巧設高中生物學實驗 發(fā)展學生核心素養(yǎng)

（廣州市天河中學 廣東廣州 510630）

實驗教學是高中生物學十分重要的一部分。教師在實驗教學過程中，要引導學生正確地進行實驗操作，細致地觀察實驗現象，記錄、分析實驗結果，總結實驗結論。不過，有些學生雖然進行了實驗操作，在隨后的練習或檢測中，并不能很好地進行知識遷移，或其形成的知識體系漏洞百出。所以，如何更深入地進行實驗教學，幫助學生理解實驗知識，培養(yǎng)學生科學思維和科學探究能力？教師應引導學生深層次的進行學習，如思考開展這個實驗、實驗采取這種方操作、出現這樣的實驗現象的原因。學生通過深度的學習和剖析，理解實驗現象背后的科學原理，從而領悟知識、提升能力。

在高中生物學的實驗教學中，筆者嘗試巧設實驗教學來引導學生深度思考和培養(yǎng)學生的科學探究能力。以培養(yǎng)學生的實驗探究思維作為關鍵點，通過課前預習導學、課堂科學探究、課后延伸拓展的教學策略，貫穿觀察現象、提出假說、實驗設計、實施討論、質疑創(chuàng)新等各種活動，切實地培養(yǎng)學生的科學探究能力，從而提升學生的生物學學科核心素養(yǎng)。

1 課前預習導學，引導觀察、思考和提出假說

教師需引導學生觀察實驗現象并思考現象后的科學本質，提出解釋的假說，以培養(yǎng)學生的科學探究素養(yǎng)。在高中生物學必修模塊中，教師可應用好教材，選擇豐富生物學學科的基礎知識和背景材料，采用新的方法設計實驗；也可將實驗在課前用微課的形式在線上展示，引導學生觀察，并結合將要講述的課本內容進行預習和思考。這樣，學生有了直觀的認識，激發(fā)了學習的好奇心，將更有動力地尋找實驗現象后的科學本質和原理。

例如，必修一模塊第二章第2節(jié)“細胞中的無機物水”內容涉及無機鹽是細胞中含量很少的無機物。學生會產生疑問：它們在細胞中有什么作用？聯系學生日常生活中喜歡飲用各種飲料的現象，教師用礦物質飲用水設計一個小實驗，組織興趣小組的學生在課前預先進行實驗探究，然后把實驗過程拍攝下來，從而使學生能夠更好地理解無機鹽對細胞的作用。

小實驗設計的內容：解剖生理狀況基本相同的2只青蛙，取青蛙心臟，設為對照組和實驗組，分別放于適量蒸餾水和等量礦物質飲用水的培養(yǎng)皿中；觀察其蛙心維持跳動，及記錄蛙心跳動的時間。在30 mL蒸餾水中，青蛙心臟跳動了約13 min；在30 mL礦物質飲用水中，則跳動了約22 min。

課前，教師在線上發(fā)送實驗小視頻，要求學生觀看，并請學生結合課本知識，思考實驗結果的原因，提出自己的觀點。上課時，教師提出問題，引導學生思考：為什么蛙心在礦物質飲用水中跳動時間更長？這說明了無機鹽對細胞生命活動具有什么作用？學生在課堂上分組討論，由興趣小組學生代表進行解答。學生經過分析，建立了“無機鹽對于維持細胞的生命活動使必不可少的”的觀點。這樣，經過學生自主探討建立的知識能使學生更深入地理解知識。接著，教師引入當缺乏無機鹽時，人體會導致的癥狀，如鈣鹽太低，人體會出現抽搐等例子；并引導學生分析生活中各種飲料產品的成分。

這樣，教師在課前預先將課本抽象的文字轉化為直觀的實驗現象，并與學生的日常生活相聯系，激發(fā)了學生的學習動力，促進學生自主學習。學生不單記住了是什么，并且還主動探究、加深理解了為什么，從而形成善于觀察身邊問題現象、思考和分析原因、形成解釋觀點的科學探究初步能力，并建立物質觀和健康觀。

2 課堂科學探究，培養(yǎng)設計、實施和交流能力

高中生物學實驗教學是課堂教學的重要內容，除了實驗實操課外，還有科學發(fā)展史的學習和演示實驗的學習。而生物學教科書中的演示實驗所需的實驗時間可能較長，往往在課堂有限的時間不能完全實施實驗的整個過程并呈現結果。教師可以組織興趣小組學生在課外設計和實施這些實驗，做好實驗過程和實驗結果的觀察和記錄。在課堂上，由學生代表表述該實驗探究過程的表述，教師引導其他學生進行科學探究、討論和交流。這樣既讓部分學生在親身參與的探究實驗活動中不斷提升能力，也讓觀摩的學生從實驗展示案例中受到啟迪。

例如，在選擇性必修1的“植物生長素的兩重性”中，教師組織興趣小組的學生設計實驗理解證明生長素的兩重性，即低濃度促進生長，高濃度抑制生長。

教師向生物興趣小組的學生說明實驗探究的原理和目的，引導學生分析對照組和實驗組，設計實驗。學生上網搜尋實驗材料和實驗試劑，做好實驗準備；課后實施該實驗，并拍攝實驗視頻和記錄實驗數據。將生理狀況基本相同的天竺葵枝條分別置于100 mL的蒸餾水、低濃度生長素溶液和高濃度生長素溶液中，記錄扦插枝條生根數或生根長度。低濃度生長素溶液中的生根條數最多，其次蒸餾水，高濃度生長素溶液的生根狀況最差。

教學時，興趣小組派代表講述科學探究的過程。教師引導學生思考：三種溶液中扦插枝條生根狀況與生長素濃度的關系什么？高濃度的生長素溶液的扦插枝條的生根條數為什么最少？如何以坐標曲線的方式直觀展示這一實驗結果？學生分組討論，結合教科書自主學習，從而理解和掌握植物生長素兩重性作用的知識要點。教師繼續(xù)例舉生活中其他體現植物生長素兩重性的例子，如頂端優(yōu)勢現象、根的向地性和莖的背地性等例子，引導學生分析，幫助學生靈活運用學到的知識要點，使學生達到知識遷移、深入理解的學習。

這樣，學生通過對實驗的探究和討論，深入理解知識要點，同時也在一定程度上鍛煉了科學探究能力和基于嚴謹的科學思維的表述。并且，因為學生代表表述的思維能更貼近學生的思維水平，可以起到帶頭作用，也更容易啟發(fā)其他學生對知識點理解，提高了課堂實驗教學的有效性。

3 課后延伸拓展，生成自發(fā)、質疑和創(chuàng)新實力

前面兩步的培養(yǎng)使學生具有了一定的科學探究能力，教師要對學生繼續(xù)引導。例如，針對學科某個知識點，教師繼續(xù)提出疑問或進行拓展，讓學生自主地分析問題，討論解決問題的思路和方法，設計解決問題的方案。然后，學生討論并實施，再根據實驗結果，進行分享和交流、質疑和創(chuàng)新，探索更優(yōu)的方案。教師如此延伸、拓展實驗，最終使學生生成自發(fā)、質疑和創(chuàng)新的科學探究能力。

例如，必修一第六章第1節(jié)“細胞增殖”中學習有絲分裂知識點后，教師提出疑問：細胞的有絲分裂過程如果受到外界因素的干擾，對細胞分裂有影響嗎？長期的手機輻射會不會影響細胞分裂呢？為了解答這個疑問，教師引導學生課后設計實驗來證明。

教師引導探究小組的學生思考，課后獨立地把實驗方案寫出來。學生展示彼此設計的實驗方案，相互評價方案的科學性和可行性，教師指出方案不當之處，學生進行修正、完善實驗設計方案。學生在課后時間進行實驗探究“手機輻射對洋蔥根尖細胞有絲分裂的影響”：培養(yǎng)洋蔥若干個，在適宜的溫度下培養(yǎng)備用，選取生理狀況基本相同的洋蔥，分為對照組（空白）、手機待機組、手機上網組3組實驗，每組約2個洋蔥。采取不同的手機輻射程度（等量的時間處理，處理3 d、7 d、10 d）；記錄、計算每組洋蔥的根的數量和長度的平均值；觀察每組洋蔥根尖分生區(qū)細胞的有絲分裂中期的圖像。實驗結果顯示手機輻射在一定程度上影響了根尖細胞的形態(tài)和結構。手機待機組和上網組的細胞與正常細胞形態(tài)有一定的異常變化。另外，從3組根的數量和長度的數據曲線來看，手機輻射組的根生長明顯減慢，尤其是手機上網組的生長速度更緩慢，根的長度和數量平均最最低。教師引導探究小組學生分析實驗結果，討論得出結論，及整理撰寫實驗報告。

課堂上，探究小組將實驗過程在線上課堂呈現。教師引導學生思考：這個實驗的結果真實嗎？實驗過程是否有失誤之處？有無更好的實驗方案？從而培養(yǎng)學生對實驗數據真實性的質疑辨析能力，及對實驗的一定的改進、創(chuàng)新能力。學生可在線上評價區(qū)進行討論和交流。教師引導學生進一步思考：如果手機輻射對洋蔥根尖細胞的細胞分裂有影響。那么，手機輻射對人體細胞的細胞分裂有影響嗎？這樣可以引導學生關注身體健康和培養(yǎng)健康的生活方式，應有控制性、適度地使用手機，從而建立正確的生命健康觀念。

經過拓展、實踐和提升，學生逐漸掌握了科學探究的方法和生成了科學探究的實力，也在一定程度上培養(yǎng)了科學探究精神和素養(yǎng)。當再次碰到科學疑問時，學生能獨立地嘗試設計實驗方案進行驗證，從而切實地培養(yǎng)科學探究能力，能根據實際問題去設計相關的實驗或實踐活動進行有效地探索和解決。

4 巧設實驗教學，落實核心素養(yǎng)

生物學學科核心素養(yǎng)包含培養(yǎng)學生的生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任4個方面。學生的學習不再是簡單識記課本上某個知識點，而是需要能更深層次地理解和運用這個知識點。這樣既需培養(yǎng)學生的科學思維和科學探究，也需培養(yǎng)學生個人人生觀、價值觀的養(yǎng)成，及對社會、國家關注的情感和責任的生成。

在上述的實驗教學過程中，教師通過課前預習導學、課堂科學探究和課后延伸拓展的教學策略，使學生的科學探究能力要素如發(fā)現問題、提出假說、設計實驗、實驗實施、討論與交流，以及情意要素如團隊合作、好奇心和求知欲、勇于質疑和創(chuàng)新等方面均得到一定的鍛煉和提高。并且，在教學過程中，教師引導學生善于觀察、發(fā)現問題、獨立思考和分析問題，有利于學生形成嚴謹縝密的科學思維；引導學生獨立思考，科學評價，并用科學理念去驗證其正確性，有利于學生形成主動探索、積極進取的科學探究精神。此外，在實驗實踐過程中，學生體驗了實驗探究的樂趣，有成功的成就感，也有失敗的挫折感，有利于幫助形成健康正確的生命觀念；促進質疑和創(chuàng)新，養(yǎng)成堅強和勇敢的科學精神和科學態(tài)度，并對形成其社會國家責任擔當有積極意義。