姜万录：基于高中生物学教材内容有效开展科学探究
《普通高中生物学课程标准（2017 年版 2020 年修订）》（以下简称《高中新课程标准》）明确指出：“生物学课程要求学生主动地参与学习，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发现规律等过程中习得生物学知识，养成科学思维的习惯，形成积极的科学态度，发展终身学习及创新实践能力”[1]。学生在主动参与学习过程中，探究性学习是主要方式之一，高中生物学教材中科学史和探究实践内容是开展探究性学习的重要载体，通过科学探究学生能自主地获取知识和技能、体验和了解科学探究的过程及方法、形成和提高创新意识、树立科学的价值观，进而发展生物学科核心素养。因此，在高中生物学课堂教学中，教师应充分利用科学史和探究实验，通过设置相应的探究性学习活动，发展学生的科学探究能力。
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基于科学史模拟经典实验体验科学探究
《高中新课程标准》在第六部分“实施建议”中指出，“科学是一个发展的过程。学习生物科学史能使学生沿着科学家探索生物世界的道路，理解科学的本质和科学研究的方法，学习科学家献身科学的精神。这对提高学生的科学素养是很有意义的”[1]。生物科学史是研究生命科学发生和发展规律的过程，是生物知识探索、求知的客观记录，包含科学研究的思路和方法。科学家在进行科学研究中为了达到某种目的要选择不同研究方法，涉及到观察法、实验法、调查法和资料分析法等。在高中生物学教学中要应积极挖掘并利用生物科学史资源，帮助学生建构生物学知识，然而受到条件限制，很多科学家设计的经典实验很难在中学教学中重现，教学中可以设置模拟实验帮助学生理解科学史内容。
例如在学习“格里菲斯肺炎链球菌体内转化实验”时，首先由教师从结构、群落、毒性等方面介绍实验材料——肺炎链球菌。然后由小组合作模拟实验过程，小组中四个学生拿着画有小鼠的A4纸分别模拟实验中四组材料，再有另一位同学拿着剪成注射器形状的模型分别给四名同学注射不同处理的肺炎链球菌（第一组注射活的R型细菌、第二组注射活的S型细菌、第三组注射加热杀死的S型细菌、第四组注射加热杀死的S型细菌和R型活细菌），注射后由学生演示实验结果，并分析结果出现的原因。其中前三组同学能结合所学知识顺利解释小鼠存活或死亡的原因，第四组同学依据前三组情况认为自己应该不会死亡，然而结果确死亡了，并且体内出现S型活细菌，该同学不知为什么？于是就说我死不瞑目啊。这样就造成认知冲突，如果你是格里菲斯，你将如何做出解释？小组展开讨论对S型细菌出现进行解释，提出三种观点：一是R型细菌基因突变成S型细菌，二是加热杀死的S型细菌起死回生，三是R型活细菌在加热杀死的S型细菌作用下发生了转化。通过第四组和第一组对比可以排除观点一，通过第四组和第三组对比可以排除观点二，综合第四组与第一、二、三组对比可以确定观点三是正确的，由此可推知，加热致死的S型细菌含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子。转化因子是什么？如何设计实验来证明？这样顺理成章进入艾弗里的“肺炎链球菌体外转化实验”学习。通过上述模拟实验不仅可以获取相应知识与技能，而且还揭示了科学家思考和解决生物学问题的思想历程。
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运用生物学实验亲历实践开展科学探究
科学探究是人们在研究自然科学问题时所采用的方法，泛指科学家用于研究人类未知的自然界各种活动。其形式是多种多样的，其要素有: 提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与 收集证据、结论与解释、反思与评价、表达与交流[2]。生物学本身是一门实验科学，实验中通过动手和动脑进行探索生物学知识，其中探究实验能充分发挥学生主观能动性，以学生自主学习、直接体验和研究探索的形式，通过亲身实践经历，培养学生观察、思维和独立进行实验操作以及独立解决生物学问题的能力。例如，必修1“探究植物细胞吸水和失水”是一个要求学生全程进行探究的实验，从“糖拌柿子有水渗出”、“一次施肥过多造成烧苗”等生活经验入手提出问题，依据所学知识做出植物细胞在不同外界溶液中会发生质壁分离或质壁分离复原现象，植物细胞原生质层具有选择透过性相当于半透膜，进一步选择合适材料设计并进行实验，通过在显微镜下通过原生质层与细胞壁的位置关系，以及液泡大小来观察细胞是否发生吸水或失水。进而得出植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的结论。同时通过观察实验现象总结植物细胞质壁分离和复原的原理。这样通过科学探究的过程进行实验，不仅可以学习科学探究的一般方法，还可以培养学生提出问题、作出假设、设计实验等科学探究能力以及动手实践能力。
总之，在高中生物教学中，借助教材提供的生物科学史和探究实践素材，有效开展科学探究，将课堂还给学生，给予学生充分的探究自由，通过丰富多彩学习活动，促使学生主动的获取知识利用知识，能更好的发展学生的创新精神和探究能力。
参考文献：
[1] 普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）［M］，中华人民共和国教育部制定，北京：人民教育出版社，2020（2）：1-2,60-61.
[2] 郭生鑫,姜万录.学习探索情境类试题对科学探究的考查例析[J].中学生理科应试,2021(11):54-56.
作者简介：
姜万录，华师教育研究院研究员，高级教师，中国动物学会会员，吉林教育学会会员，《中学生物教学》通讯员，四平市生物学科专家组组长，四平市教育学院兼职教研员，吉林师范大学兼职教师，吉林师范大学生命科学学院特聘教授和研究生导师。荣获四平市骨干教师、市优质课、市学科带头人、市教学先进个人、吉林省中小学名师工作室优秀学员等荣誉。
