例談高中生物教學中如何發展學生生物學核心素養

李鵬飛

要達成“立德樹人”的教育目標，發展學生的“核心素養”是關鍵舉措。“核心素養”以培養“全面發展的人”為核心，注重發展學生的科學精神、學會學習、實踐創新等方面的能力，培養有人文底蘊、能健康生活、有責任擔當的能終身發展的現代公民。

“核心素養”是跨學科素養，生物學作為自然科學中的一門基礎學科，不僅有本學科結論豐富的知識體系，也是醫學、藥學、農業工程、環境保護、城市規劃和建設及其他有關的科學基礎，同時包括了人類認識自然現象和規律的一些特有的思維方式和探究過程。因此，在培養和發展學生的“核心素養”中，生物學科也有著豐富的內涵。

1 生物學核心素養的具體內涵

1.1 生命觀念

培養學生生物體的結構和功能相適應的觀點，行使相應的功能必須有對應的結構；具有物質和能量觀，明白吸能反應和放能反應是伴隨著ATP的水解和ATP的合成進行的，生態系統中物質是能量流動的渠道，能量是物質循環的動力；具有進化的觀點，適者生存不適者被淘汰，進化是適應環境的表現，理解進化的本質；具有穩態與平衡觀，個體和環境都通過反饋調節實現穩態。

1.2 理性思維

理性思維是一種建立在證據和邏輯推理基礎上的思維，理性思維的類型有比較與分類、分析與綜合、歸納與演繹、抽象與概括、建立模型、批判性思維等。培養學生在有關生物學的問題情境中，基于事實和證據，利用相關的生物學原理，通過邏輯推理予以闡述。

1.3 科學探究

在科學探究過程中學習生物學知識、發展理性思維、培養科學態度，是一種綜合能力的發展。科學探究的過程包括根據現象提出問題、對問題作出假設、制訂探究方案（或探究實驗）、實施方案（或實施實驗）、獲取結果（實驗現象或數據）、得出結論、表達和交流以及進一步探究。在此過程中，教師可以培養學生的觀察能力、提出問題能力、獲取信息能力（如查閱資料能力）、實驗設計能力、理性思維能力、實驗動手能力、團隊合作能力、表達和交流能力等。

1.4 社會責任

生物科技的迅速發展，使得高新技術越來越多地進入人們的生活中，如試管嬰兒、克隆技術、轉基因技術、植物組織培養等。科學是一把雙面劍，高新技術的興起，一方面在醫療、衛生、農業、環境保護等諸多方面提高生產力，讓人們的生活和社會越來越美好；而另一方面也帶來不少隱憂，諸如轉基因食品是否安全、設計試管嬰兒嚴重沖擊人類道德底線、基因身份證會否引起新的社會歧視等。因此，教師應培養學生正確的認知觀，辨別迷信和偽科學；積極主動地參與社會討論中的生物學議題，并作出理性的判斷和解釋；能主動向他人宣傳健康生活、關愛生命和保護環境等相關知識。

2 發展學生生物學核心素養的途徑

2.1 實驗教學是培養學生生物學核心素養的重要途徑

生物學是一門以實驗為基礎的學科，高中生物學教材中也有很多探究性實驗和驗證性實驗。教師可以通過實驗讓學生深入理解相關知識，同時發展學生的理性思維和探究能力。

如，探究外界溶液濃度與植物細胞發生質壁分離的關系。本實驗中，教師除了讓學生觀察到植物細胞發生質壁分離和質壁分離復原的現象外，還可從以下幾個方面進行教學設計，發展學生的生物學素養。

2.1.1 在實驗材料的選取上展開討論

實驗結束后，教師提出以下問題供學生討論：

① 本實驗為什么選用紫色洋蔥鱗片葉外表皮？內表皮可否？

② 利用洋蔥還可以做哪些高中生物學實驗？

答案：① 紫色洋蔥鱗片葉外表皮為成熟植物細胞，細胞有紫色大液泡，便于觀察。內表皮沒有色素，不便于觀察，故不可行。

② 洋蔥鱗片葉內表皮可用于“觀察DNA和RNA在細胞中的分布”，培養洋蔥根尖可用于“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”和“低溫誘導植物染色體數目的變化”，洋蔥管狀葉可用于“提取和分離綠葉中的色素”。

2.1.2 重視對實驗設計的分析，引導學生開展科學探究

實驗設計是在充分理解實驗原理的基礎上，在保證安全的前提下，結合現有的材料用具，科學地綜合性地設計出實驗流程和預期實驗結果。對教師中已經給出的實驗設計，學生可先按照教材實驗操作，并觀察記錄實驗結果，然后嘗試對實驗進行調整和改進。如本實驗中，教師可引導學生進一步思考：

① 能否用蘚類小葉做此實驗（圖1）？

② 若可行，則在顯微鏡下觀察到A、B處顏色分別是什么？

③ 若在滴入的蔗糖溶液（0.3 g/mL）中加有伊紅（植物細胞不吸收的紅色染料），則在顯微鏡下觀察到A、B處顏色分別是什么？

④ 能否先做質壁分離復原實驗，再做質壁分離實驗？為什么？

答案：① 能 ②無色 綠色 ③ 紅色 綠色 ④ 否 沒有質壁分離，就沒有后續的質壁分離復原，此兩步驟具有時間的先后和邏輯的因果關系。

2.1.3 圍繞實驗結果開展進一步討論，培養學生的發散思維

人們把引起50%左右的細胞發生初始質壁分離的濃度稱為等滲濃度。通過實驗，可以測出洋蔥鱗片葉外表皮的等滲濃度。在此基礎上，教師可提出如下問題，供學生思考討論：

（1） 為什么是50%左右的細胞，而不是100%？

（2） 為什么不是所有的細胞同時發生質壁分離，而有先后之分？洋蔥的其他部位發生質壁分離的等滲濃度也是該數值嗎？其他植物呢？

（3） 還可更精確的測出等滲濃度嗎？

答案：（1） 100%的細胞發生質壁分離，說明蔗糖溶液濃度明顯高于細胞液濃度；沒有細胞發生質壁分離，說明細胞處于吸水狀態，蔗糖溶液濃度明顯低于細胞液濃度；所以50%左右的細胞發生初始質壁分離的濃度稱為等滲濃度

（2） 不同的細胞代謝狀況不同，細胞液濃度不同，滲透壓不同。不是。不是。

（3） 可以，進行進一步實驗，在本實驗等滲濃度附近設置蔗糖濃度梯度更小的實驗組。

評析：教科書中的實驗通常有明確的實驗原理、確定的實驗材料和實驗步驟。實驗中，學生往往會不假思索，按部就班地進行操作，得到預期結果便算完成了任務，雖一定程度鍛煉了實驗動手能力，但忽略了發散思維、理性思維和探究精神的培養。本例實驗中的問題設置，是圍繞培養學生核心素養的要求制訂的。問題設置體現了“生命觀念”的要素，指向結構與功能相適應的觀點，同時發展了學生的發散思維，反映了“理性思維”的要素。

2.2 探究性學習是發展學生核心素養的關鍵舉措

在日常教學中，探究性學習一點一滴地滲透開展，能很好地培養學生的科學探究意識、創新能力、實驗設計能力、實踐動手能力和團隊合作能力以及表達交流等方面的能力。

如，探究溫度對酶活性的影響。在實施本實驗之前，教師可和學生一起探究如下問題：

（1） 本實驗自變量、因變量、無關變量分別是什么？

（2） 有如下實驗步驟：

① 取3支試管，編號1、2、3并各注入2 mL淀粉溶液；

② 另取3支試管，編號A、B、C并向各試管注入1 mL淀粉酶溶液；

③ 向各試管滴入1滴碘液；

④ 將3支試管分別放在冰塊、37℃水和沸水中維持溫度5 min；

⑤ 觀察實驗現象；

⑥ 將A、B、C試管溶液分別加入1、2、3試管中混合。

以上實驗步驟最合理的順序應為（ ）

A. ①④→②→⑥④→③→⑤

B. ①②→⑥④→③→⑤

C. ①④→②④→⑥→③→⑤

D. ①④→②④→⑥④→③→⑤

（3） 對實驗結果的鑒定能否改為加斐林試劑水浴加熱？

評析：通過對（1）的討論，學生進一步加深對變量的理解，明確本實驗的對照原則。通過對（2）實驗步驟的探討，學生明確對自變量處理的有效性，養成理性思維的習慣。問題（3）的回答是否定的，原因是如果選用斐林試劑，反應時需要水浴加熱50～65℃來驗證實驗結果，那么可能置于低溫條件（冰塊）下的酶逐漸恢復活性而導致部分淀粉被水解生成還原糖，結果與置于適宜溫度條件的試管中一樣都會出現磚紅色沉淀的現象，從而不能達到檢測實驗結果的目的。

通過探討，最終可確定實驗步驟如表1所示。

2.3 注重生物科學史的學習有助于學生理解科學本質，培養其理性思維和科學探究精神

生物學作為自然科學，包括了人類認識自然現象和規律的一些特有的思維方式和探究過程，通過生物科學史的學習，教師引導學生領悟生物學家的科學研究方法、科學思想、科學精神和科學態度。

如，對生物膜的探索歷程。教師提供科學史資料：

細胞膜不僅是細胞的邊界，而且還承擔著控制物質進出細胞以及實現細胞間信息交流的功能，那么細胞膜的具體成分和結構又是什么呢？在歷史上，為解決這些疑問，生物學家先后開展了很多的實驗。

（1） 19世紀末，歐文頓用500多種物質對植物細胞進行上萬次的通透性實驗，發現脂溶性物質容易透過細胞膜，不溶于脂質的物質透過細胞膜十分困難。這表明細胞膜的主要成分中應有哪類物質？（提示學生：化學課上學習的相似相溶原理）

（2） 歐文頓認為，膜是由脂質組成的。歐文頓的推論是否正確呢？細胞膜中還有其他物質嗎？20世紀初，科學家將從哺乳動物紅細胞中分離出來的膜進行化學分析，結果表明膜的主要成分是脂質和蛋白質。

（3） 脂質和蛋白質是怎樣形成膜的呢？1925年，兩位荷蘭科學家用有機溶劑丙酮提取人的紅細胞膜中的脂質，并將它在空氣-水界面上展開時，測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的兩倍。該實驗結果能說明什么問題？

上述實驗過程可以很好地展現當年科學家的研究思路；同時通過對上述實驗結果的推理分析，學生順其自然地理解細胞膜的基本結構。

（4） 蛋白質位于脂雙層的什么位置呢？20世紀50年代科學家羅伯特森利用電子顯微鏡觀察細胞膜，發現它由“暗—亮—暗”的三層結構構成。于是他提出生物膜的“蛋白質—脂質—蛋白質”三層結構模型，并描述為靜態統一結構。

（5） 有什么證據證明細胞膜中的物質是不斷運動的呢？1970年，科學家用綠色和紅色熒光染料分別標記小鼠和人細胞表面的蛋白質分子，然后誘導兩個細胞融合。融合細胞一半發綠色熒光，另一半發紅色熒光。但在37 ℃條件下培養40 min，兩種顏色的熒光均勻分布。這一實驗，又能證明什么？

通過上述實驗分析，學生很容易得出細胞膜具有流動性的特點。在此基礎上，教師展示1972年桑格和尼克森提出的生物膜的流動鑲嵌模型，水到渠成。

2.4 開發校本課程，培養學生人文情趣和社會責任

校本課程的開發既能幫助學生更好地理解生物學知識，又能在自然與社會之間搭建溝通的橋梁，提高學生的人文素養和對學校對家鄉的認同感，培養學生的責任意識。

如目前我校生物組借助學校第二課堂平臺，在學生社團“中山二中生物社”內開展了葡萄酒的釀造、紅樹林物種多樣性研究（資料查閱）、紅樹林生態系統保護策略研究、葉脈書簽的制作、制作生態缸、生物電影賞析等活動。一方面可以拓展學生的視野和培養學生實驗探究能力，同時發展學生的理性思維以及對環境保護的責任意識和擔當精神。校本課程的開發，可一定程度上滿足學生的興趣發展和個性培養，同時能為學生的進一步學習打下基礎，為其職業規劃啟發萌芽，還可以培養學生關心家鄉、服務家鄉的情感。

2.5 學科融合，培養學生思考問題全局觀，提高學生問題解決能力

“核心素養”是跨學科素養，自然科學中的數學、物理學、化學、生物學等各門學科，其研究方法、思想方法、基本原理等都有著密切的聯系。教師要注意學科間的聯系，充分體現自然界是一個統一的整體，有利于學生理解科學的本質和研究方法，有利于學生建立科學的生命觀，發展生物學核心素養。

參考文獻：

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