基于核心素養的高中生物實驗教學優化與創新調查研究

劉蘭珍

摘? 要：隨著素質教育和教學改革的深入，在現代高中生物實驗教學中，學生通過實驗可以清晰明了地理解教材中復雜的知識點，通過自己親眼所見加深對知識的印象，這不僅提升了教學效率，還培養了學生的動手操作能力。教師應重視生物實驗教學，尋找創新和改進的教學方法，打造高效生物課堂。文章基于核心素養，對高中生物實驗教學現狀及實驗優化和創新方面進行了實證調查，就如何對高中生物實驗教學進行優化和創新提出了可行性建議，以供參考。

關鍵詞：核心素養；實驗教學；高中生物

一、研究背景

為順應新課改教育工作的展開，在高中教學中對生物學科教學的整改力度也在隨之增強。生物學科學生核心素養的培養離不開實驗教學。現如今，我國高中生物實驗教學中，還存在一些問題，如實驗材料單一或取材不方便，實驗裝置和實驗過程復雜，實驗現象不夠明顯，致使學生興趣低下，自信心受到打擊，導致教學效率低下。基于此，教師重視生物實驗教學，積極尋找創新和改進的教學方法，打造高效生物課堂。

二、研究意義

（一）實踐意義

實驗是生物教學的基礎，一線教師基于新高考模式和高中生物核心素養進行實驗改進和創新探索具有重要價值和意義。第一，有助于提升教師專業素養和學生實驗能力。教師通過研究生物學科核心素養，更能領悟其具體要求，從而提高業務水平。學生通過實驗課可以從中提升個人的實驗能力與社會責任感。第二，促進生物學科核心素養的研究和評價。生物學科核心素養的實驗教學特征、要素的理論與實證研究，一方面為教師實施教學實踐提供了方向和框架；另一方面給生物學科核心素養的評價研究提供了豐富的素材與實證，給評價的改進提供了思路，有助于完善生物學科核心素養的評價研究。

（二）理論意義

傳統生物實驗課堂主要表現為教師講學生練，同一個班級、同一種操作等。高中生物實驗教學的優化主要體現在優化實驗課堂教學模式、實驗方法及實驗材料的創新和改進、實驗裝置的改良等。優化實驗課堂教學模式能對學生思維水平以及探究能力等產生促進作用。實驗方法及實驗材料的創新和改進、實驗裝置的改良有利于培養學生的創新和實踐能力，激發學生對實驗課的興趣和重視，提升學生對新問題的敏感度和分析能力。

目前，我國對高中生物實驗教學優化和創新的研究論文較少。為了更深入地了解廣西高中生物實驗教學現狀和實驗優化和創新的真實情況，本研究運用問卷調查法，對數據進行統計分析，對發現的問題提出了相關建議。

三、調查研究設計

調查對象：以廣西南寧市高中生物教師和學生（高二和高三）為主要研究群體。

調查方式：

１． 問卷星在線測評系統：專業的在線問卷調查平臺，具有在線設計問卷、采集數據、自定義報表、調查結果分析等一系列強大功能。

２． 采用分項目分群體針對性地進行問卷調查的方法，設計教師版和學生版兩種調查問卷。

四、調查結果分析

（一）總體調查情況

采用教師版和學生版分項目分群體針對性地進行問卷調查，收到問卷１９９份，其中教師問卷６０份（市示范高中生物教師占４３．３３％，市普通高中生物教師占２１．６７％），學生問卷１３９份（市示范高中生占９２．８１％，市普通高中生占７．１９％），有效問卷１９９份，有效率１００％。

（二）教師問卷調查分析

教師問卷調查共設計了９個選擇題，主要從以下六個方面來調查。

１． 生物實驗室配置情況方面。第２題和第３題都與這方面有關，調查結果：第２題選Ｄ項（兩間以上的生物學實驗室）的教師最多，占６８．３３％，其次是Ｃ項（有一間），選Ａ項（沒有）、Ｂ項（供生物學和化學學科共用）最少；第３題選Ｃ項（基本滿足新課綱要求的生物學實驗），Ｂ項（滿足部分）的教師最多，占３５％以上，其次是Ａ項（不能滿足），選Ｄ項（完全滿足）最少，說明大部分學校對生物實驗教學很重視，能基本滿足大綱要求，但仍有部分學校存在配置不足，甚至沒有配置生物實驗室的情況。綜上可知，南寧市大多數實驗室的硬件配備情況相對充足，但某些學校實驗室的硬件配備仍存在很大的改善空間。

２． 生物教師最常用的生物實驗教學方式方面：調查顯示：選Ａ項（先教師講或演示實驗，讓學生按要求完成實驗）的教師最多，占６８％，其次是Ｄ項，選Ｂ項（教師和學生合作交流互動完成實驗）、Ｃ項（讓學生自己完成，教師在旁邊輔助學生）最少，說明目前教師的生物實驗教學中，進行的多數是傳統的生物實驗課堂，探究性實驗教學課堂真正落實的并不多。

３． 高中生物必修課本實驗開展情況方面。查閱課本發現必修實驗共有１７個，調查問卷第５題設置了１８個選項對這些實驗的開展情況進行了調查，調查內容依次為Ａ（用顯微鏡觀察多種多樣的細胞）、Ｂ（檢測生物組織中還原糖、脂肪和蛋白質）、Ｃ（觀察ＤＮＡ、ＲＮＡ在細胞中的分布）、Ｄ（觀察線粒體和葉綠體）、Ｅ（體驗制備細胞膜的方法）、Ｆ（觀察植物細胞的質壁分離和復原）、Ｇ（探究影響酶活性的因素）、Ｈ（葉綠體色素的提取和分離）、Ｉ（探究環境因素對光合作用強度的影響）、Ｊ（探究酵母菌的呼吸方式）、Ｋ（觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂）、Ｌ（模擬探究細胞表面積與體積的關系）、Ｍ（低溫誘導染色體加倍）、Ｎ（探究植物生長調節劑對扦插枝條生根的作用）、Ｏ（探究培養液中酵母菌數量的動態變化）、Ｐ（土壤中動物類群豐富度的研究）、Ｑ（設計并制作生態缸，觀察其穩定性）和Ｒ（都沒有）。

調查數據表明，選Ｒ項占１３．３３％，個別學校一個都沒辦法開展，有些學校開展，但全開展的不多，做的實驗最多的只有選項里的Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｆ、Ｈ、Ｋ六個，這些實驗也只達到５０％以上，其中只有Ａ、Ｂ、Ｆ三個選項達到７０％以上，說明目前的高中生物實驗教學安排遠遠不足，還存在一些問題，如教材中提供的實驗材料單一或取材不方便，比如往往會受到季節氣候、地域、學校教學進度、原料的來源等因素的限制，實驗裝置復雜，在實際教學使用過程中會出現各種困難。由于不能按照新大綱的目標要求完成，學生對實驗知識的掌握不夠直觀，學生的動手探究能力得不到很好的培養，生物學科的核心素養無法充分體現。

４． 進行了材料替代或操作改進的實驗情況方面。第６題和第７題都與這方面有關，設置了和第５題一樣的調查內容，對必修課本１７個實驗的優化和創新現狀進行了調查。調查數據表明，某些學校對部分實驗選擇了材料替代，進行材料替代較多的實驗有Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｈ，占２０％以上，或操作改進，進行操作改進較多的實驗有Ｂ、Ｄ、Ｈ，占２０％以上，高中生物必修實驗中有些實驗進行材料替代或操作改進，可以使實驗簡便，易操作，實驗效果顯著，從而提高學生的實驗探究能力，提高學生的生物學科核心素養。但是，調查顯示，選擇都沒有進行材料替代的選項占３０％，幾乎占最高；選擇都沒有進行操作改進的選項占３６．６７％，比例最高，說明有些學校的教師缺乏對實驗教學進行優化和創新的意識。

５． 不進行某些實驗的原因方面。選Ｄ項（實驗室設備有限，沒有開展該實驗的條件）和Ａ項（課時緊張）的較多，占６０％以上，表明很多學校不開展某些實驗的原因是受客觀因素的限制。

６． 困擾實驗教學的因素方面。選Ｅ項（課本實驗材料不太理想）占２１．６７％；選Ｆ項（課本實驗操作不太合理）占６．６７％，表明困擾教師進行實驗教學的因素也存在實驗材料和實驗操作的因素，所以開展高中生物實驗教學優化與創新調查研究非常有必要和有意義。

（三）學生調查問卷分析

學生問卷共設計了１６個選擇題，主要從以下六個方面來調查。

１． 學生對生物實驗的興趣和感興趣的實驗類型方面。第３題和第４題都與這方面有關，調查顯示：第３題選Ａ項（非常喜歡）最多，占４６．７６％，第４題選Ａ項（探究實驗）最多，占７４．８２％，表明學生非常喜歡上生物課，而且更喜歡探究性的生物實驗課。

２． 怎樣預習和獨立完成方面。第５題和第６題都與這方面有關，第５題學生選Ｂ項（看教科書與輔導資料相結合）最多，占５３．９６％，第６題學生選Ｂ項（大部分能）最多，占７１．２２％，表明大部分學生能主動預習實驗內容，并且能夠獨立完成實驗操作，具有很強的求知欲和實踐能力。

３． 對實驗課時安排的看法方面。學生選Ａ項（太少了，沒有充分的時間展開探究）最多，占４８．２％，其次是Ｂ項（比較合適），表明學生希望有更多的時間參與探究。

４． 實驗創新方面。第８、９、１０、１１、１２、１３和１４題都與這方面有關，第８題是關于實驗設計創新的題，選Ａ項最多，占４２．４５％，其次是選Ｃ項；第９、１０、１１、１２、１３和１４共六題都是關于實驗材料替代與改進方面的題，其中第９、１０、１１、１４題都是選Ｂ項（學生實驗）最多，均占６５％以上；第１２、１３題選Ａ項（未開展）和Ｃ項（演示實驗）較多，均占４０％左右，表明目前高中生物實驗教學的開展形式主要是實驗和演示實驗，學生缺乏優化和創新的意識。

５． 實驗無改進前提下掌握實驗課的原理和方法方面。學生選Ｂ項（大部分掌握）最多，占７４．１％，其次是Ｃ項（少部分掌握），而選Ａ項（全部掌握）的最少，表明如果實驗無改進的前提下，仍然有較多學生沒能全部掌握每節實驗課的原理和方法。

６． 實驗遇到困難時采用的方法方面。學生選Ｂ項（與同學探討并動手做）最多，占４９．６４％，其次是選Ａ項（問老師），而選Ｃ項（進行材料替代或操作改進）最少，表明學生在實驗中遇到問題雖然能夠積極面對，但沒有想到材料替代或操作改進的方法，缺乏對實驗操作進行優化和創新的意識。

五、思考與建議

（一）繼續加強實驗室的配置和建設

生物教學是以實驗為基礎的，生物實驗教學主導了生物教學的根本航向，實驗課以其直觀形象、鮮活靈動、動手實踐的明顯特征，極大促進了學生核心素養和創新能力的培養。目前高中生物實驗教學基本保留傳統模式，至于探究性實驗教學，雖然多數教師持認可態度，但受到硬件資源不足的限制，真正落實的不多。實驗室是保障實驗教學能夠正常開展的硬件資源，應該保證每個學校至少有兩間的生物學實驗室，基本滿足新課程大綱要求。教學資源緊缺，教師教學時只能進行播放視頻或教師講學生聽的傳統生物實驗課堂，嚴重影響了教學效率，無法充分體現核心素養理念。

（二）進一步優化實驗教學

１． 實驗材料的優選：例如，實驗“植物細胞的失水和吸水”可以利用ＮａCｌ溶液代替蔗糖溶液，ＮａCｌ溶液更容易制取，而且ＮａCｌ在制取的過程中能夠不斷提高溶液的純度從而加快實驗反應速度。再如，實驗“比較Ｈ２Ｏ２在不同條件下的分解”可以利用豌豆和韭菜來代替豬肝研磨液，豬肝研磨液具有血腥氣味重，不易保存，容易變質，材料成本高不易研磨等缺點，而豌豆和韭菜富含Ｈ２Ｏ２酶，材料常見易得，成本低，用紗布包裹研磨就可以得到研磨液，操作更簡便。

２． 實驗步驟的優化：例如，實驗“綠葉中色素的提取與分離”利用玻璃針筒直接抽取綠葉中的色素，省去課本研磨的時間，避免了色素因在研磨過程中受到破壞而增加濾液的雜質，使用該方法得到的濾液清澈透明，無雜質，也節省了藥品的使用。

３． 實驗裝置的改進：例如，實驗“比較過氧化氫在不同條件下的分解”用彩色氣球代替試管，分別裝入Ｈ２Ｏ２溶液，用注射器分別注入肝臟研磨液和ＦｅCｌ３溶液（注射器口與氣球口連接處用繩子綁好防止漏氣），通過觀察氣球膨脹程度來判斷Ｈ２Ｏ２的分解速率，改進裝置后不僅安全、效果直觀，而且價格優惠，可適用全班學生。

六、結語

綜上所述，通過調查研究發現，基于核心素養對高中生物實驗教學的優化與創新探究是非常必要和緊迫的。實驗的優化與創新不僅可以充分調動學生的學習興趣和提升學生的自主探究能力，也是一種促進學生生物學科核心素養發展的重要手段和途徑。如何優化和創新高中生物實驗教學，獲得更多簡單且易操作的可行性的研究成果，值得所有一線生物教師深思和不斷摸索。

參考文獻：

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［２］馬建軍． 關于高中生物學實驗的改進與創新的分析［Ｊ］． 新課程：下，２０１８（０４）：１８．

［３］吳曉夏． 基于學科核心素養的高中生物學實驗教學探討［Ｊ］． 當代家庭教育，２０２２（１７）：９３－９６．

（責任編輯：廖? 藝）