基于學科核心素養的高中生物實驗教學探究

摘要：在新老教材、新老高考交替過渡的形式下，如何提升教學質量、提高學生的綜合素質成為每一位教育工作者需要思考和面對的難題。結合高考評價體系和高中生物學課程標準，學科素養培養成為重要的研究課題，發展學生的學科核心素養是高中生物課程設計的宗旨和實施計劃的基本要求，而生物實驗教學是生物教學的重要手段之一，可以更好地培養多個方面的生物學科核心素養，滿足新教材、新高考以及新時代立德樹人的要求。

關鍵詞：學科核心素養 高中生物 實驗類教學

前言

在生物實際教學中實驗教學存在諸多問題，如學生動手實驗較少，實驗開展難度大，多以演示、識記為主，實驗時受到課時和學生能力影響，多數也是匆忙進行，收效不大。如何讓學生更多地參與實驗教學中，提升學生的實驗思維，突破教學中的瓶頸？筆者認為一要對教材中已有的實驗內容進行整合利用，把微觀的現象變為可直接觀測的，把演示類內容變為探究類內容；二要對一些抽象的難以理解的知識通過創設實驗情境進行形象化、直觀化展示。在課堂教學中整合已有知識，設計簡單易行的小實驗進行輔助教學，以彌補實驗課開展較少的不足。

一、基于生物學科核心素養的生物實驗教學

（一）生物學科核心素養的地位

學科素養是高考評價體系中“一核四層四翼”的“四層”之一，在其中起到了紐帶作用，對課程標準有引領作用，是學生具備的學科綜合能力及品質，解決了高考中“考什么”的問題；高中生物課程標準中有關課程設計的基本理念是以學科核心素養為宗旨。學科核心素養作為學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成正確的價值觀、必備品格和關鍵能力。

（二）生物學科核心素養與生物實驗教學的關系

生物學科核心素養包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個方面。生物實驗教學是生物教學的重要手段之一，主要是學生在學了一定的學科知識后，利用所學知識進行實驗驗證或針對某一未知知識而展開的探究性實驗。在實驗教學中可以滲透生命觀念，進行科學探究，培養學生科學思維及提升學生社會責任，更好地培養學生學科核心素養。基于學科核心素養的生物實驗教學，不僅能夠加強學生對知識的掌握，還能提升學生學科綜合素養。所以在高中進行生物實驗教學，要從學科核心素養出發，促進學生全方面發展，實現全面育人目標。

（三）提升生物實驗教學效果的迫切性

隨著新教材的使用和新高考的逐步展開，通過對各地高考題的分析可發現，高考對學生綜合素養的考查要求越來越高，實驗類試題和涉及實驗思維的試題越來越多（相關數據在此不一一列舉）。因此開展實驗教學，改變教學現狀迫在眉睫。

二、生物實驗教學存在的問題和思考

（一）生物實驗教學存在的問題

一方面，傳統高中生物實驗教學，以教師引導為主，強調實驗步驟，有條件的會開展部分動手實驗，大多數還是視頻演示加圖片展示，學生識記加練習。從表面上看，學生做題考試問題不大，但學生科學思維、探究能力的培養會受到較大影響。面對不斷發展變化的高考要求，學生在做實驗類試題時問題百出，這對學生的長遠發展不利。尤其是在一些師資薄弱、設備硬件老化的學校，教師對實驗教學存在各種問題。

另一方面，學生基礎知識欠缺，動手能力、學科思維乃至學習興趣動力均存在不足，高一新生在這些方面表現得尤為明顯。如何開展好實驗教學成為每一位生物教師的難題。

（二）實驗教學的思考

從實驗的開展情況來看，一些驗證性、觀察類、調查類的實驗開展較少，一些復雜的探究實驗也難以進行，學生動手機會少。教材中還有一些模型建構的內容，若是單純讓學生完成或利用課堂時間開展需要耗費大量時間，效果也難以保證。對此可以對教材中的一些實驗加以整合，以探究的形式進行教學，培養學生的科學思維能力；對一些抽象的難以理解的知識，創設新的實驗情境，進行形象化、直觀化的展示，提升學生參與探究活動的積極性；制作小而簡的模型解析教學內容，讓學生易學易做，提高學生學習興趣；對一些難以開展或教學效果甚微的實驗加以優化，培養學生實驗思維，增強學生科學思維、科學探究的能力，繼而提升學生對知識的掌握程度，加強學生社會責任感。

三、生物實驗教學的策略及反思

（一）創設新的實驗情境

針對教材內容引入實驗方法，讓學生通過實驗教學情境，形成直觀感受，培養實驗思維。

案例一：高中生物人教版必修一第三章第1節《細胞膜的結構和功能》。

1．設計思路

教材中提到了細胞的邊界是細胞膜，學生利用已有知識或通過預習都有所了解，但是細胞膜在哪兒、起到什么作用，學生是難以想象的。這時可以利用雞蛋展示細胞膜的存在，同時演示細胞膜作為細胞的邊界，把微觀知識直觀化、形象化。

2．材料用具

新鮮的雞蛋，細針管，紅墨水，培養皿。

3．活動步驟

（1）打開一個雞蛋置于培養皿中，學生觀察內部結構，教師展示相應圖片說明。

（2）用細針管向蛋黃（卵細胞）內注射紅色墨水，并在蛋黃針孔以外滴一滴紅色墨水，觀察現象。

4．現象及結論

學生看到蛋黃（卵細胞）外面的紅色墨水進不去，里面的除了針孔位置也出不來，若戳破外面結構則蛋黃溢出，繼而很容易想到在細胞的表面存在一層結構——細胞膜，能較好地體會細胞膜作為系統的邊界，將細胞與外界環境分隔開的作用。利用一個雞蛋即可達到引入本課知識和直觀說明細胞膜的一個功能的目的。

案例二：實驗展示細胞膜能控制物質進出細胞。

實驗名稱：紅色玫瑰花瓣在不同條件下的處理。

1．材料用具

新鮮的紅色玫瑰花瓣，清水，80℃熱水，質量分數15%的鹽酸，量筒，玻璃棒，燒杯。

2．實驗步驟

（1）拿出三個燒杯，分別加入等量的清水、80 ℃熱水和質量分數15%的鹽酸。

（2）分別向三小燒杯加入適量的完整紅色玫瑰花瓣并輕輕地攪拌一段時間。

（3）除去花瓣，觀察剩余溶液的顏色。

3．現象及結論

完整的細胞膜可控制物質進出細胞，高溫、鹽酸等條件會破壞細胞膜的完整性。

（二）設計新的演示模型

對于復雜抽象的現象，可通過制作模型進行演示。

案例三：高中生物人教版必修一第四章第1節《被動運輸》滲透裝置的新設計。

1．設計思路

利用雞蛋制作滲透裝置，代替原先的漏斗裝置，利用簡易材料即可完成，易操作、可觀測。通過實驗提高學生動手能力、知識遷移能力等。

2．具體做法

第一步：打破雞蛋尖頭，然后打開雞蛋大頭，露出氣室部分；

第二步：戳破雞蛋尖頭全部膜，露出蛋清并倒出，戳破蛋黃加少量清水；

第三步：將透明吸管插入雞蛋尖頭，用熱凝膠封住連接部，畫線標注；

第四步：將雞蛋小心放入小燒杯，加入適量清水，觀察吸管中液體的上升變化。

3．現象及結論

吸管中液面會不斷上升直至溢出，雞蛋卵殼膜內的溶液濃度大于外界發生的滲透作用。

這三個案例具有以下特征：一是讓抽象的知識直觀化、具體化；二是實驗涉及等量原則、對照原則、不同變量的分析、對照實驗的操作等復雜的知識，對培養學生生命觀念、科學思維及科學探究核心素養有著較好的作用；三是實驗簡單易行，收到較好的課堂效果，可激發學生課后動手實驗的興趣，培養學生的學科核心素養。

（三）教材中已有實驗的整合改造

生物教材必修二中實驗大多以演示、模型建構和過程探究為主，學生很少或難以完成動手實驗，大多通過演示實驗觀察觀看。如何能讓學生動手、動腦，培養學生多方面能力素養呢？

案例四：整合高中生物人教版必修二2第三章第2節《DNA的結構》中DNA雙螺旋結構模型制作與探究內容。

1．設計思路

DNA雙螺旋結構模型的構建和DNA雙螺旋結構模型的制作在書中為兩個獨立的教學內容。一個是簡單的科學研究，另一個是學生動手實驗，沒有什么探究性的教學內容。對此筆者把原本獨立的模型構建和模型制作有機結合在一起，邊探究DNA雙螺旋結構模型邊完成各階段的結構制作，以探究式教學模式進行本節課的教學。

2．材料用具

A4紙，膠帶，剪刀，彩色水筆，尼龍繩，木條，等等。學生分組準備若干備用。

3．探究活動

活動一：四種脫氧核苷酸的制作。學生課前回顧查找有關脫氧核苷酸的知識。

活動二：制作單個脫氧核苷酸鏈卡片。學生分組合作。

活動三：制作DNA雙鏈平面結構。學生分組合作完成，注意堿基對的配對、氫鍵的形成與數目。

活動四：制作DNA立體結構模型并展示。用尼龍繩連接兩條單鏈，把木條接在兩端，再旋轉一定角度。

4．活動分析

這樣處理可以讓學生帶著問題以探究的方式完成模型制作，同時體驗DNA雙螺旋結構模型的構建歷程，把原本獨立的知識有機結合在一起，促進了學生高中生物學科核心素養的發展。

學生課前自主完成DNA雙螺旋結構相關資料的收集整理，課中小組合作交流完成各個探究環節。從制作單個脫氧核苷酸紙卡片到制作DNA雙螺旋平面結構和立體結構模型，學生體會到構建模型的重要作用，發展了科學探究學科核心素養。對DNA結構的探究學習進一步激發學生學習生物的興趣，促進學生社會責任意識的發展。在模型的制作過程中，學生參與組內活動，形成了良好的學風、團結互助的班風，學習的主體性得以發揮，增強了主動探索和合作交流的能力。學生通過自主構建知識，對磷酸二酯鍵、氫鍵的形成及數量等拓展知識也會有一定的思考和理解，深刻掌握了DNA的化學結構，增強了結構與功能觀，探索DNA的結構及攜帶遺傳信息的功能，培養了生命觀念學科核心素養。

結語

以上是在教學過程中的部分例子，若條件允許可多組織學生動手實驗，但要合理安排課堂教學時間，同時做好學生課前指導。課堂實驗要滿足規模小而精，材料易得且現象明顯，操作簡單以便學生參與等要求，并能夠達到培養學科核心素養目的，滿足實際教學的需求。近幾年安徽省處于高考變化的過渡階段，2023年是新教材老高考，2024年是新教材新高考，教師要對每一次變化提前做好功課。隨著新教材的深入使用和研究、新高考的全面展開，為了讓學生更好地接受、學習進而掌握相應的生物知識，形成科學思維，進行科學探究，同時培養一定的社會責任感，滿足新時代、新形勢下的育人要求，教師需要深入研究教材，善于發現，集思廣益，多研究教情、學情，由此為下一階段的教育教學做好鋪墊工作。

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責任編輯：黃大燦