淺談基于核心素養的中學生物實驗教學變革

摘 要：基于核心素養的高中生物課程標準對生物實驗教學提出了更高要求，然而目前很少有實驗課程促進學生核心素養提升的研究。文章通過分析生物實驗教學中存在的問題，結合核心素養以及《普通高中生物學課程標準》提出了幾種改革生物實驗教學的方法，期望能為實驗教學質量的提高、學生學科素養的提升提供參考。

關鍵詞：中學生物實驗；核心素養；生物課程標準

作者簡介：劉軼，西南大學附屬中學校教師。（重慶 400700）

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2018）25-0119-03

2016年9月，《中國學生發展核心素養》正式發布，所謂核心素養是學生應具備的，能夠適應終生發展和社會發展的必備品格和關鍵能力，發展核心素養將會成為未來教育的核心。在教學實踐中，將核心素養轉化為學科素養才能讓核心素養真正得以落實。《普通高中生物學課程標準（征求意見稿）》便提出了生物學課程從生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任等方面發展學生的學科核心素養。

隨著《中國學生發展核心素養》和《普通高中生物學課程標準（征求意見稿）》的推行，生物學科教學發生著翻天覆地的變化，以學生為主體，激發學生主動參與教學活動，在新型教學資源與多種形式的課堂活動輔助下歷練學生動手實踐能力、探究能力、分析問題和解決問題的能力以及團隊協作能力，從而全面培養學生的核心素養。實驗教學作為生物學科教學的重要組成部分是培養核心素養的重要途徑。然而，現階段生物實驗教學仍面臨諸多問題：學生對學科興趣不大，學習內驅力不夠；學生對知識掌握不全面，仍然通過講、記、背的形式掌握理論知識；課本知識、考試知識掌握得較好，對于課外的知識了解太少，知識的應用、理論聯系實際的能力欠缺；學生動手能力不強，對實驗設計、方法、步驟只知其然，不知其所以然，創新意識缺乏；教師在教學過程中過分看重實驗教學的應試功能而忽略了實踐功能，課堂上忽視了學生的主體作用，導致學生的實踐能力和動手能力差，科學思維和實驗探究能力較弱。在這些問題的影響下，目前生物實驗課程教學效率不高，教學效果不佳。核心素養、新課標甚至新高考都對生物實驗教學提出了更高的要求，故實驗課程改革與創新迫在眉睫。

在中學生物實驗教學中，教師應明確學生的主體地位，設計豐富有趣的實驗內容，讓學生主動思考、深入探究，在思考問題與解決問題中把握生物學科學習的真諦。同時，要創新學習形式與教學方法，培養學生的實踐運用能力，激活他們的創新思維。

一、創新教學形式，寓學于樂

創新學習形式是新課標的要求，如何在實驗課程教學中達到這一效果呢？興趣是最好的老師，在實驗教學中可將實驗內容趣味化、生活化，寓學于樂，以激發學習興趣，增加學科樂趣，讓停留于教材的生物知識真正走進學生，讓枯燥無趣的實驗課變得多姿多彩。教師可帶領學生開展生物模型與標本制作、植物敲拓染、人工琥珀制作等活動，開設精油提取、精油皂制作、酸奶制作、生態瓶制作等學生感興趣的實驗，讓學生真正參與到實驗中來，真正發揮學生的主體作用，讓他們在活動與實驗中體驗生物學科的樂趣，內化生物學知識，進而培養生物學科核心素養。例如，生態瓶的制作能讓學生深入理解生態學知識，將人與自然、科學緊密聯系在一起，融入生態教育、生命教育。

此外，還可以改變教學模式來創新教學形式。翻轉課堂作為近年來興起的一種新型教學模式，是指重新調整課堂內外的時間，將學習的決定權從教師轉移給學生。課前讓學生通過以教學視頻為主的教學資源實現知識的傳授，課上通過同學討論、個別化輔導、自主探究或者測驗題等方式完成知識的內化的一種教學模式。利用翻轉課堂教學模式的優勢，設計基于翻轉課堂的生物實驗教學模式。例如，將“練習使用顯微鏡”和“饅頭在口腔中的變化”兩節內容分別作為驗證性實驗和探究性實驗的案例進行教學設計，能達到理論與實踐有機結合的效果，實驗教學方式新穎，學生參與度高，教學效果較佳。[1]

二、創新實驗材料、方法與實驗設計

創新力的提高是培養學生核心素養的重要保障，而實驗是提高創新力的有效方式。實驗創新從核心素養的角度來看，能培養學生的邏輯思維能力和科學素養。從學生的終生發展而言，能培養學生的創新意識、創新思維，激發學生創新潛能，引導學生思考，促進學生個性和諧發展；從學科教學而言，可以提高學生的參與度，提高實驗教學的有效性。在生物實驗開展中，可從以下方面進行創新：

1. 實驗材料創新。“葉綠體中色素的提取和分離”實驗分為提取和分離兩個過程，提取材料為菠菜，根據實際情況可用生菜、韭菜等鮮嫩綠色較深的植物材料代替。分離過程中濾紙條放入試管中容易接觸到試管壁上的層析液，可以將試管換為小燒杯，底部放適量層析液，將高于燒杯的濾紙條頂部折彎掛在燒杯上稍微傾斜即可。同時，實驗材料可以利用身邊的資源，就地取材。例如，在“綠葉在光下制造有機物”實驗中，所用到的天竺葵并非所有地方都有，可使用常見的酢醬草或蔓花生等野生小植株替代天竺葵，效果良好；在“觀察小魚尾鰭血液流動現象”時，可使用常見的蝌蚪替代小魚，就地取材，方便適合并節約購買經費。[2]

2. 實驗方法創新。教材上的有些實驗過程緩慢、耗時長，且實驗效果不佳，可以通過一定手段對其進行適當改進與創新，提高實驗效率。用料理機或打漿機替代人工研磨、用恒溫可調節水浴鍋代替酒精燈進行水浴加熱。

借助新技術對傳統實驗進行創新，例如，利用傳感器開展生物學實驗，可將實驗中不可見的現象成為可見，把難以測定的數據變得方便測定，還能實時采集實驗數據，展現生命現象的動態過程，且用傳感器測得的數據較精確，靈敏度高，能捕捉到微弱的變化。[3]目前傳感器已被用于“探究生物的呼吸方式”“生物體維持PH穩定的機制”“環境因素對光合作用強度的影響”[4]等實驗。又如，對于顯微鏡觀察類實驗可借助于顯微數碼互動系統。通過顯微數碼互動系統，教師能在終端計算機中看到每組學生的操作情況，并及時對學生進行指導。而且利用配套操作軟件能將事先準備好的顯微形態結構、生命活動等進行數碼攝像，儲存于計算機內，待需要時通過多媒體投影到學生課堂銀幕上或每組學生的計算機終端上。

3. 實驗設計創新。探究性實驗較驗證性實驗更能培養學生的思維能力，教師在教學過程中可對課本實驗進行創新，將驗證性實驗改為探究性實驗。例如。將檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質的實驗融入種子萌發的過程中，在學生掌握理論知識的基礎上，帶領學生鑒定種子萌發過程中不同階段的有機物，讓學生通過顏色的深淺判斷出種子萌發過程中糖類、脂肪、蛋白的變化趨勢。這種實驗設計能讓學生對糖類、脂肪和蛋白質的鑒定及種子萌發過程的理解更深入。又如，將驗證性實驗“唾液淀粉酶對淀粉的分解作用”變為探究性實驗“探究唾液淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解”，也改變了實驗教學模式，改變學生學習方式。[5]此外，教師還可讓學生對教材實驗進行探究。如“綠葉中色素的提取和分離”實驗中可引導學生對色素提取方法改進進行探究。[6]教材實驗的創新設計既能增強學生對學科知識的理解，也提升了學生分析問題、設計實驗的能力。

三、拓展實驗寬度，豐富實驗課程

《普通高中生物學課程標準（征求意見稿）》對生物學科教學內容作了較大幅度的調整，教學內容少而精。課程是教學的生命，生物實驗課程豐富，開設有必修與選修課程。其中，必修主要是課本實驗，選修實驗可設置成進階式的課程，包含興趣課程、拓展課程、專業實驗課程。興趣課程開設諸如精油提取、精油皂與精油潤唇膏制作、酸奶制作、植物敲拓染等課程；拓展課程主要是結合教材知識點開設新的實驗內容，如植物向性運動的實驗設計，可以要求學生不局限于課本上的實驗材料和用品，自己選擇合適的實驗材料和用品開展實驗；專業實驗課程主要是讓學生掌握植物組織培養、微生物的培養與分離、微生物鑒定、凝膠電泳、基因擴增、分子雜交等實驗技術。多元化的課程設計，讓學生在掌握課本知識的基礎上，更深入掌握科學研究的思路與方法，有利于學生的終生發展。

四、增加實驗深度，引導學生開展課題研究

實驗探究既是生物學科核心素養的內在要素，又是綜合培養學生生物學科核心素養的一種有效方法。如果生物實驗僅限于教材中的內容，就不能達到新課標的要求，所以，生物實驗教師除了完成常規實驗課程，還需引導學生關注現實世界中的生物學問題，在課余時間進行實驗探究、課題研究，讓學生通過實驗更深刻地理解專業知識。通過此種形式培養學生提出問題、解決問題的能力，培養學生的創新意識、合作意識、科學思維、科學態度。對于課題方向的選擇，我們可以從日常生活中與生物學相關的問題入手，如環境保護、食品營養與安全、社會倫理、醫藥衛生等，這些研究內容能充分體現生物學科核心素養的社會責任。

生物實驗教學是培養學生能力的重要途徑，既能激發學生的學習興趣，鞏固理論知識，又能培養學生的觀察能力、動手操作能力、科學探究與創新能力。在新時代背景下，教師在日常教學中要善于挖掘能培養學生綜合能力的實驗，開發相關課程與活動，促進學生綜合素質的提升，提高學生的核心素養，促進學生全面發展。

參考文獻：

[1] 李響.翻轉課堂在初中生物實驗教學的應用研究[D].河北：河北師范大學， 2016.

[2] 謝婕， 吳松斌， 陳佳敏. 中學生物實驗存在的問題及改進原則[J].廣東第二師范學院學報，2016，36，（5）：108-111.

[3] 黃婷.使用PASPORT傳感器探究“生物體維持pH穩定的機制”[J].中學生物教學， 2007，（6）： 60-61.

[4] 李樂峰， 丁元元. 用氧氣傳感器進行“光合作用釋放氧氣”實驗教學的探索[J].中學生物 教學，2015，（11）：50-51.

[5] 張淑偉.高中生物實驗創新研究[D].陜西：陜西師范大學，2013.

[6] 郭琪琦.基于核心素養的中學生物實驗創新趨勢[J].中學生物教學，2017，（7）：11-13.

責任編輯 黃 晶