高中生物研究型實驗的開發及完善

杜靜

《普通高中生物學課程標準（2017版）》明確指出：生物學課程要求學生主動參與學習過程，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據、檢驗假設和發現規律等過程中習得生物學知識，養成理性思維的習慣，形成積極的科學態度，發展終身學習及創新實踐的能力。與傳統實驗教學不同，研究型實驗偏向以學生為主體，通過實驗方案的設計，實驗流程的完整參與以及問題的自主解決，培養學生知識轉化和問題探究能力，啟蒙學生研究興趣并增加學生的創新欲望。

微生物發酵是高中生物選修中的教學內容，其中泡菜制作、亞硝酸鹽含量檢測側重于動手實踐，需要學生通過親自操作深入掌握課本知識。但現階段教師對實驗投入時間和精力有限；實驗形式單一，主要為觀察、鑒別和驗證性實驗；教學方式局限于教師課前準備實驗，課上講解實驗步驟，巡視指導；由于學時限制，一般會選擇開設部分實驗，導致實驗項目分散且連貫性差，學生不能連續完成實驗內容，無法很好地理解實驗目的和需要解決的問題，難以培養獨立思考和解決問題的能力。針對上述問題，我們在實驗項目、授課模式等方面改進，本研究實驗從前期資料查找、實驗方案設計到實驗操作、問題解決、分析總結等都需要學生自主完成，讓學生最大限度地去經歷完整的實驗過程，從而提高實驗教學質量，促進學生核心素養的形成。

開發綜合型研究型實驗項目

與傳統教學模式的被動性和不連續性不同，研究型實驗更注重學生自主思考意識和動手能力的培養。本實驗作為一個完整的研究項目，學生全程參與完成項目流程，將傳統發酵技術、微生物培養、分離與計數、種群數量變化等優化整合，把單一、獨立、不連貫的實驗內容整合，開發綜合型、連貫性的研究型實驗項目。實驗開始前，通過實驗流程圖，使學生了解各實驗間的聯系和設計依據，引導學生進行文獻資料查閱，實驗方案設計環環相扣，上個實驗結果是下個實驗的材料。學生了解實驗總體流程后，就會明白各實驗的目的和意義，積極思考如何得到預期的實驗結果，增強了學生實驗的積極性和能動性。

實驗流程圖使學生對整個實驗原理和流程有了整體認識，為后續各實驗方案的制定和操作奠定基礎。學生理解實驗目的后，能針對性地解決遇到的問題，更好地調動學習主動性和積極性。通過實驗設計、實驗操作、實驗中的思考，和發現問題、解決問題的實際訓練，培養學生的實驗能力和嚴謹的科學精神，提高學生生物學核心素養。

采用“互聯網+實驗”教學授課模式

受課時限制，一些耗時較長的生物學實驗如泡菜發酵、菌株篩選等，都不可能在某個教學周或課堂中集中完成，需要合理安排分期進行。選取生物校本選修課，結合學校長短課，學生在一學期的校本選修課中完成整個研究型實驗。具體安排如下。

理論教學 學生在實驗前，教師對研究型實驗進行講解，使學生了解相關理論知識，并引導學生實驗前進行獨立思考和提出問題。本實驗第一節課以探究性學習的教學模式帶領學生設計實驗流程圖，讓學生把理論知識與實際研究有機結合。

實驗技能培訓 進行基本實驗技能培訓，使學生掌握微生物培養、基因工程操作技術，避免學生實驗技能操作不規范或操作不當導致實驗結果不正確。

“互聯網+”技術，改革教學手段 為解決課時不足、學生實驗操作不熟練等問題，采取如下措施：一是通過錄制短視頻的方式制作實驗微課，并在微課發布后要求學生就其相關內容進行學習、思考、小組討論，方便學生反復觀看，加深學生對實驗操作流程的印象。二是提供微信公眾號（如生物勘探、解旋酶等）和生命科學論壇（如生物谷、丁香園等），讓學生了解基因工程前沿知識。三是微信群推送NCBI鏈接，指導學生在網上進行引物設計和序列比對等。“互聯網+”技術的實驗教學能夠促進學生對實驗原理和操作技能的掌握，促進學生動手能力、團隊協作和解決問題能力的提升，提高了教學效果。

研究型實驗的不足與完善

由于研究型實驗開設時間短，尚處于起步階段，相關經驗不足，因此在實踐過程中還存在著一些問題。第一，實驗流程設計以教師為主，而非學生自己思考設計，若結合學生現階段知識儲備和能力，將一部分實驗方案交由學生制定則能更好地鍛煉其思考能力，加深對相關知識的理解。第二，受限于理論知識的理解，學生在后續的實驗過程中仍存在不能完全理解實驗原理和目的、為了實驗而做實驗的現象。第三，雖然錄制了實驗微課，但由于基因工程實驗具有操作嚴格、各試劑加入量精確等特點，學生的基本實驗技能相對欠缺，因此需要對學生進行基本技能的強化培訓：移液器的正確使用、試劑的配制、正確加入方法和順序及材料的高溫滅菌等。第四，歷經一學期，選擇校本選修班的學生為研究對象完成了整個研究型實驗，但如何在全年級學生中開展，在常規教學內容安排、教學時間調整、實驗室開放等方面仍是值得探索的課題。

總之，通過設計目標明確的研究型實驗，強調以學生為主導的自主學習，學生為完成目的明確的實驗內容而自主開展實驗，對微生物培養、基因工程實驗設計和操作的深入了解，有助于學生對基本理論知識的理解，促進學生獨立思考和自主學習能力的培養，提高學生生物學核心素養。

（作者單位：？首都師范大學附屬育新學校）