一、课题研究的背景与意义

（一）核心素养导向的课程改革诉求

当前基础教育课程改革正处于深化核心素养落地的关键阶段，育人方式从知识本位向素养本位转型，创新思维作为核心素养的重要组成部分，其培养成为学科教学的重要目标。生物学科作为自然科学基础学科，承担着培育学生科学素养与创新能力的使命。传统生物实验以验证性操作居多，学生思维的主动性与创造性难以充分调动，实验设计作为实验教学的核心环节，其探究性与开放性与创新思维培养要求高度契合，本研究正是回应课程改革对育人方式转型的要求，探索创新思维融入生物实验教学的可行路径。

（二）生物学科育人价值的内在要求

生物学科的本质是探究生命现象与规律的科学，实验是学科发展的核心支撑，也是学生理解学科本质、形成科学思维的重要载体。实验设计串联起问题提出、假设形成、方案构思、结果预判等思维活动，是学生将理论转化为实践、从被动接受转向主动建构的关键节点。挖掘实验设计的思维培养价值，是凸显生物学科育人属性、落实核心素养目标的必然选择，也是推动实验教学从重视操作向重视思维转型的核心抓手。

（三）高中生思维发展的现实需要

高中阶段是学生思维发展的关键期，认知能力从具象思维向抽象思维过渡，思维的独立性、批判性与创造性快速发展，具备开展较高层次探究活动的认知基础。当前高中思维培养仍存在重知识记忆轻能力建构、重标准答案轻多元探索的问题，学生创新意识不足，思维定势明显。生物实验设计以问题为驱动、以探究为核心，能够为学生提供开放的思维空间，满足其思维发展的个性化需求，为终身发展奠定思维基础。

二、课题研究的核心概念界定

（一）高中生物实验设计

本课题所指的高中生物实验设计，是在高中生物课程标准内容范围内，围绕特定探究主题，由学生自主或在教师引导下，综合运用已有生物学知识与实验技能，对实验原理、材料、步骤、变量控制、结果检测等环节进行系统性构思规划的思维活动与实践过程。其既包含对教材现有实验的改进拓展，也包含对真实情境中生物问题的方案设计，突出学生主体性、过程探究性与方案开放性，是连接理论知识与实践探究的重要桥梁。

（二）创新思维

本课题所指的创新思维，是个体面对新问题、新情境时，突破常规思维束缚，以新颖独特视角思考问题，提出合理可行解决方案的思维品质。其包含四个核心维度：一是流畅性，即短时间内产生多种思路的能力；二是变通性，即灵活调整思考方向、突破思维定势的能力；三是独创性，即提出新颖独特观点或方案的能力；四是批判性，即对已有方案进行理性审视与优化的能力。本研究聚焦高中生在实验设计过程中上述思维品质的发展规律与培养路径。

（三）二者的内在关联

高中生物实验设计与创新思维培养存在双向互动的内在关联。一方面，实验设计的开放性、探究性为创新思维发展提供了载体与场景，各环节都需要调动不同的创新思维要素，是锻炼创新思维的重要场域；另一方面，创新思维的发展能够反哺实验设计能力，提升方案的科学性与新颖性，推动实验设计向更高层次发展。本课题基于二者的内在关联，探索通过优化实验设计教学系统培养学生创新思维的路径。

三、课题研究的理论基础

（一）建构主义学习理论

建构主义学习理论认为，学习不是知识的单向传递，而是学生主动建构自身知识体系的过程，学习者是学习的主体，情境、协作、会话与意义建构是学习环境的核心要素。该理论强调学习的情境性与探究性，与生物实验设计以学生为主体的理念高度契合，为实验设计教学优化提供理论依据。

（二）创造性思维发展理论

创造性思维发展理论认为，创造性思维是个体在先天禀赋基础上，通过后天教育与实践逐步发展的，具有阶段性与层次性，且与特定学科领域深度融合。创造性思维的培养需要开放环境、宽松氛围与挑战性任务，需要引导学生在解决真实问题的过程中提升思维的流畅性、变通性与独创性。本课题依据创造性思维发展规律，探索生物实验设计场景下的创新思维培养策略，确保研究符合学生思维发展特点。

（三）探究式教学理论

探究式教学理论强调以问题为核心，引导学生通过自主探究获取知识、发展能力，其过程包含提出问题、作出假设、设计方案、实施实验、得出结论、交流反思等核心环节。生物实验设计是探究式教学的核心环节，是学生将探究思路转化为实践方案的关键步骤，集中体现了探究式教学的核心理念。本课题以探究式教学理论为支撑，梳理实验设计各环节与创新思维要素的对应关系，构建符合探究规律的教学模式。

四、课题研究的目标与内容

（一）总体研究目标

本课题的总体目标是系统梳理高中生物实验设计与创新思维培养的内在关联，分析当前实验设计教学中影响学生创新思维发展的阻滞因素，构建符合高中生物教学实际、能够有效促进学生创新思维发展的实验设计教学路径与评价体系，为一线教师开展实验设计教学、落实创新思维培养目标提供理论参考与实践指引。

（二）具体研究目标

一是厘清高中生物实验设计的核心环节及各环节对应的创新思维要素，明确二者的作用机制；二是全面剖析当前高中生物实验设计教学中不利于创新思维发展的各类问题与深层原因；三是探索能够激发学生创新潜能、提升创新思维品质的实验设计教学策略与实施模式；四是搭建科学评价学生实验设计过程中创新思维发展水平的评价框架，发挥评价的导向与激励作用。

（三）内在作用机制研究

从生物实验设计的流程与核心要素出发，系统拆解问题提出、假设形成、变量控制、材料选择、步骤设计、结果预判、方案优化等环节，分析每个环节所需的思维品质，梳理各环节与创新思维四个核心维度的对应关系，揭示实验设计对创新思维培养的作用路径与内在逻辑，为后续实践探索提供理论支撑。

（四）教学现状与阻滞因素研究

聚焦当前高中生物实验设计教学的实际状况，从教学设计、实施过程、评价方式、资源供给等多个维度，梳理影响学生创新思维发展的各类阻滞因素，深入分析各类因素产生的深层原因，涵盖教师理念与能力、学生基础与意识、评价体系与标准、学校资源与支持等多个层面，为后续路径构建提供现实依据。

（五）实践路径构建研究

结合理论梳理与现状分析结果，从教学内容优化、模式创新、策略改进等方面，构建促进学生创新思维发展的高中生物实验设计教学实践路径，包括实验设计内容的开发原则、不同类型实验的教学组织方式、引导创新思考的教学策略、协作组织方式等，同时设计分层递进的目标与内容，兼顾不同认知水平学生的需求，形成可操作的教学实施方案。

五、课题研究的思路与方法

（一）总体研究思路

本课题遵循“理论梳理—现状分析—路径构建—实践优化—总结提炼”的总体思路，首先通过基础理论梳理明确核心概念，构建理论分析框架；其次通过多种研究方法全面了解实验设计教学现状，梳理阻滞因素；在此基础上构建教学实践路径与评价体系，并应用于教学实践检验优化；最后系统总结研究过程与结论，形成最终成果。

（二）文献研究法

运用文献研究法系统梳理教育学、心理学、学科教学论等领域的基础理论，把握创新思维发展的一般规律与生物实验教学的核心特征，明确核心概念的内涵与外延，构建本课题的理论分析框架，明确研究方向与基本思路，为后续研究提供理论支撑与方法论指引。

（三）行动研究法

运用行动研究法将理论构建的教学路径应用于实际教学场景，按照“计划—行动—观察—反思”的循环过程，在实践中不断检验、调整与优化教学路径与策略。结合教学中遇到的实际问题动态调整研究方案，确保研究成果贴合高中生物教学实际，具备较强的可行性与实践性。

（四）访谈研究法

运用访谈研究法，围绕实验设计教学现状、存在问题、创新思维培养困境等内容，与一线教师、教研人员及不同层次的高中生进行半结构化访谈，全面了解不同主体的认知、感受与需求，获取丰富的质性资料，为现状分析与路径构建提供现实依据。

六、课题研究的时间安排

（一）研究准备阶段（2026年03月-2026年05月）

完成课题前期筹备，组建研究团队并明确分工，梳理相关基础理论，构建理论分析框架，设计总体研究方案与实施计划，完成课题论证与申报，收集整理相关资料，为后续研究奠定基础。

（二）研究实施阶段（2026年06月-2027年02月）

作为研究核心阶段，完成现状调研、路径构建与实践优化。通过访谈、文本分析等方式梳理实验设计教学的现状与阻滞因素，形成现状分析报告；构建实验设计促进创新思维培养的实践路径与评价体系；将其应用于教学实践，通过行动研究循环检验、调整与优化，完善教学策略与模式。

（三）总结提炼阶段（2027年03月-2027年05月）

完成研究资料的整理、分析与总结，梳理研究的主要结论与发现，构建系统化的实验设计培养创新思维的教学方案与评价体系，撰写课题研究报告，完成结题验收，提出成果推广应用建议。