高中生物学教学主要包括概念教学与实验教学，其中实验是生物学理论知识与实践相联系的重要途径。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称新课标）提出了要掌握科学探究的思路和方法，形成合作精神；要提高生物学实验教学质量，促进科学探究成为实验教学的主题，使学生在实验探究中发展合作能力、培养创新能力、提高实践能力
［1］。因此，若要提高生物学教学质量，教师不仅要改进教学理念和教学方法，更要加强生物学实验教学的探究性。
1 高中生物学实验教学现状
新课标提出实验教学是促进学生达成生物学核心素养的重要途径，能够帮助学生提升对生物学大概念的建构与应用能力。然而，在实际教学中，却存在着“讲实验、看实验、听实验”等不符合学生发展的教学方式，使得生物学实验教学存在忽视化、模板化、表面化等问题。
1.1 实验开展的忽视化
由于高中生物学课程时间紧凑，教学压力大，部分一线教师往往忽视实验教学的个性化设计和改进，甚至模糊实验教学与概念教学的界限。这种现象主要表现在3方面：①一些教师倾向于用口头讲解和要求学生背诵来完成实验教学任务；②一些教师对实验教学中的探究性实验缺乏认识，忽视了探究性实验对提升学生实验技巧和生物学素养的重要性；③还有一些教师仅让学生在考试前进行大量练习，或者在考试结束后才进行补充性讲解。这样不仅违背了现代教育的核心理念，让学生缺乏实践的机会，还阻碍了他们真正理解知识，对学生的全面发展产生了负面影响。
1.2 实验教学的模板化
在各种新型教学模式涌现的当下，仍有一些教师固守传统的教学方式，完全按照教材中的实验设计进行教学，缺乏自主创新的理念。对于这些教师来说，教学参考资料中翔实的实验设计也是一个不能改变的标准，他们会严格遵循这些实验设计。然而，如果所有的教师都遵循同一个模板，学生就会对实验失去该有的新鲜感和探索欲望。这不仅会让他们失去在实验课程中动手操作的兴趣，也可能导致他们对生物学实验产生错误的认知。实验教学对于培养学生的创新和合作能力是至关重要的，而固化、模板化的实验教学模式会让实验教学丧失原本激发学生创新与合作能力的作用。
1.3 学生实验的表面化
在当前的高中学习环境中，学生面临着课业压力大、学习任务繁重等诸多挑战。在生物学实验课程中，他们通常只被动接受教师的授课和演示，大部分学生无暇去思考生物学实验的原理和意义，也没有足够的时间去感知实验操作中的问题发现与解决过程。这种情况会导致学生难以理解实验的操作原理，更难以理解实验的目标、步骤、现象以及成果。这种学习方式会让学生对开展实验失去信心，进而影响他们实验技能和探究能力的提升。
2 高中生物学实验教学的改进策略
高中生物学实验通常可分为两类：验证性实验和探究性实验，两种实验均有其优势和劣势。教师应通过更新教学理念、优化教学设计，以及引入新的实验教学模式，改善生物学实验教学效果，促进学生深入理解知识，提高学生的探究能力。
2.1 更新教学理念，创新实验探究
新课标提出，要在保证实验教学的科学性和可靠性的前提下，引导学生主动参与实验过程。教师应该转变开展实验教学的陈旧理念，积极创新探究性实验教学，如：改变单纯讲授式的实验教学方式，改善学生进行探究实验的条件，引入生活化资源。
（1） 基于生活资源的实验情境创设。
高中阶段的大部分生物学实验与学生的日常生活密切相关，教师可以通过在现实生活情境中进行实验教学来加强这种联系。这样做可以使实验行为建立在学生日常生活的基础之上，鼓励学生通过实验来研究和探讨实际生活中的问题。因此，教师应该采用直观、生活化的资源创设教学情境，以提高学生的学习兴趣和积极性，减轻学生对开展实验探究的畏难情绪。
例如，在“植物细胞的吸水与失水”实验中，可基于学生的日常生活经验来引入实验。教师问学生：“你们有没有留意过花店里的花实际上是放在水里的？”通过这样的引导，教师展示玫瑰花在清水中呈现绽放的姿态，而在盐水中则显得萎靡不振，从而引发学生的探究欲望。然后，教师可以提出问题：“为什么玫瑰花在两种不同液体中表现不同？这与我们之前学过的渗透作用有关吗？只有植物细胞才会发生这样的现象吗？”通过这样的方式，建构出一个与学生日常生活相关的生活化实验情境，激发学生独立探究的兴趣，增强学生进行实验的信心。
（2） 基于生活资源的实验材料创新。
教材上的实验设计经过了广泛的验证和调整，但在实际的教学环境中，由于教学资源和课时安排的限制，有些实验可能无法进行或无法在规定的课时内完成。因此，教师可基于新课标对教材实验进行改进与创新，尝试采用生活化材料开展探究实验。
例如，在开展“影响酶活性的条件”实验教学时，实验目的是通过亲自探究获得酶活性受到温度和酸碱度影响的实验证据，并进行定量化的实验探究，让学生认识影响酶活性的范围，可以基于学生在生活中接触到的资源选择实验材料。教师可以引导学生从“姜撞奶的制作视频”开始，让学生寻找姜撞奶不凝固的原因可能有哪些，教师可以引导学生就温度和pH对生姜蛋白酶的影响进行思考，进而设计在不同条件下开展探究实验的方案，让学生在小组合作中感知探究的主要过程。通过激发学生兴趣，培养其探究意识和能力，帮助他们在未来学习中具备科学探究的能力。
（3） 基于生活资源的实验拓展探究。
新课标鼓励学生积极参与实验设计环节，引导学生完整经历科学探究流程，掌握“提出问题、作出假设、制订方案、预设实验结果”等探究步骤。在教师的引导下，学生在设计实验中有机会展现个性。教师应该鼓励学生在课后进行实验探究，通过主动的探究活动培养科学思维，提高科学探究能力，同时培养学生的科学观念和社会责任感，帮助学生综合运用知识，实现深度学习。
例如，在“植物细胞的吸水与失水”实验中，教师不仅在课堂中引导学生进行有序探究，还可以鼓励学生在课余时间选择自己感兴趣的角度进行探究。教师以“没有颜色的植物细胞真的不能用来作为实验材料吗？”作为引导学生的核心探究问题，让学生整合所学并自行设计实验。教师可以提供实验条件和实验所需的材料支持，在引导学生自行拓展教材实验后得出：无颜色的植物细胞不能用作实验材料的原因是无法直观进行细胞吸水与失水的对比。
2.2 优化教学设计，变验证为探究
高中教材上的部分实验是验证性的，有着“再现”功能。验证性实验教学一般按“问题→原理→结论→实验证明→应用”的程序进行教学
［2］。在这种教学模式下，学生在实验过程中的参与感较低，被动性强，不能很好地促进学生深入理解实验和提高学生的合作探究能力。因此，教师可以考虑改进教材上的验证性实验，增加实验中的探究部分，从而发展学生自主探究、合作探究的能力，提升学生自我整合知识的能力，达到探究性学习的目的。
（1） 转变实验类型，让已知变成未知。
在验证性实验教学中，教师往往容易忽视其中可开展探究的环节。因此，教师应该灵活运用教材，打破教材的局限，将已知教材中的实验环节转变成未知可供探究的环节，从而增强学生对实验设计的参与度，让他们在主动探索中培养创新思维，提高探究能力。
例如，“比较过氧化氢在不同条件下的分解”是一个验证性实验，简单对比实验结果的教学方式往往无法完全激发学生的探究兴趣。因此，教师应该将学生置于探究的环境中，让他们自主选择未知的实验材料，并观察实验现象。在进行普通教学时，教师一般要求学生比较20.0%新鲜肝脏研磨液与3.5%氯化铁溶液对过氧化氢分解的效果。在该实验中，应不局限于教材中肝脏研磨液与无机催化剂之间的简单比较。在教学过程中，教师可提供菠菜、土豆等多种含有过氧化氢酶的实验材料，引导学生基于兴趣自主选择不同材料，探究不同材料中过氧化氢酶含量与肝脏研磨液之间的差异。通过改变实验类型，并利用未知的实验现象或材料，能够有效激发学生的学习兴趣，从而增强其在课堂中的参与度。
（2） 改变实验顺序，让现象先于原理。
在实验教学中，可以采用“现象早于原理出现”的教学方法，即不先向学生解释实验原理，先要求学生观察实验现象，以此激发他们的求知欲，引导他们积极主动地探究现象背后深层次的原因，并与教材原有的知识相联系，最终使学生从实验现象中归纳出实验原理。
例如，在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，教师不需要事先讲解每滴氯化铁溶液中的铁离子数，或是提起每滴肝脏研磨液中过氧化氢酶分子数约是每滴氯化铁溶液的25万倍，相反，可以让学生自己操作两种试剂与过氧化氢进行实验，通过观察直观的实验现象最终分析得出实验的原理。还可以通过引导学生针对实验过程提出问题，如：“1号试管的作用是什么？2号试管加热的作用是什么？本实验是否仅通过对比3号试管与4号试管的实验现象即可得出结论？”由此引导学生总结实验的对照原则，培养他们对实验设计的敏感性。这样不仅能提高学生观察现象的能力，也能培养他们的科学思维和分析能力。
（3） 转变实验主体，让主导变为引导。
在教学中，教师不仅要注重学习结果，更要注重学习过程；要让学生回归课堂中的主体，要将自己转变为课堂的引导者和帮助者；要让学生在教师问题的引导下，开展小组探究和合作探究；要在保证实验安全的前提下，引导学生进行自主思考与动手操作，促进学生的自我总结和自我反思，让学生成为学习的主人翁。
例如，在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，教师可预先引导学生思考：新鲜叶片含水量较高，按常规方法提取易导致提取液含水量大、色素浓度偏低，若提前对叶片进行干燥处理，是否可以改善这一状况？在此基础上，鼓励学生提出不同假设，并组织分组探究不同处理方法下菠菜叶经纸层析所得滤纸条上色素带的差异。再通过小组合作与结果交流讨论，学生发现：在等质量条件下，经烘干处理的菠菜叶因含水量降低，色素相对含量提高，实验结果更为明显。该分组探究过程使学生在实验中体验不同观点的碰撞，从而增强其实验操作体验与思辨能力。
2.3 引入虚拟实验，提高实验效率
新课标提到高中生物学实验教学应该以开放、有效为基本原则，但在高中生物学实验设置中，部分实验存在实验周期长、实验效果不明显、实验材料具有较大危险性等不足。新课标指出，教师可以灵活运用多媒体等信息技术开展虚拟实验。虚拟实验室是指运用数字化的手段将实验平台、实验仪器以及实验材料等通过图形化的方式显示出来，供实验操作者以第一视角的身份进行模拟操作的平台。因此，教师应根据教学内容以及现有教学资源，结合虚拟实验技术进行实验教学。
（1） 先虚后实，提高实验安全性。
“先虚后实”其实是指在实验操作上对学生要求较高，在实验过程中对学生保护较差的实验课程内容，教师需要先让学生进行虚拟的预演实验，使他们提前了解实验操作，从而确保正式实验的安全进行。这种先进行虚拟实验的方法不仅可以避免部分实验的危险性，还可以提高正式实验的效率。
例如，“影响酶活性的条件”探究性实验涉及盐酸、氢氧化钠溶液这类强酸强碱，以及酒精灯的使用。直接进行实验教学可能导致一些学生无法正确操作而造成危害。因此，先使用虚拟实验室让学生通过多次预演掌握盐酸、氢氧化钠溶液的添加方式和酒精灯的规范使用方法，以提高正式实验的课堂效率，并增强学生的实验参与度。再如，在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，也可以采用此模式避免学生因错误使用卫生香而导致的实验误差。通过虚拟预演实验和正式实验的操作，学生可以更好地感受科学的严谨性和准确性，提高他们对实验安全的重视程度。
（2） 先实后虚，提高实验开放性。
“先实后虚”是指学生先通过亲身操作开展了实验，再在课后深入拓展探究的部分用虚拟实验的方式开展。这样使得学生在实际体验实验的基础上，掌握实验设计的基本流程，能够通过合作讨论出要拓展探究的核心问题，提高了后续独立进行虚拟实验操作能力。这种先实后虚的方式能提高学生对相关实验的掌握程度和自主探究的兴趣，同时能强化学生独立进行实验设计的能力。
例如，在“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验中，教师指导学生在选择光照强度、二氧化碳浓度、温度等某一因素对光合作用强度的影响进行实验之后，可依据学生当堂课的学习情况，引导其借助虚拟实验进一步探究其余影响因素，包括实验材料的选择、实验方案的设计及实验现象的观察等。类似地，“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验也可采用相同方式开展教学。通过将后续的虚拟实验操作作为检测手段，既有助于巩固学生对实验内容的掌握，又能提高实验教学效率。这种“先实后虚”的实验教学方式，能够有效提升实验开展的效率，并培养学生的探究能力。
（3） 纯虚拟，提高实验的可开展性。
部分超出学生实验操作能力范围、实验设备较为昂贵、实验周期过长、实验步骤过于复杂的实验适合用纯虚拟的方式开展教学。尽管这样会削弱学生的参与感，但对于因现实条件而无法进行的实验，它可以用新颖的方式进行，增强学生对于现代科技的感受，也可以避免教师使用纯讲授的方式开展实验教学。
以“探究酵母菌细胞呼吸方式”实验为例，该实验周期较长，实验装置安装较为复杂，在实验过程中易出现意外情况，导致实验现象不明显或失败。虚拟实验室的应用可有效解决上述问题，使学生在有限的课堂教学时间内理解并掌握实验现象与实验数据。然而，在具备实验条件的教学环境下，仍应积极开展真实实验教学，并依据实际条件灵活选择教学方式。
3 结语
在新课标提出后，教师要积极寻求不同的方式和方法来培养学生的核心素养，尤其是对科学思维和科学探究能力的培养。为此，教师需要更新教学理念，逐步改善高中生物学实验教学条件，并积极运用多种教学方法。只有这样，才能真正让生物学实验教学发挥育人作用，让学生深刻感受生物学实验的魅力，从而达到培养学生核心素养的目标。
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