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实验教学对学生理性思维的培养的研究

生物学科素养中的理性思维，具体指的是学生能通过学习和训练，掌握归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法探讨生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题。在生物学科的实验设计及探究过程中就是对这一思维的很好锻炼。例如在高中生物必修一^[1]教材，降低化学反应活化能的酶这一小节中，有一个“影响酶活性条件”的探究实验。我们通过这一实验的探讨来具体探讨实验教学对生物学科核心素养中的理性思维的培养。

在探究影响酶活性条件的实验中，教材中编者提供给学生的信息是这样的。“细胞中几乎所有的化学反应都是由酶来催化的。酶对化学反应的催化效率称为酶活性。细胞都生活在一定的环境，环境条件的改变会不会影响细胞内酶的活性呢？”同时对学生进行了引导和提示“加酶洗衣粉的包装袋上，往往注明这种洗衣粉的试用温度范围；唾液淀粉酶、胃蛋白酶等消化酶是在消化道中起作用的。不同部位消化液的pH不一样。唾液的pH为6.2-7.4，胃液的pH为0.9-1.5，小肠液的pH为7.6”。通过这两个信息的给出，学生自然而然联想归纳出初步结论，酶的活性并不是在不同条件下恒定不变的，在不同温度和PH酶的活性也不一样。学生在有了这些初步思考。归纳，概括，进而进行演绎推理整合为《探究温度和Ph如何对酶的活性进行影响》。接下来下一步学生们根据刚才讨论到的主题，不同学生进行了不同实验模型实验方案的建立，在这个过程中学生根据控制变量的思想确定“设计实验中的自变量，因变量，无关变量；选择哪一种酶作为实验材料？为什么选择这种酶？；如何通过实验结果分析归纳出结论；对照组怎样设置？是否需要进行重复实验？”在这种训练的过程中，学生的科学思维和建模能力得到进一步的提升，逐渐形成严谨的科学思维习惯。在建立了实验模型后，学生通过分组讨论，优化实验方案，在讨论和质疑的过程中，找出实验中哪里还有可以优化的地方，在这个过程中，批判性思维得到有效的提升。在这整个过程中以学生为主体进行了探究实验的选题，设计，实验，分析。当然，教师在这个过程中起到必不可少的作用。教师要很清楚的知道，实验的存在是为学生建立科学思维和树立学科素养的一个必不可少的过程。教师要善于进行课程的整合，归纳出学生能通过这一实验能够得到的核心素养能力的锻炼，并很清楚的将核心素养的培养应用于引导学生进行实验设计和操作的过程中。