高中生物實驗教學的設計策略

關鍵詞：高中生物；實驗教學；設計策略

課題項目：本文系連云港市中小學教學研究第十五期課題“基于創新素養培育的高中生物實驗課程開發與實施”（課題編號：2023LYGJK15-L217）的階段性成果。

實驗是生物學課程的重要教學內容。開展高質量的實驗教學，不僅能夠加深學生對生物學知識的理解，還能增強學生的問題解決能力和動手操作能力[1]。《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》提出，要注重理論和實踐的結合，鼓勵學生通過實驗、觀察、調查等實踐活動，深入理解生物學知識，培養實驗操作技能和科學探究精神。教師要重視生物實驗教學，讓學生在實驗中操作、觀察和思考，以此幫助學生更好地掌握理論知識，激發學生對生物學的學習興趣，提升其動手能力、觀察能力、分析能力，培養其科學思維，促進其全面發展。

一、研讀教材，明確教學目標

在開展實驗教學前，教師要充分研讀教材，明確實驗教學目標，并將其作為實驗教學設計的參考[2]。唯有如此，教師才能進行有針對性的教學，從而提升實驗教學成效，提高學生的學習效率。

例如，在教學“細胞中的糖類和脂質”一課時，教師可引導學生開展檢測生物組織中的糖類的實驗。教師應通過深入研讀教材，明確該實驗的教學目標是讓學生學會用稀碘液、斐林試劑檢測生物組織中的淀粉和還原糖，能夠選擇合適的試劑對生物組織中的不同糖類進行檢測。根據這一教學目標，教師可優先選擇富含不同糖類的實驗材料，如白砂糖（主要含蔗糖）、蜂蜜（主要含葡萄糖）、面粉（主要含淀粉）等。在選好實驗材料后，教師可讓學生取等量的三種材料分別溶于裝有等量水的燒杯中。之后，教師可引導學生用量筒取等量的白砂糖溶液、蜂蜜溶液和面粉溶液分別注入三個試管中，并滴入等量的稀碘液，觀察溶液的顏色變化。在此基礎上，教師可讓學生再用量筒取等量的白砂糖溶液、蜂蜜溶液和面粉溶液分別注入三個新試管中，并滴入等量的斐林試劑，水浴加熱后觀察溶液的顏色變化。學生可觀察到：蜂蜜溶液和面粉溶液在滴入斐林試劑后產生磚紅色沉淀，白砂糖溶液在滴入斐林試劑后無明顯顏色變化。通過這兩個實驗，學生能明白葡萄糖、蔗糖和淀粉的檢測原理，并掌握相應的檢測方法。教師在明確實驗教學目標的前提下進行教學設計，選擇合適的實驗材料，并指導學生順利完成實驗，能降低實驗難度，加深學生對相關知識的理解，避免學生混淆知識點和出現操作錯誤。

二、創設情境，激發學習興趣

教師創設真實有意義的學習情境，能引導學生開展深度學習活動，促使學生主動學習[3]。教師在進行實驗教學時，可以創設相關的學習情境，激發學生的學習興趣，提升學生參與實驗的積極性，從而提升學生的學習效果。

例如，在教學“分離定律”一課時，教師可通過創設真實情境，激發學生的實驗探究興趣。首先，教師可提出問題：“你們覺得自己和爸爸、媽媽像嗎？哪里比較像呢？”學生一般會從眼睛、鼻子、嘴巴、耳朵等方面闡述自己與父母相似的地方。在此基礎上，教師可繼續提問學生：“為什么我們會和自己的爸爸、媽媽長得像呢？為什么有的人更像自己的爸爸，有的人更像自己的媽媽？”通過這一問題，教師能引出遺傳的概念，激發學生對遺傳現象的探究興趣。之后，教師可引導學生開展探究性狀分離的實驗。教師可向學生提問：“如果我們讓紅色的牡丹和白色的牡丹進行雜交，能夠產生新個體嗎？這個新個體會是什么顏色的呢？”學生會給出各種各樣的答案，如紅色、白色、紅色和白色融合等。基于此，教師可繼續提問：“我們在生活中也會遇到類似的問題，比如父母都是雙眼皮，那么他們的孩子會是單眼皮還是雙眼皮？”在此基礎上，教師可用小球模擬雌雄配子的分離和組合過程，展示雜合子自交及其后代出現性狀分離的情況。具體而言，教師可先準備兩個小桶，分別代表精巢和卵巢，在代表精巢的桶內放入20個藍色小球，在代表卵巢的桶內放入20個黃色小球，其中10個寫上字母D，代表顯性基因，另外10個寫上字母d，代表隱性基因。然后，教師可從兩個桶中分別抓取一個小球，并記錄基因組合（記錄好后要將小球放回桶中并搖勻），重復50次。最后，教師可引導學生分析實驗結果。教師通過創設情境引導學生進行性狀分離探究實驗，不僅能夠激發學生的實驗探究興趣，還能讓他們更好地掌握分離定律的知識，提高他們的學習效率。

三、設計問題，培養科學思維

教師在教學時可以運用問題引導學生思考，讓學生學會選擇更合適的實驗材料和實驗方式。這樣不僅能使學生更加深入地理解實驗原理，還能培養學生的科學思維，提高學生解決問題的能力。

例如，在教學“細胞一生命活動的基本單位”時，教師可引導學生使用高倍顯微鏡觀察葉綠體和線粒體。首先，教師可提出問題：“我們都知道，除了病毒，地球上所有的生命體都是由細胞組成的，那么細胞內的能量轉換器是什么呢？”結合教材內容，學生能指出是線粒體和葉綠體。然后，教師可繼續提問：“這兩者的形態和功能各有什么特點？”以此引導學生對二者進行對比分析。接著，教師可提問學生：“這兩種細胞器的形態是什么樣的？”以此引導學生開展用高倍顯微鏡觀察葉綠體和線粒體的實驗。教師還可進一步提出問題：“葉綠體和線粒體有顏色嗎？如果沒有顏色，那我們該怎么觀察它們呢？”以此培養學生的科學探究素養。最后，教師可提出開放性問題：“綠色植物細胞中既有葉綠體又有線粒體，那么我們能否使用綠色植物的葉肉細胞來開展觀察線粒體的實驗？”以此引發學生的深入思考，讓學生進行探討交流。待學生給出答案后，教師可追問學生：“那么選擇什么細胞來觀察線粒體比較好？”學生結合前面的分析，能明白動物細胞更適合用于觀察線粒體。在此基礎上，教師可為學生提供實驗所需材料，讓學生進行觀察實驗。學生在教師的指導下，利用高倍顯微鏡能清晰地看到葉綠體和線粒體的實際形態及它們在細胞中的分布情況，進而對兩者的結構和功能有更清晰的認識。教師通過一系列問題引導學生進行實驗，不僅能夠激發學生的思維，還能幫助學生順利完成實驗，提升學生的學習效果。

四、提出假設，發展探究意識

在高中生物實驗教學中，教師不能只要求學生完成實驗操作，還要讓學生主動思考，學會主動探究新知識[4]。教師要鼓勵學生進行自主探究，讓學生在實驗中思考，從而培養學生的探究意識。

例如，在教學“生命活動需要酶和能源物質”一課時，教師可引導學生探究影響酶促反應速率的環境因素。教師可提問學生：“酶是生物體中生化反應的催化劑，酶活性受溫度、pH等因素影響，我們可以通過觀察酶促反應速率分析酶活性。那么酶促反應速率會隨著溫度、pH的變化發生怎樣的變化呢？”借助這一問題，教師能讓學生進行思考討論，提出相應的假設，從而培養學生的探究意識。在學生提出假設的基礎上，教師可引導學生開展相關實驗以驗證假設。具體而言，教師可先將學生分組，然后提供淀粉酶溶液、淀粉、燒杯等實驗材料，讓學生以小組為單位探究溫度對酶促反應速率的影響。學生小組需要先討論并確定實驗方案，然后進行實驗：（1）將淀粉酶溶液和淀粉溶液分別放在0% 、 37% 、 100^°C 的水浴鍋中保溫一段時間；（2）將同溫度的淀粉酶溶液和淀粉溶液混合并繼續保溫一段時間；（3）向三種溫度的混合液中分別加入等量的碘液，觀察溶液顏色的變化。經過這一實驗，學生能發現淀粉酶在過高或過低溫度下活性都會降低。在此基礎上，教師可為學生提供過氧化氫酶溶液、過氧化氫溶液、 pH 不同的緩沖液等實驗材料，并引導學生探究溶液pH變化對酶促反應速率的影響。學生小組可進行如下實驗操作：（1）配制酸性（ ΔpH=3 ）、中性（ pH=7 ）、堿性（ pH=10 ）三種緩沖液；（2）將等量的過氧化氫酶溶液分別加入各緩沖液中；（3）分別往三種混合液中加入等量的過氧化氫溶液，觀察氣泡產生的速率。經過觀察，學生能發現在中性環境下，過氧化氫分解產生氣泡的速率最快，而在酸性和堿性環境下，過氧化氫分解產生氣泡的速率明顯減慢，進而得出強酸或強堿環境會降低酶活性的結論。教師在教學中引導學生提出假設并借助實驗驗證假設，不僅能突出學生的學習主體地位，讓學生主動參與到實驗過程中，還能提升學生的獨立思考能力，培養學生的探究意識和科學思維。

五、聯系生活，強化實踐應用

生物學知識與實際生活聯系緊密，教師在開展生物實驗教學時不應局限于實驗室，要將現實生活與實驗有機融合。教師可以聯系生活實際指導學生進行生物實驗，這樣不僅能夠讓學生了解生物學知識的應用價值，還能有效鍛煉學生的動手能力，加深學生對知識的理解，提升學生的實踐應用能力。

例如，在教學“傳統發酵技術和產品”一課時，教師可讓學生動手制作泡菜，了解發酵技術在生活中的應用。教師可先提出問題：“大家都喝過酸奶嗎？酸奶是用什么做的呢？”學生基于生活經驗能回答：“酸奶是用牛奶做的。”之后，教師可追問：“牛奶是怎樣變成酸奶的呢？”學生結合教材內容能明白酸奶是以牛奶為原料，經過乳酸菌發酵形成的。在此基礎上，教師可提問學生：“我們日常生活中有很多食品都是經過發酵制成的，除酸奶以外，你們知道還有哪些嗎？”學生結合生活經驗能說出腐乳、醪糟、泡菜等發酵食品。基于此，教師可布置任務：“泡菜制作在我國有著悠久的歷史，許多蔬菜經過腌制都可以制成美味的泡菜，請大家根據自己的口味嘗試制作一份泡菜。”學生可在課后按照要求選擇自己感興趣的蔬菜，并使用泡菜壇進行泡菜制作。在泡菜發酵的過程中，學生要對泡菜壇中蔬菜和液體的顏色變化進行觀察和記錄，并及時向壇蓋邊緣的水槽中添加清水，以保證密封環境。等泡菜發酵完成后，教師可讓學生將自己制作的泡菜帶至課堂，分享給同學。同時，教師可以讓獲得好評最多的學生分享自己的制作方法和經驗。如果有學生制作的泡菜只有咸味而沒有酸味，那么教師可以引導學生共同探討出現這種結果的原因。通過制作泡菜、觀察泡菜發酵過程及分享交流，學生不僅能夠加深對發酵技術的了解，還能培養動手能力。由此可見，教師在教學中將生物學知識與實際生活相結合，開展實踐活動，不僅能夠加深學生對相關知識的理解，激發學生的探究興趣，讓學生了解生物學知識在生活中的具體應用，還能鍛煉學生的知識應用能力，培養學生的綜合素養。

結語

總而言之，實驗教學是高中生物教學的重要內容，教師通過實驗教學能夠使抽象的知識形象化，幫助學生建立系統的生物學知識體系，提升學生對知識的掌握程度。教師在教學中要深入分析教材，開展具有針對性且科學合理的實驗教學活動，從而有效激發學生的學習興趣，幫助學生充分掌握生物學知識，培養學生的科學思維、動手能力和知識應用能力，促進學生的全面發展。

[參考文獻]

[1]尹五州.借助實驗教學，建構高品質生物學課堂［J].文理導航（中旬），2025（5）：52-54.

[2］丁群英.高中生物實驗教學有效模式探究［J].中學生數理化（教與學），2020（1）：59.

[3］石高榮.基于深度學習的高中生物學實驗教學設計［J].中學生物學，2019，35（12）：35-36.

[4］楊媛.核心素養下的高中生物實驗教學優化策略［J].新課程，2020（33）：60.