高中生物實驗對學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

張瑩

摘 ?要：《普通高中生物學課程標準（2017年版）》提出要培養(yǎng)學生生物學學科核心素養(yǎng)，包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。核心素養(yǎng)是基礎(chǔ)教育領(lǐng)域最核心和熱門的詞匯，強調(diào)了作為新時代社會主義接班人應該在學校的教育工作中獲得的必備品格和關(guān)鍵能力。作為理科性質(zhì)的生物學科，在教學過程中，利用豐富多樣的實驗教學來培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，能取得事半功倍的良好效果。為此，筆者總結(jié)出幾點生物實驗教學中對學生核心素養(yǎng)提高的具體真實案例，希望在教學過程中能有利于學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);生物教學;生物實驗

習近平總書記在二十大報告中強調(diào)，我們要堅持教育優(yōu)先發(fā)展、科技自立自強、人才引領(lǐng)驅(qū)動，加快建設(shè)教育強國、科技強國、人才強國，堅持為黨育人、為國育才，全面提高人才自主培養(yǎng)質(zhì)量，著力造就拔尖創(chuàng)新人才，聚天下英才而用之。近幾年，隨著高考改革及教育改革的不斷深化，核心素養(yǎng)躍升為教育界乃至全國人民眼中深化基礎(chǔ)教育改革，落實素質(zhì)教育目標的關(guān)鍵要素。核心素養(yǎng)體系明確了學生應具備的適應終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。學生發(fā)展核心素養(yǎng)的根本出發(fā)點是全面貫徹黨的教育方針，踐行社會主義核心價值觀，落實立德樹人根本任務(wù)。突出強調(diào)社會責任感，創(chuàng)新精神和實踐能力。促進學生全面發(fā)展，使其成為中國特色社會主義合格建設(shè)者和可靠接班人。

傳統(tǒng)的班級教學往往是統(tǒng)一化、標準化和同步化的理論體系教學，很難關(guān)注每一位學生核心技能培養(yǎng)，無法根據(jù)學生的不同特點鍛煉動手和協(xié)作以及整體思維，無法讓每位學生都得到適合的發(fā)展。同時，時代的發(fā)展以及新課程標準對學生有了更高的要求，更加注重學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。作為理科性的生物學科教學，核心素養(yǎng)的培養(yǎng)在很大程度上有賴于實驗教學。高中生物實驗類型豐富多樣，尤其是探究類的實驗增加極多，豐富的科學實驗類型使得學生在實驗操作過程中培養(yǎng)和鞏固實驗技能，更重要的是使學生的核心素養(yǎng)得到了很大程度的提升。那么，在日常教學活動中，應如何設(shè)計和實施實驗，進而提高和落實學生核心素養(yǎng)呢？科學嚴密地設(shè)計實驗的每一個環(huán)節(jié)和選擇實驗手段是很好地完成這一目標的有效方法。

一、通過設(shè)計對比性實驗，培養(yǎng)比較判斷和推理能力

對比實驗是高中生物實驗設(shè)計中的重要試驗方式之一，通過對實驗對象之間的比較、分析從而發(fā)現(xiàn)和揭示事物的內(nèi)在本質(zhì)。如“探究酶促反應的專一性”的實驗。在該實驗中運用唾液淀粉酶分別催化等量的蔗糖和淀粉溶液，通過實驗的兩相對比判斷得出，唾液淀粉酶只能催化淀粉酶溶液的水解，而不能催化蔗糖的水解，進而推理出，唾液淀粉酶具有專一性這一特性。那么，在此實驗過程中，將底物更換為其他物質(zhì)，例如纖維和素淀粉溶液，是否依舊會得到同樣的效果？同時，在本實驗中，對酶催化效果的檢驗是通過碘與酶催化產(chǎn)物發(fā)生顏色的反應來判斷的，如果換成斐林試劑去檢測，得到的實驗結(jié)果是否一致？在過程中就要對比考慮斐林試劑和碘液分別與底物發(fā)生反應的原理是否一致，同時二者的反應條件也不同，這是否又會對實驗結(jié)果的檢測造成干擾？對試驗結(jié)果的檢測手段還可以進行怎樣的調(diào)整？對這些思考也可以通過實驗進行進一步的驗證。這樣，引導學生通過多方面的深入思考、實踐對比，切實鍛煉和提高學生在遇到問題解決問題時比較判斷及推理能力。

例如“驗證加熱變性的蛋白質(zhì)中存在肽鍵”的探究性實驗。通過學習，學生已經(jīng)知道加熱會使蛋白質(zhì)變性，那么變性的蛋白中是否存在肽鍵？可以通過引導學生設(shè)計相關(guān)實驗進行探究。蛋白質(zhì)中的肽鍵與雙縮脲試劑發(fā)生顏色反應，呈紫色。如果加熱變性的蛋白質(zhì)與雙縮脲試劑反應仍呈紫色，即可證明加熱變性的蛋白質(zhì)中存在肽鍵。試驗中，一組放置沸水浴中加熱處理使蛋清稀釋液中的蛋白質(zhì)變，另一組不加熱作為空白對照。加入雙縮脲試劑，觀察兩組試管顏色，即可對比推理得出結(jié)論，發(fā)現(xiàn)加熱變性的蛋白質(zhì)中存在肽鍵。在這個探究實驗中，首先要求學生要有扎實的知識儲備，其次學生能充分理解實驗目的、原理、方法和操作步驟，掌握相關(guān)的操作技能，能將這些實驗涉及的方法和技能進行綜合運用，并對實驗現(xiàn)象和結(jié)果進行解釋、分析、處理。

二、通過設(shè)計控制性實驗，培養(yǎng)理性思維和分析綜合的能力

嚴密的邏輯思維是學生核心素養(yǎng)體系中重要的要求之一。通過縝密的分析，學生可以從紛亂如麻的事物關(guān)系中指出事物的本質(zhì)所在。例如“光照對綠色植物光合作用的影響”的實驗，自變量是光（光的強度和種類）。此實驗中需要嚴格控制無關(guān)變量（植物的大小、種類、生長狀況等），還要考慮不同光照強度是否會引起溫度的改變，進而對植物光合作用強度產(chǎn)生影響，如何避免這個影響？進而才能通過合理的邏輯分析、綜合對比出因變量（綠色植物光合作用）與自變量（光）的必然聯(lián)系。而在此實驗中，學生更應該通過綜合分析，深入思考，除了在實驗中自變量的控制，無關(guān)變量更應該有哪些嚴格的控制和相同且適宜條件的如何控制，從而得到理想的實驗效果及結(jié)論。再如“探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響”的實驗，通過對不同環(huán)境因素如溫度、光照強度、濕度、二氧化碳濃度等對光合作用強度影響的探究，學生會通過實驗觀測明晰影響光反應和暗反應的要素以及各自變量變化的過程中彼此的相互關(guān)聯(lián)和影響，從而幫助學生進一步理解光合作用的原理和過程，同時通過實驗的操作實驗數(shù)據(jù)的分析，實驗結(jié)論得出培養(yǎng)學生的科學探究科學思維能力。

三、通過設(shè)計矛盾性的實驗，培養(yǎng)勇于探索、批判質(zhì)疑的能力

科研成果的完成及發(fā)現(xiàn)是科學家勇于探索、批判質(zhì)疑的結(jié)果。而這種能力也正是學生核心素養(yǎng)的必備條件之一。而生物實驗中，通過設(shè)計矛盾性實驗，迫使學生通過積極努力地思考，找出實驗設(shè)計中矛盾所在，進而做出理性的判斷。例如“pH對酶活性影響”的實驗。在一般學生的認知中，人體內(nèi)酶的最適pH在7左右。但在書中給出的資料中明確指出，胃蛋白酶的最適pH卻為1.5-2.2之間。這是一個與普遍認知相左的事實。那么學生就會對相關(guān)問題進行深刻的反思與批判。再如“葉綠體中色素的提取與分離”實驗中，實驗強調(diào)了碳酸鈣可以起到保護色素的作用，但是沒有提到加入碳酸鈣的量和反應的具體時間，導致實驗經(jīng)常因為碳酸鈣加入量過少以及反應時間過短，導致色素沒有被充分保護而提取不全，甚至提取不到，進而導致實驗失敗。這就需要學生去探索和質(zhì)疑，碳酸鈣到底有沒有保護作用？加多少以及加入多長時間才能取得最好的效果？通過引導學生設(shè)計多組對照試驗，探索問題的答案。對平時學生所接觸以及所學到的科學知識，是否全部正確？是否存在相關(guān)的特例？正所謂萬物有度，那么這個尺度如何限定？又如何把握？在實驗教學中所培養(yǎng)起來的勇于探究、批判質(zhì)疑的精神，會在學生的學習及今后的工作生活中起到至關(guān)重要的作用，幫助學生更科學地解決問題。

四、通過設(shè)計綜合性實驗，培養(yǎng)實踐創(chuàng)新和問題解決的能力

新時代新征程，黨的二十大指出我們還要完善科技創(chuàng)新體系，堅持創(chuàng)新在我國現(xiàn)代化建設(shè)全局中的核心地位，提升國家創(chuàng)新體系整體效能，形成具有全球競爭力的開放創(chuàng)新生態(tài)。加快實施一批具有戰(zhàn)略性全局性前瞻性的國家重大科技項目，增強自主創(chuàng)新能力。而要是想完成這一目標主要就是靠教育，教師要在日常教學過程中充分培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新和問題解決能力。高中生物可以通過在實驗教學過程中設(shè)計綜合性實驗，讓學生在實驗的實踐中培養(yǎng)創(chuàng)新意識，提高學生善于發(fā)現(xiàn)和提出問題、解決問題的能力。例如研究性課題“觀探究生長素類似物促進插條生根的最適濃度”的實驗。在實驗中引導學生思考，生長素類似物能夠促進枝條生根的最適濃度如何劃定，預實驗如何設(shè)計，當學生發(fā)現(xiàn)一定濃度生長素類似物可以促進生根發(fā)芽，但是超過一定濃度后反而對生根發(fā)芽起到抑制作用難免會產(chǎn)生疑問。這就要求學生考慮生長素的兩重性問題。還要考慮溫度，光照強度，水分以及氣體成分及含量等無關(guān)變量對實驗產(chǎn)生的影響，進而指導學生對相關(guān)實驗步驟進行設(shè)計和改進，對相關(guān)實驗材料進行選擇和替換，使學生對實驗進行有意識地設(shè)計和創(chuàng)新，進而培養(yǎng)學生獨立自主、追求實踐創(chuàng)新的解決問題的能力。

五、通過對生命過程的觀察，實驗教學中滲透生命觀念和社會責任

在“觀察根尖分生區(qū)組織細胞的有絲分裂”實驗中，首先借助顯微鏡觀察真實的觀察到有絲分裂過程中細胞內(nèi)部的一系列復雜變化，建立感性認識產(chǎn)生進一步探究的愿望，然后借助物理模型的構(gòu)建直觀地模擬有絲分裂中染色體的行為理解各分裂階段的主要特征，進而構(gòu)建細胞周期中染色體和DNA數(shù)量變化的數(shù)學模型上升到理性思考，最后歸納有絲分裂，對保證親代子代細胞遺傳物質(zhì)一致性的重要意義。一方面激發(fā)學生的學習興趣，另一方面有助于學生對生命觀念中結(jié)構(gòu)與功能的理解，將其從個體水平提高到細胞水平。在“奶粉中蛋白質(zhì)含量檢測”這一探究性試驗中，學生利用已有的知識了解到憑含氮量多少來確定蛋白質(zhì)含量的多少的依據(jù)是蛋白質(zhì)一定含有氮元素，但是該方法十分落后，甚至檢測后得到錯誤結(jié)論的原因是很多物質(zhì)含有氮元素但不是蛋白質(zhì)。通過查閱相關(guān)資料，綜合分析，學生學習到三聚氰胺外形為“白色單斜晶體”“無味”，形似蛋白粉，其含氮量高，如果僅憑含氮量多少來確定蛋白質(zhì)含量的多少，那么三聚氰胺完全可以假亂真。由此，價廉且容易獲得的三聚氰胺便可以堂而皇之地代替了真正的蛋白質(zhì)而混入嬰幼兒食用的配方奶粉中。然而，三聚氰胺本身幾乎沒有任何營養(yǎng)價值，添加之后，只能造成蛋白質(zhì)含量提高的假象，奶粉中的營養(yǎng)物質(zhì)含量必然大大低于正常值。更可怕的是三聚氰胺具有輕微毒性，有實驗報道，動物長期攝入三聚氰胺會造成生殖、泌尿系統(tǒng)的損害，膀胱、腎部結(jié)石，并可進一步誘發(fā)膀胱癌。也正是由于這些原因，許多嬰兒由于長期食用三聚氰胺奶粉而由于營養(yǎng)缺乏成了“大頭娃娃”，甚至有人得了嚴重疾病，讓學生進一步明白各種化學物質(zhì)對個體這一生命層次造成的影響，同時也對社會上制假造假行為深惡痛絕，社會責任感大大提高。

在“觀察洋蔥表皮細胞的質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復原”實驗中，學生通過動手操作和實際觀察，能更好地建構(gòu)“滲透作用”相關(guān)概念，用結(jié)構(gòu)與功能相適應觀念解釋質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復原現(xiàn)象：成熟的植物細胞是一個典型的滲透系統(tǒng)，成熟的植物細胞有大液泡，細胞質(zhì)膜、液泡膜的結(jié)構(gòu)決定其對水的透過性遠大于其他分子（膜的選擇透性），當外界溶液的濃度大于細胞液濃度時，細胞將滲透失水;反之，細胞將滲透吸水。通過實驗學生得以提升實踐能力和科學分析能力。

類似的例子還有很多，需要教師發(fā)掘和完善，讓學生通過實驗提升學習效率。為了更好地幫助學生樹立生命觀念，還可以引用跨學科的內(nèi)容，幫助學生進一步理解相關(guān)概念的同時，提高學生的學習興趣。實驗教學不僅讓學生深刻而生動地了解生物學知識，更重要的是可以從多方面有效地培養(yǎng)學生相關(guān)核心素養(yǎng)。實踐表明，學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)和提高，只有通過學生的自主學習和深入思考才能逐步形成。因此，只有進一步加強相關(guān)生物學實驗的合理性、多樣性和創(chuàng)新性，才更有利于學生的全面發(fā)展和終身發(fā)展，以適應當前和未來技術(shù)變革和全球化挑戰(zhàn)的需要。

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（責任編輯：莫唯然）