以核心素養為導向的高中生物學創新實驗探究

張蕾

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》明確了生物學科核心素養的內涵，加之“三新”改革的深度推進，都需要高中生物教學凸顯核心素養育人。在教學實踐開展中，教師要以實驗創新為切入點，關注學生核心素養的全面發展，推動高中生物教學提質增效。現從核心素養的基本概念分析入手，探索高中生物實驗創新的理論依據，并針對性分析當前高中生物教學的現狀，探索核心素養視域下高中生物實驗創新的必要性及其實踐策略，切實融合教學實踐，以核心素養為導向，推動高中生物創新性育人目標高質量達成。

2021年6月25日，國務院辦公廳發布《全民科學素質行動規劃綱要（2021—2035年）》，強調必須將科學技術發展放到與創新同等重要的地位。為進一步落實國家科技發展戰略規劃，高中生物教學要以提高學生學科素養為目標，創新教學方式，立足教學過程培養學生科學精神，引領學生樹立正確的科學觀念。讓學生掌握生物實驗探究的有效方法，同時引導學生熟悉科技知識，并用生物學科所學的方法來解決具體問題，增強學生學習的成就感與自信心，助力學生正確的人生觀、價值觀樹立，這樣才能凸顯生物學科核心素養育人，切實提高學生學習熱情，促進學生全面發展。實驗作為生物學科學習的重要手段，在教學工作實施中也要重視創新性育人，如何融合日常教學過程，培養學生學科核心素養，增強學生創新意識，成為生物教學需要突破的一項嚴峻任務。

1 核心概念界定

1.1 核心素養

核心素養是個體在學習和成長過程中產生的一種能力，對個體的發展具有持久而深遠的影響。在現代教育工作開展中，培養和發展學生核心素養，已經成為教育者的共識。

1.2 生物學科核心素養

生物學科核心素養內容更加細化，主要是指當前在社會發展中公民所必須具備的一些基礎性素養。生物學科核心素養的內涵和形式可概述為以下幾點：

第一，生命觀念。生命觀念就是指在生物學習中，學生需要對生物課程的內涵充分理解，對生命的現象和一些生物學規律特征有效認知，其中包含了結構與功能的適應性、穩態與平衡、物質觀與能量觀等。高中生物課堂關注生命觀念核心素養的培養，能讓學生從本質層面理解生物學知識，助力學生有效探索自然界奧秘，有效體現了生物學科育人特色。

第二，理性思維。理性思維是高中階段學生所必須具備的一種高級思維能力。理性思維包含了理性的邏輯思考、歸納概括、演繹推理、模型與建構、批判性思維等多個方面。對于高中生來講，培養和發展學生理性思維，首先要讓學生端正學習態度，對事實和證據進行有效尊重，還要在問題解決過程中，培養學生嚴謹務實的心態。理性思維是一種不斷發展的能力，教師需以科學的眼光，看待學生的學習成長，關注學生理性思維發展的層次，從基礎知識到社會現象，再到一些深層次內容的理解應用，給予學生有效的學法指導。

第三，科學探究?？茖W探究是生物學習的基本方式，也是生物學科核心素養的重要組成部分?？茖W探究過程主要指學生能夠通過應用生物學知識，來積極投入觀察過程，分析生命現象，與實際生活有效關聯，提出一些有價值的問題。圍繞問題，讓學生做出合理的假說，以此設計實驗方案，推進實驗實施，驗證實驗結論。從而在科學探究過程中，完善學生理性思維，引導學生學會發現問題，解決問題，實現科學探究意識的培養。這可提高學生團隊協作能力，培養學生創新思維品質，助力學生生物探究熱情有效釋放。還能切實引導學生掌握生物學科問題解決的針對性思路和方法，讓學生學科核心素養發展更加完善。

第四，社會責任。社會責任是從生物學角度出發，指引學生樹立正確的人生觀、價值觀，鼓勵學生有效關注社會發展，增強學生責任意識。從生物學角度分析，讓學生將生命觀念、科學思維、科學探究有機關聯在一起，服務社會進步發展，是核心素養育人的重要一環。社會責任意識的培養，還可以讓學生對生物學科核心要素統籌關聯，在獨立思考、理性分析、審視判斷的基礎上，學會有效地取舍，更好地保護生物多樣性，保護自然環境，對生物學習建立系統化認知。

2 以核心素養為導向開展生物學創新實驗的意義分析

以核心素養理念為導向，從實驗入手創新，響應課程改革要求，創新育人目標，培養學生學科核心素養，對生物學科育人完善具有十分重要的意義。

2.1 有效促進學生生物學習潛能激發

隨著新高考改革的深度推進，高中生物課程知識考察越來越靈活，與生活的關聯性也愈加緊密，這些都對學生綜合能力提出了更高的要求。在高中生物課堂探索生物創新實驗的落實，可以進一步開放學生學習的空間，促進學生技能掌握，方法應用，切實培養學生學科核心素養。圍繞同一實驗，可以讓學生探索行之有效的各類實驗創新改進方法，這為生物資源的開發和應用，提出了更多的可能性，可深度喚醒學生的學習熱情，促進學生綜合潛能的釋放。

2.2 有效推進生物學科核心素養育人

以新課標為指引，高中生物教學工作的開展，要以培養和落實學生生物學科核心素養為首要目標。立足實驗開展有效創新，將自然界中的一些生物現象，學生生活中可用的一些學習材料全面納入，引導學生科學分析，深層次掌握生物學科相關知識。基于實驗創新過程鍛煉學生科學探究熱情，在學生心底埋下對生物熱愛的種子，既可以有效提高學習效率，又能引導學生對生物實驗的原理進行深入地分析，嘗試進行器材替換或過程改良。在增強學生學習興趣的同時，與核心素養育人相呼應，可以提高學生社會責任感，顯著提升生物課程育人綜合效果。

2.3 有效促進教師的專業能力發展

高中生物實驗教學工作的落實，不僅對學生綜合能力提出了更高的要求，還需要教師同步提升學科育人意識。教師要貫徹以學生為本的教育理念，立足教學過程，對實驗教學的模式思路進行有效的創新，為學生帶來良好的學習體驗。教師還要結合學生學習需求，為他們延伸更加豐富的延展性學習資源，引導學生參與到具體的實驗探究過程中，進行實驗項目的整體規劃，嘗試對各類儀器工具熟練運用?；谏飳嶒瀯撔滦越虒W，可帶動教師專業技能穩步提升，促進教師進一步完善科學實驗設計，嘗試實驗創新改進的有效方式，引領教師之間合作對話，為教師教學技能與教研能力同步發展構筑有力臺階。

3 以核心素養為導向開展生物學創新實驗的理論基礎

3.1 多元智能理論

霍華德·加德納認為，每個個體都具有語言、邏輯、音樂、視覺、藝術、運動、人際關系類型和大自然觀測等多方面的智慧，而且這些智慧可以影響個體的學習生活。多元智能理論強調了智慧的多元性，也指出了個體之間具有差異性，以多元智能理論為指引，高中生物學創新實驗的落實，就要充分認識到學生智力之間的差異性，并用好這一資源，以贊賞的眼光引導學生，推動因材施教育人。讓學生可以在實驗中大膽展示，增強自信，讓每個學生都能獲得更多發展可能，享受成功體驗，讓實驗教學的開展也能更加靈活。

3.2 建構主義學習理論

建構主義學習理論指出，讀書不是知識的傳遞，而是一個主動探索世界的過程。以建構主義學習理論為指導，高中生物實驗教學工作的開展，也要落實到實踐中，讓學生持續地認知經歷，從而實現生物學知識的充實和創新，讓學生的學習更有效率。實驗作為學生探究操作的主要方式，既能凸顯學生學習的主體性，又能鼓勵學生進行合作創新，發掘新知識點，促進學生勇于探索，獲得更多專業知識技能支持，進而實現高質量知識建構。

3.3 人本主義學習理論

人本主義學習理論強調塑造健康人格，主張在教學過程中傳授學生技能的同時，重視對學生的情感開發，引導學生在認知、人格、情感、行為等多個領域實現均衡性發展。人本主義思想強調了以人為本，可以飽滿學生情感，促進學生智慧成長與能力提升。這也引導著教師要從激發學生自身潛能的角度，讓學生學會更好地與同伴有效合作，建立正確人際關系。讓學生融入良好的學習氛圍、輕松的學習環境中，積極開展創新挑戰，給學生帶來多重愉悅感。

4 以核心素養為導向開展生物學創新實驗的現狀分析

以核心素養育人為導向，當前高中生物教學工作開展中非常重視創新實驗的落實，但是在具體教學實踐中也暴露出多重問題：

第一，學生創新潛能得不到有效激發。高中生物實驗教學的落實對器材、藥品、試劑都有非常高的要求。當前，在高中生物實驗教學工作落實中，多是按照傳統思維模式，讓學生按部就班來開展實驗，對實驗過程的創新改進并沒有深度落實。有些教師只是將驗證性實驗變成了探究性實驗，但是學生依然按照教材呈現的思路推進實驗過程，所以在實驗實施中，并沒有真正符合學生具體狀況，實現實驗環節的創新和改進，影響了學生綜合潛能的激發。

第二，學生對實驗探究的選擇意識較差。高中生物實驗教學創新工作的開展，可以對實驗設計進行改進，也可以對實驗材料進行創新，還可以對實驗所用的一些藥劑、藥品有效探索，對儀器和裝置嘗試改進，這些都是改變實驗條件，創新實驗方法，增強學生創新探究熱情的有利途徑。但當前很多學生在實驗推進中，自身操作水平有限，對實驗的組織落實也缺乏自信。學生沒有能力進行實驗過程的創新，學生自身對實驗的理解不夠深刻，缺乏理論知識的支撐，而且實驗室本身硬件條件也相對有限，進一步阻礙了學生生物探究的熱情。

第三，教師對創新實驗的引導能力不強。高中階段生物課程學習的節奏進一步加快，對教師綜合能力也提出了更高的要求。但是，當前很多高中教師依然以理論課程講解為主，對創新實驗的態度和引導能力不強。教師不能夠從多個角度給予學生有益的啟發，在課堂上為學生預留的思考討論時間也有限，這極大地阻礙了學生對實驗的深刻認知，也限制了學生創新能力的培養。

5 核心素養視域下高中生物學創新實驗的必要性

以核心素養育人為指引，高中生物學開展實驗創新，既能激發學生學習動力，又能增強學生創新意識，同時這也是落實核心素養育人的必要一步。

5.1 有效適應課程改革的實際需要

隨著立德樹人理念的深度推進，高中生物教學的方式在逐步改革，以新課標為指引，高中生物教學工作的落實必須喚醒學生學習主動性，立足教學過程培養學生實踐意識，發展學生創新能力。適應《普通高中生物課程標準（實驗）》所提倡的探究性學習模式，教師必須重視生物實驗創新的有效推進。放手給學生主體實踐的空間，讓學生在信息收集、經驗獲得、人際溝通、問題解決過程中深入參與，提高學生學習創造力，增強學生學習獲得感，推進課程改革深度落地。

5.2 落實核心素養育人的重要手段

隨著社會的不斷發展，各行各業對人才綜合能力提出了更高的要求。高中生物素質教育工作的開展，既要扎實學生知識基礎，更要激發學生學習創造力，以核心素養理念為指引，生物實驗創新要引導學生主體探究。結合對生命現象的觀察，開展有效預設，分析實驗發生的條件，嚴格遵循實驗步驟，引導學生記錄結果，縝密分析，養成實事求是的科學態度，從而推進核心素養育人有效落地。

5.3 建設創新型科技強國的迫切需求

隨著時代的不斷發展，生物在各行各業的應用越來越廣泛，尤其是在“綠水青山就是金山銀山”口號指引下，社會各界都對生態保護重視程度日益提升。高中生物實驗教學創新的落實，從增強學生社會責任意識、增強學生問題解決能力、引導學生自主研究新技術、推動生物學知識的有效應用入手，可增強學生學習自信，引導學生探索更多新成果新發現，為學生學習實踐提供創新機會，也能激發學生的開拓進取精神，從而更好地為建設創新型科技強國儲備更多優秀人才。

6 核心素養視域下高中生物學創新實驗的實施策略

以核心素養理念為指引，高中生物教學工作的開展，不僅要進一步完善理論課程的講解分析，更要立足實驗環節，引導學生開展創新實驗，助力學生高質量探究。在動手動腦中完善學生邏輯思維，增強學生問題解決意識，磨煉學生意志品質，讓學生以清晰的目標、有效的實踐、高效的溝通，切實為實驗創新而積極努力。

6.1 從實驗創新設計入手，拓展學生學習思維

高中生物實驗教學創新工作的開展，并非僅僅面向一些大型實驗，而是可以從一些小微實驗入手，在原基礎上進行內容的改進或過程的創新。引導學生在真正理解實驗原理的前提下，融入一些創新設計，助力學生生命觀念理解，從而帶動學生認知結構完善，加深對生命理解。同時，可以為學生生物學科學習帶來良好體驗。在教學工作落實中，教師要為學生主體觀察、思考創新提供有利平臺，引導學生從多個角度探究生命活動，創新學習體驗，為學生帶來良好的學習融入感。

以《植物細胞質壁分離和復原實驗》為例，這是高中生物所涉及的一個基礎性實驗。在實驗中學生能夠理解植物細胞失水和吸水的條件，對于細胞的形態也能有效觀察。在按照課本理論開展實驗的同時，教師可以讓學生大膽進行實驗的創新，如更換實驗材料，讓學生二次實驗，看看是否能達到理想效果。再比如，可以讓學生思考相同的外界溶液環境、不同的植物細胞植壁分離的結果是否相同？相同的植物細胞、不同的外部溶液環境，質壁分離的結果有哪些差異？已經發生質壁分離的植物細胞，在什么樣的環境條件下，能夠快速復原？從一些小實驗入手，讓學生進行有效創新，開放探索，鼓勵學生舉一反三，遷移應用，可以深度增強學生對生命觀念的理解，也可以指導學生更好地理解事物本質，樹立嚴謹認真的學習態度。

6.2 融合生物探究活動，拓寬學生知識視野

以核心素養為導向，高中生物創新實驗教學的開展，一方面，要立足課內，讓學生理解事物趣味探究；另一方面，為了進一步提高教學質量，因地制宜地改善實驗教學的方式方法，教師還要開放外部實踐空間，鼓勵學生進行科學探究。通過創新實驗的落實，真正激發學生生物學習濃厚興趣，培養學生自身良好的學習探究力。教師可以引導學生以小組為單位，結合實際生活中所遇到的問題進行開放性探究，跳出單純按照課本思路來實驗的傳統育人理念，通過有效的教育引導，為學生主動創造自主學習提供更多機會。在實驗創新教學中，教師要真正放手給予學生主體探索空間，讓學生在知識應用的過程中，具備明確的學習目標，提高學生學習能力，完善實驗過程設計。在不斷地碰壁、嘗試思索探究中，培養學生嚴謹認真的學習態度。

例如，在學習微生物這部分知識時，教師就可以讓學生嘗試探究土壤中纖維素分解菌的分離。結合日常生活中，常見的一些牛、馬、羊等動物，可知它們的腸道中都含有纖維素分解菌，它能幫助動物消化食物中的纖維素。教師可以讓學生通過查閱文獻、合作探究、網絡搜索、向家長請教等多種方式，嘗試分離土壤中的纖維素分解菌，獲得鮮活的學習成果。這樣的開放性實驗，既能激發學生學習熱情，又能培養學生良好的學習探究力，還可以借助學生前期所學知識進行經驗借鑒，切實培養學生深度思考力，讓學生學會圍繞目標來設計實驗過程，獲得豐富的實驗發現。

6.3 開展創新性實驗，增強學生社會責任意識

高中生物教學工作的開展，與社會密不可分，教師既要讓學生對一些生物學現象有效解讀認知，更要通過生物教學工作的開展，引導學生真正理解自我與社會之間的關系。引導學生學會理性地分析問題，解決問題，增強學生生物學習的使命感，指導學生在生活中對一些生物學科知識有效應用。尤其是數字信息化背景下，人與社會之間的聯系越來越緊密，更需要幫助學生樹立正確的價值觀，增強學生社會責任意識。這就必須融合教學全過程，對學生進行科學引導，教師可以在課堂上應用數字化手段，為學生展示一些多媒體素材，讓學生深刻理解實驗流程，掌握專業知識。教師也可以借助一些課外資源，拓寬學生學習視野，引導學生進行一些趣味實驗的探究。核心素養育人的出發點和落腳點都是學生主體進步，所以教學工作開展必須始終堅持以生為本，培養學生自身良好的創新能力、實踐能力，潛移默化中豐富學生生物學知識體系，增強學生社會責任意識，這也是教學中不容忽視的核心一環。

以《胡蘿卜素的提取和分離實驗》為例，立足課內教師可以讓學生掌握實驗原理，分析實驗推進的有效方式。從增強學生社會責任認知的角度，教師還可以讓學生對當地不同農產品的胡蘿卜素含量做一個測定，讓學生對家鄉的植物有效了解，增強學生關注食品安全、熱愛家鄉、建設家鄉的良好社會責任感。另外，在學習中還涉及了一些拓展性實驗，如《玫瑰精油的提取》，這是與有機化學相關聯的一項跨學科實踐內容。在實驗教學工作開展中，教師可以讓學生嘗試牡丹精油的提取、丁香精油的提取、百合精油的提取。讓學生理解不同的植物皆有迷人的芳香，同時也具有重要的經濟價值，通過創新性實驗的落實，增強學生實踐力，引導學生關注環境，關懷自然，保護生物多樣性，并對家鄉特有的一些物產進行深度探索。從種植改良、銷售包裝等多方面，提出一些精彩創意，這些都是生物學習延伸社會生活、提高學生核心素養的重要手段。能體現生物學科育人特色，培養學生社會責任感，引導學生更好地熱愛家鄉，服務家鄉，進一步豐富生物學科核心素養的內涵和外延。

總之，高中生物學創新實驗的落實，不僅要讓學生扎實掌握生物學科知識，更要堅持以核心素養為導向，融合實驗過程切實引導學生學思共進，開展趣味探究。激活學生創新思維，提高學生問題解決能力，增強學生對生物學科概念的理解，真正在實驗中引導學生科學探究，合作對話，創新延伸，總結表達，為學生今后開展綜合性科研探索奠定堅實基礎。

（作者單位：山東省桓臺第二中學）