實驗是生物課培養科學素養的基礎環節

孟蕾

生物學是一門以實驗為基礎的學科，因此從實驗角度研究“如何提高生物科學素養”就顯得尤為重要。

但目前這方面的研究很少。以往常規的實驗教學模式是：教師先講授實驗原理，再讓學生按照步驟逐項完成。目的只是熟悉實驗步驟，以應付考試。在實驗過程中學生只是“驗證者”，而非“探究者”。久而久之，學生主動參與的積極性受挫。此外，傳統的實驗課重知識講授，輕學生活動，往往忽視課本上涉及的模型構建類和調查研究類實驗。這種做法同樣不利于學生生物學素養的培養。

基于以上問題，筆者認為非常有必要從實際的課本實驗出發，嘗試總結不同實驗類型的教學模式。

什么是生物科學素養

現行的課程標準明確指出：生物科學素養是指公民參加社會生活、經濟活動、生產實踐和個人決策所需的生物科學知識、探究能力以及相關的情感態度與價值觀，它反映了一個人對生物科學領域中核心的基礎內容的掌握和應用水平，以及在已有基礎上不斷提高自身科學素養的能力。

關于達成生物科學素養所要求的核心基礎內容，目前業內專家達成共識，即包括以下5個方面：能理解生物學基本現象和規律，理解生物學原理如何應用于生物技術領域；能解釋身邊的生物學現象；應掌握一系列技能，如操作技能，科學探究技能，比較、判斷、分析和推理等思維技能，以及創造性和批判性思維方式；形成正確的情感、態度、價值觀，并以此指導自身行為；形成終身學習的基本能力。

因此，生物科學素養是科學知識、科學能力和方法、科學意識和品質的總和。其中，科學知識是基礎、科學能力和方法是核心、科學精神是靈魂。

就課本要求的實驗類型來說，大致可分為三類：動手驗證類（即通常實驗室進行的課本實驗）、模擬和模型構建類、調查研究類。不同實驗類型所要求達成的具體科學素養。

動手驗證類實驗有利于達成生物科學素養的能力要素。能力目標是整個科學素養的核心。在現行課程標準中，對能力維度有如下表述：能夠正確使用一般的實驗器具；掌握采集和處理實驗材料、進行生物學實驗的操作、生物繪圖等技能；發展科學探究能力。其中科學探究能力包括：能客觀觀察和描述現象，提出問題，分析問題，設計實驗方案，解釋數據，得出結論等。

模擬和模型的構建類實驗有利于達成生物科學素養中的知識要素。在課程標準中，對知識維度的要求有以下表述：學生能獲得生物學基本事實、概念、原理、規律和模型等方面的基礎知識；知道生物科學和技術的發展方向和成就；知道生物科學史上的重要事件等。

調查研究類實驗有利于達成生物科學素養中的意識品質要素。在課程標準中，對科學意識品質的要求如下：認識生物科學的價值，樂于學習生物科學，養成質疑、求實、創新及勇于實踐的科學精神和科學態度；確立積極的生活態度和健康的生活方式等。

改造生物課本實驗，凸顯科學素養教育實效

三類實驗要從課本走進實驗室，從知識的記憶回歸到學生的動手、觀察乃至素養，許多實際問題還有待解決。在問題的解決中，提高學生實驗科學素養的有效教學模式也初具雛形。

第一，基于高中學生的學情，讓學生獨立設計實驗是有困難的。教師可依據課本實驗，在教學環節的設計上增加探究的意味，在教師引導以及學生自主學習、同伴互助的過程中，達成上述能力目標。

以色素的提取和分離為例，基于往屆學生實驗中出現的色素帶不整齊、有重疊和色素顏色不明顯等情況，筆者提前進行了預實驗并發現了課本中諸多值得商榷的問題：（1）課本上層析時用試管，但由于試管很細，而且常常沾有層析液，所以色素帶很容易溶解到層析液中，導致實驗失敗。應換為在燒杯中層析更好。（2）課本上要求用尼龍布過濾，但實際研磨得到的色素溶液很少，很容易全部粘在尼龍布上。應改為把濾液直接倒入試管，靜置片刻，取上清即色素濾液繼續實驗。（3）課本上要求用毛細吸管吸取少量濾液畫線，但實際操作中很難畫出細而直的濾液細線。改為用直尺蘸取色素提取液進行色素畫線，簡單易行且效果較好。（4）研磨不充分，會導致色素帶不清晰。層析時間太短，會導致色素帶重疊。只有注意實驗細節，才能得出理想的結果。有了教師預實驗和優化實驗體系，學生的“動手驗證類實驗”才能變得可操作、好驗證。

第二，課本上絕大多數實驗都提供了方法步驟，如果教師直接講授實驗原理和方法，或者學生直接照方下單，不利于學生能力的培養。相反，通過一系列具有啟發性的問題串，引導學生積極思考，師生共同設計實驗，可有效提高學生的生物科學素養。

關于色素提取和分離實驗，可以設計以下問題串：色素在哪？用何種試劑溶解提取？采用何種措施防止葉綠素被破壞？如何將各種在有機溶劑中溶解度不同的色素分開，等等。實踐表明，以上問題情境能夠增強學生的主體意識，充分激發興趣，從而使學生以積極的心態投入后續的實驗操作中。

第三，能力目標中明確指出“學生要能利用證據和邏輯對自己的實驗結果進行反思”。在第一個平行班上課時，筆者原本想讓學生反思實驗失敗的原因，但多數學生無從下手。因此，在后面的班級上課時，筆者嘗試進行改進：在師生共同分析完實驗原理后，不具體分析實驗步驟，而是直接呈現一張自我監控表，讓學生以小組為單位進行實驗操作，并隨時記錄。

第四，請實驗操作理想的學生到講臺上分享經驗，課后制作展板，對全部學生的實驗結果進行集中展示。這個環節除了能達成“用準確的術語、圖表介紹研究方法和結果，闡明觀點；并聽取同伴建議”的能力目標，還能提高匯報人的自信和語言表達能力，而來自同伴的分享，更能引起傾聽者的共鳴，促使學生深入反思。

第五，在實驗課堂滲透STS（科學、技術、社會）教育，即嘗試用實驗原理和方法解決日常生活與生產中的實際問題。這樣—方面能提高學生的興趣，另一方面使他們意識到科學知識的重要性。

在色素的提取和分離課前，筆者已布置學生收集校園里葉片，除了收集要求的菠菜葉片，學生還可以嘗試探究其他感興趣的葉片，并比較兩者的色素顏色和條帶位置有何不同。絕大多數學生都帶來了各色葉子：楓葉、銀杏葉、紅牛皮菜葉等。實驗前，學生白行提出假設，設計實驗方案，通過實驗證實或否定最初假設。學生是“主角”，教師只是“引導者”。

第六，與實踐周相聯系，開展植物色素提取比賽。實踐周是我們的特色活動，其間可以對很多課本實驗進行深入挖掘。比如：“物質鑒定——對食堂提供的酸奶、豆漿等食物進行還原糖、蛋白質、脂質等的測定，從而為科學飲食提供依據”“對自身的口腔上皮細胞進行染色，做染色體組型分析，尋找男女生的差異”等。

動手驗證類實驗主要集中在《分子與細胞》分冊中，而在《遺傳與進化》分冊中，由于實驗條件有限，該冊實驗多以模擬實驗或模型構建的形式出現。通過模型的構建，不僅使抽象的東西簡單明了，而且鍛煉了學生的動手能力，能有效地提高生物科學素養。

在模型的構建過程中，可穿插生物科學史的教學。將科學家的發現史融合在問題串中，從而再現知識發生過程，在師生共同討論中體驗科學家的思維方式，體會合作和跨學科融合的重要性。

調查研究類課題也是提高生物科學素養必不可少的環節。癌癥防治、轉基因安全性、艾滋病病毒等問題，與每個人的健康息息相關，學生很感興趣。通過完成相關調查研究課題，不僅能提高學生文獻檢索和信息收集處理能力，還能拓寬視野，確立積極的生活態度和健康的生活方式，形成良好的科學意識和品質。

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