生物實驗對培養學生生物學核心素養的作用

焦興佳 趙婷婷

【摘要】教師在生物實驗教學中有意識地滲透生物學核心素養教育，有利于提高學生的生物學核心素養。學生參與生物實驗，經歷探究歷程，能夠掌握生物學知識，形成勇于探究的精神和終身學習的能力，形成正確的生命觀念。用科學的思維進行科學探究可提升學生的綜合素質，適應社會發展，為終身學習奠定基礎。

【關鍵詞】生物實驗；生物學核心素養；生命現象；科學思維；科學探究能力；社會責任感

【基金項目】天津市2017年度哲學社會科學規劃課題“基于學科核心素養的生物教師教育行動研究”，課題批準號：TJJXQN17-006。

2014年，教育部發布了《關于全面深化課程改革，落實立德樹人根本任務的意見》，首次提出了“核心素養”這一教育頂層設計，“核心素養”也成了課程改革的標準和依據。核心素養指的是受教育者應該具備的，在一定的教育過程中逐步形成的，適應終身發展和社會發展所需要的必備品格和關鍵能力，它包括責任擔當、實踐創新、人文底蘊、科學精神、學會學習和健康生活六個方面。學生的核心素養可以在具體的教學過程中發展和形成，各門學科可以根據學科特點和核心素養的要求，形成本學科的核心素養。生物學核心素養包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個方面。生物是一門以實驗為基礎的學科，生物實驗在教學中有非常重要的作用，學生在參與實驗操作的過程中，主動提出問題，做出假設，設計實驗，實施方案，得出結論和規律，并對結論進行討論，在這個過程中學生能夠掌握生物學知識，形成勇于探究的精神和終身學習的能力，形成正確的生命觀念，用科學的思維進行科學探究，增強自身社會責任感。因此，生物實驗對學生生物學核心素養的培養具有非常重要的作用。

一、生物實驗有利于學生生命觀念的形成

“生命觀念”指的是對觀察到的生命現象及相互關系或特性進行解釋后的抽象，是人們經過實證后的觀點，是能夠理解或解釋生物學相關事件和現象的意識、觀念和思想方法。學生應該在較好地理解生物學概念的基礎上形成生命觀念，如結構與功能觀、進化與適應觀、穩態與平衡觀、物質與能量觀，指導探究生命活動規律，解決生活中的實際問題。在實驗操作過程中，學生能夠自己動手實踐，實踐操作能力得到鍛煉的同時也加深了對生物學概念的理解，從而可以更好地形成生命觀念。例如在“探究植物細胞的吸水和失水”實驗中，以紫色的洋蔥鱗片葉作為實驗材料，觀察植物細胞的質壁分離與復原現象，將細胞膜和原生質層的結構與功能統一起來。教師可以向學生滲透結構與功能相適應的觀點，讓學生逐漸形成結構與功能觀。在探究實驗“自然選擇對種群基因頻率變化的影響”中，學生通過做出假設，實施探究方案，分析結果，得出結論，明白自然選擇在生物進化過程中的作用。結合學習的關于生物進化的知識，最后形成進化與適應觀。通過實驗“生物體維持pH穩定的機制和內環境穩態”的學習，學生可以直觀感受到有機體穩態維持的機制，形成穩態與平衡觀。在學習細胞的呼吸作用和光合作用時，通過實驗“探究酵母菌細胞呼吸的方式”和“綠葉中色素的提取和分離”，學生可以深入了解呼吸作用和光合作用中物質的消耗與產生以及能量的轉化，形成物質與能量觀。教師在日常教學中應該有意識地向學生滲透，幫助學生形成生命觀念，有助于學生更好地認識生命世界，解釋生命現象，站在生物學學科思想的高度來理解世界，從而為全面系統地看待生命世界打下堅實的基礎，同時領悟生命的復雜與自然界的神奇。

二、生物實驗有利于學生科學思維的提升

科學思維指的是以客觀事實為依據，用嚴謹求真的態度和科學的方法解決問題、認識事物的能力和思維習慣。教師應該在實驗教學中培養學生的科學思維，使學生能夠以生物學事實和證據為基礎，通過歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法，探究、解釋生命現象及規律。科學史上有大量的實驗，科學家們的研究思路中處處體現出理性思維。學生通過科學史的學習，可以更好地了解知識的發展過程，感受科學家們的探究精神和科學態度，有利于學生的學習。例如，光合作用的發現歷程中，薩克斯的實驗成功地證明了光合作用的產物除氧氣外還有淀粉。這個實驗的操作過程非常嚴謹和科學。首先，薩克斯把綠葉放在暗處幾個小時，消耗掉葉片中的營養物質，這一操作是關鍵步驟，教師可以先不告訴學生該操作的原因，引導學生思考。其次，他讓葉片一半曝光，另一半遮光，一段時間后，用碘蒸汽處理葉片。葉片一半曝光一半遮光，處理之后的現象形成對照，而且在一片葉子上，效果明顯，最終根據實驗結果得出結論。教師除講解或者演示實驗外，也可以讓學生親自做這個實驗，讓學生在操作過程中體驗嚴謹的實驗態度，鍛煉學生的理性思維。在其他科學史相關實驗中，教師也可以引導學生積極思考，幫助學生在思考中提升理性思維。人教版高中生物必修2《遺傳與進化》中有很多素材可以培養學生的理性思維，如“DNA分子結構”這節課中的模型構建“制作DNA雙螺旋結構模型”，通過制作DNA雙螺旋結構模型，加深對DNA分子結構特點的認識和理解。首先，DNA分子是由兩條鏈構成的，這兩條鏈按反向平行的方式盤旋成雙螺旋結構，DNA分子中的磷酸和脫氧核糖交替連接，排列在外側，形成基本骨架；堿基排列在內側，兩條鏈上的堿基以氫鍵連接，遵循堿基互補配對原則，即A（腺嘌呤）與T（胸腺嘧啶）配對，G（鳥嘌呤）與C（胞嘧啶）配對。脫氧核糖是五碳糖，磷酸連接在它的5號碳原子上，堿基連接在1號碳原子上，三者共同構成脫氧核糖核苷酸。每個脫氧核糖核苷酸之間通過磷酸二酯鍵連接，3'，5'—磷酸二酯鍵是脫氧核糖上的3'位羥基與相鄰5'核苷酸的磷酸殘基之間，以及核苷酸糖基上的5'位羥基與相鄰3'核苷酸的磷酸殘基之間形成的兩個酯鍵。按照這樣的方式核苷酸形成核苷酸鏈。而堿基互補配對原則，使得DNA兩條鏈之間的距離保持不變。學生根據已有的生物學基礎知識，運用模型與建模方法，論證生物學規律，鍛煉科學思維。

三、生物實驗有利于學生科學探究能力的養成

科學探究指的是能發現現實生活中的生物學問題，對一些生物學現象仔細觀察，提出問題，做出假設，設計實驗，實施方案，最終得出結論，并對結論進行討論。在探究過程中，要善于團結合作，勇于創新。生物實驗是學生進行科學探究的主要陣地，學生在實驗過程中，鍛煉了動手操作能力、創新精神和實踐能力，培養了發現問題、善于進行科學探究的習慣。教師在實驗教學中，要引導學生進行真正的探究，而不是將實驗原理與步驟均提前告知學生。很多實驗在精心設計后均可以轉變為探究性實驗。例如，學生學習過“葉綠素的提取與分離”，掌握了葉綠素提取與分離的原理和操作方法，所以在學習選修1“植物芳香油的提取”時，就可以根據之前學習過的葉綠素的提取方法和芳香油的特點來自己設計芳香油的提取方法，并根據設計的方案進行實驗，對比最終提取出的芳香油，找到最好的提取芳香油的方法。因為植物芳香油有較強的揮發性，且易溶于有機溶劑，因此可以根據具體的原料，采用蒸餾、萃取或者壓榨的方法。對于揮發性較強，難溶于水且不容易焦糊的原料，可以采用蒸餾法，比如玫瑰精油的提取；蒸餾時會發生焦糊或者水解的原料，可以用壓榨法，比如橘皮精油的提取；對于易溶于有機溶劑的原料，可以用萃取法，比如胡蘿卜素的提取。教師應該讓學生自己查閱資料，設計實驗，通過自己設計方案，親自操作，得出結論并進行討論，能夠提高學生的科學探究能力，培養科學探究精神，養成科學探究習慣。

四、生物實驗有利于學生社會責任感的樹立

教育規劃綱要把“服務國家服務人民的社會責任感 ”作為素質教育的重要內容，社會責任感的培養是教學的重要任務。生物學核心素養中的“社會責任”指的是在生物學認識的基礎上，對一些社會事務參與討論并做出理性的解釋與判斷，解決生產生活問題的能力和擔當，以此來辨別真偽，為人類謀福。同時可以主動向他人宣傳健康生活、關愛生命和保護生態環境的知識，結合本地資源開展科學實踐，嘗試解決現實生活中的問題。例如，“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質”實驗中，脂肪染色的原理是用蘇丹Ⅲ或者蘇丹Ⅳ染液進行染色，蘇丹Ⅲ染液染成橘黃色，蘇丹Ⅳ染液染成紅色。由此聯系到之前市場上出售的紅心鴨蛋。自然產的紅心鴨蛋數量非常少，是做咸鴨蛋的上品，一些商家為了賺錢，在飼料里添加工業染料蘇丹Ⅳ染料，喂食之后產下的鴨蛋也是紅心的，但是工業染料蘇丹Ⅳ是致癌物，食用蘇丹Ⅳ染色的紅心鴨蛋對人體危害非常大，提醒學生在購買時要認真查看。教師在實驗教學中要注重培養學生理論聯系實際的能力，教育學生不能盲目跟風，要有用理性思維來考慮社會事件的習慣，增強自身的社會責任感。在“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”實驗中，讓學生對正常進行有絲分裂的細胞經過解離、漂洗和染色，最后制成裝片進行觀察，描述各時期的特點。教師由細胞正常的分裂延伸到細胞的惡性增值，也就是細胞的癌變。隨著人們生活方式的改變，越來越多的人受到癌癥的困擾。所以要在平時的生活中避免接觸各類致癌因子，健康飲食，不吸煙酗酒，養成健康的生活方式。提倡學生主動將健康的生活觀念傳播給其他人，培養學生的社會責任感。

生物實驗對培養學生的生物學核心素養具有非常重要的作用，所以，生物教師在實驗教學的過程中，要注重對學生生物學核心素養的培養，使學生形成生命觀念，提升科學思維，養成科學探究的精神與能力，樹立社會責任感，提高學生的綜合素養，讓學生能更好地適應未來社會的發展。這一工作不是一朝一夕之功，需要教師在日常教學中始終將滲透核心素養放在首要位置，有意識地開展核心素養教育，最大限度地發揮生物實驗的教育價值。

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