高中生物學探究技能中核心素養的培養

劉東杰

(福建省福州市第三中學 350003)

高中生物學教學中有不少實驗探究的內容，雖然學生在實驗課上能完成課程要求的實驗，但發現有不少學生在面對一個簡單的課外科技實驗探究活動時，則顯得無從下手。這說明，僅有科學探究的方法和理論知識而缺乏探究技能，是難以開展科學探究活動的。要順利開展科學探究活動，必需具備科學探究所需的各項技能，科學探究的技能主要包括觀察、設計、分析、交流和創新等[1]。高中生物學教學的許多環節，如實驗課、校本課程、研究性學習和課外科技興趣活動以及生物學類社團活動等，都可以有針對性地培養學生學會如下科學探究技能。

1 學會觀察

觀察是用人體感覺器官或者使用儀器設備，對自然現象或人為實驗現象進行觀測，以獲取相關信息的過程。觀察是學生了解自然、認識自然，進而研究自然的第一步。培養學生學會觀察可從幾個環節進行。

1.1 學會使用觀察工具 觀察的工具有顯微鏡、放大鏡、望遠鏡和各種傳感器等。

例如，“用高倍顯微鏡觀察幾種細胞”“觀察葉綠體和線粒體”“觀察DNA和RNA在細胞中的分布”等，在這些實驗中顯微鏡是主要的微觀觀察工具。許多學生雖然在初中使用過顯微鏡，但是到高中時還是難以熟練掌握使用方法。在第一節實驗課，就要讓學生學會顯微鏡的使用。教學內容包括顯微鏡的各部分組成和作用、顯微鏡使用的基本步驟、如何選擇適合顯微觀察的材料和如何制作裝片標本等。在研究酵母菌的細胞呼吸時，可以利用二氧化碳傳感器，實時測定溶液中的二氧化碳濃度，直觀地反映細胞呼吸的強度。

1.2 學會選擇觀察時機 觀察時機不同，觀察結果也會不同。要準確抓住時機才能取得良好的觀察效果。

例如，觀察紫色洋蔥外表皮細胞，在硝酸鉀溶液中的吸水和失水的實驗中，如果沒有及時觀察裝片中的現象，可能就看不到質壁分離現象。因為洋蔥外表皮細胞在硝酸鉀溶液中發生質壁分離后會很快地自動復原。再如觀察植物根尖細胞有絲分裂時，大蒜根尖細胞有絲分裂活躍的具體時間可能隨材料、地點和季節的不同而不同。要選細胞分裂活躍的時間進行固定，才能較好地觀察到細胞有絲分裂過程染色體的變化。

1.3 學會選擇觀察材料 只有正確選擇觀察材料才能達到觀察目的。

例如，觀察DNA和RNA在細胞中的分布，需要選擇的細胞中需含有DNA和RNA又不能有顏色干擾，可以選擇洋蔥內表皮、口腔上皮細胞等，哺乳動物成熟的紅細胞，紫色洋蔥外表皮則不適合；觀察細胞的減數分裂，宜選擇動物的精巢或者植物的未成熟花藥，是因為這些材料發生減數分裂的細胞多；觀察生物的遺傳特點，宜選擇果蠅、豌豆等作為遺傳材料進行實驗，因為它們繁殖周期短、容易飼養栽培、相對性狀易于區分。

1.4 學會選擇觀測指標 無論是觀察實驗還是探究實驗，都有需要觀察的內容指標。

例如，觀察培養液中酵母菌的數量變化時，要計算的是血細胞計數板計數區中格中染成藍色的活酵母數量，不能把沒染色的死酵母計算在內，因為死酵母已不屬于生物了；探究胰島素對小鼠血糖濃度的影響時，先要檢測對照組和實驗組小鼠注射胰島素前的血糖濃度，再檢測注射一段時間后的血糖濃度(若不測注射前的血糖濃度，就難以判斷胰島素的作用)。

2 學會設計

嚴格來講，高中階段的學生所進行的生物學實驗大多是“菜單式實驗”或者是“模仿式實驗”，即按照給定的實驗材料、步驟和儀器，在教師的演示下進行的。沒有多少實驗或步驟是學生自己設計的。這樣的實驗對于培養學生的動手能力無疑是有幫助的。但是，教師在實驗教學中還應當結合所學的知識，注意培養學生的自主設計實驗的能力。教師在教學中可以組織學生進行實驗方案設計的練習，以熟悉實驗設計的各項規范要求，從理論上提高實驗設計的水平。

例如，“證明興奮在神經纖維上雙向傳導”“探究甲狀腺激素對小鼠代謝的影響”“探究外來物種對生態系統多樣性的影響”等，都可以讓學生進行設計。在準備讓學生做探究實驗時，還可以事先布置學生設計實驗方案，再動手實驗，把設計環節交還給學生。例如，“探究溫度對酶活性的影響”實驗，就可以讓學生自行設計實驗，選擇不同的溫度、酶、作用時間和檢測試劑等。這樣的實驗可以激發學生的積極性，有利于科學探究能力的培養。

3 學會交流

運用語言、文字、圖片和視頻等方式，準確闡述研究的目的、實驗的過程、結果和結論，或傾聽或質疑或探討，通過分析對比，做出自己的判斷，可使學生更好地掌握科學知識、啟迪思維，提高科學探究能力。

例如，“探究幼苗生長的向光性”“生長素類似物對枝條生根的作用”“果蠅的雜交實驗”“探究赤霉素對鐵樹種子的萌發的影響”“細胞亞顯微結構模型的制作”等實驗后，組織學生召開專題答辯會，由學生個人或研究小組撰寫探究小論文、制作PPT演示件、展示研究成果來匯報自己的研究項目，教師或學生負責提問和評價。在聯系現實生活的“科學、技術和社會”教學活動中，有許多教學內容需要學生自己去查找資料學習，例如，“基因工程的新進展”“雜交水稻的研究”“克隆技術的研究及其倫理問題”等。學生在查找相關資料和隨后進行的匯報交流及辯論過程中，能夠了解生物學技術的新進展和在社會發展中的巨大作用，促使自己關注社會生產和生活，為他們進一步的學習和步入社會做準備。這樣的交流，充滿了思維的碰撞，可很好地鍛煉語言的組織和表達能力。

4 學會創新

創新意味著能夠以新的思維、新的角度和新的方法來探究和解決問題。要鼓勵學生不要墨守成規、迷信權威，要勇于探索，提出自己的見解，實踐自己的想法。對于中學生來說，創新可以是整體的，也可以是局部的，這需要更強的科學探究能力和綜合素養[2]。

例如，在“綠葉中色素的提取和分離”實驗中，多以菠菜為材料提取葉片光合色素，濾紙上顯示出“橙黃色-黃色-藍綠色-黃綠色”4條色素帶，對應“胡蘿卜素-葉黃素-葉綠素a-葉綠素b”。但自然界中不同季節、不同植物的葉片顏色不同，能不能讓學生去探究不同顏色葉片含有哪些色素、色素都有哪些理化性質呢？在生物學校本課程教學中，讓學生自主探究，分離和提取不同顏色葉片的色素。在學生已經掌握的菠菜葉片色素提取和分離方法的基礎上，讓學生集思廣益，設計實驗的思路，然后展開實驗。學生收集了不同顏色的葉片或花瓣，然后模仿所學實驗進行分離和提取。實驗中發現，從莧菜葉片提取的濾液中有紫紅色的色素，但是在濾紙條上沒分離出。經過查找資料和討論，學生提出用清水作為層析液，終于分離出了水溶性紫紅色的莧菜紅素，并且驗證了光合色素不溶于清水的特點，這就是實驗方法的局部創新實例。