯度，快速排除无效区间，再回到真实实验精准验证，既节省材料又鼓励大胆假设。

5. 课内外联动的创新孵化

·组织：3–5 人微课题组，利用阳台、厨房开展“泡菜发酵曲线”“玉米杂交小圃”等长周期观察。

·机制：学校每学期举办一次“微型学术节”，学生以海报 +PPT 形式展示原创实验，评委由大学教师、家长、企业导师共同担任，形成真实科研体验。

四、评价体系改革

1. 过程性：实验日志、方案迭代记录、同伴互评占 50%

2. 结果性：创新指数 Σ=Σ （问题原创性 + 方案独特性 + 数据完整性）/3，占 30% 。

3. 反思性：结题报告中须列出“失败清单”与“改进设想”，占 20%

五、面临的挑战与对策

1. 课时紧张：采用“大单元设计”，将验证实验与探究任务整合到同一主题。

2. 安全顾虑：制定“风险分级清单”，低风险实验签家庭同意书即可课外完成。

3. 师资差异：建立区域“实验教学共同体”，共享数字化资源包与校本课程。

总之，高中生物实验教学是提升学生创新能力的重要途径。我们要充分认识到当前实验教学中存在的问题，积极采取有效的改革措施，更新教学理念，优化实验内容，创新教学方法，完善评价体系，为学生营造良好的实验创新氛围，让学生在生物实验中不断提升自己的创新能力，为今后的学习和发展奠定坚实的基础。高中生物实验教学提升学生创新能力是一个系统而长期的过程，需要教师、学生和学校共同努力。只有不断探索和实践，才能找到适合学生发展的教学模式和方法，充分发挥生物实验教学在培养学生创新能力方面的作用，为社会培养出更多具有创新精神和实践能力的高素质人才。

【本文为 2024 年度河南省教育资源保障研究一般课题 + 高中生物学实验教学提升学生创新思维和创新能力的实践研究 + 课题立项号：2024JZB294 的研究成果】