核心素養(yǎng)視域下的探究實驗教學(xué)研究

黃萍?鐘進(jìn)清

【摘要】高中生物學(xué)實驗有助于學(xué)生理解和鞏固生物學(xué)概念，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。本文分析了目前生物實驗教學(xué)的現(xiàn)狀，闡述了在核心素養(yǎng)背景下，以探究為核心的生物實驗教學(xué)的意義；并以探究“影響酶活性的條件”實驗為教學(xué)案例，展示教師引導(dǎo)、學(xué)生自主探究的實驗教學(xué)過程。

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng)；探究實驗；酶活性

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出：“加強(qiáng)和完善生物學(xué)實驗教學(xué)是促進(jìn)學(xué)生達(dá)成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要支撐?！痹谏飳W(xué)科中，高質(zhì)量的實驗教學(xué)可以有效地促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的提高。然而，理想和現(xiàn)實之間存在著一定的差距。

一、探究實驗教學(xué)現(xiàn)狀

1.教師方面。生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和生物教材中所呈現(xiàn)的實驗，與學(xué)生應(yīng)掌握的科學(xué)方法和操作技能、重要生物學(xué)概念的建構(gòu)等密切相關(guān)。這些實驗可以說是教學(xué)的重點和難點，基本上是學(xué)生需熟練掌握的實驗。但由于課時緊、實驗操作難度較大或缺乏實驗條件等因素，高中生物實驗課開課率低。在生物實驗教學(xué)中，教師較多地口頭講述實驗過程以及實驗原理，學(xué)生僅作為被動的“接收者”，動手實驗的機(jī)會少，生物實驗課的價值沒有得到體現(xiàn)。

隨著多媒體技術(shù)的普及，有的教師傾向于采用多媒體演示生物學(xué)實驗，演示實驗?zāi)芪龑W(xué)生的注意力，但不利于學(xué)生實驗探究能力和操作能力的培養(yǎng)。在組織學(xué)生進(jìn)行實驗過程中，大多數(shù)教師比較在意的是學(xué)生的操作步驟是否規(guī)范，實驗結(jié)果是否正確，忽視了對學(xué)生實驗相關(guān)能力的培養(yǎng)。

2.學(xué)生方面。教師遵循教材中的材料、步驟和方法開展實驗教學(xué)，學(xué)生按照實驗步驟進(jìn)行就能得出結(jié)果。在生物實驗操作中，大多是以教師為主體，有時候甚至是教師手把手地完成，學(xué)生成了“旁觀者”，沒有充分參與到實驗的各個環(huán)節(jié)中。這樣的教學(xué)模式不僅阻礙了學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)和發(fā)展，學(xué)生對實驗操作中的科學(xué)原理也是一知半解。

實驗教學(xué)模式的單一化，難以激發(fā)學(xué)生對生物學(xué)實驗的興趣。教師更多地關(guān)注書面成績，對實驗操作技能和實驗相關(guān)能力的培養(yǎng)不夠重視，也沒有意識到其重要性。不少學(xué)生認(rèn)為生物實驗的學(xué)習(xí)是靠“背”和“記”，即使花費了大量時間和精力去做實驗，對學(xué)習(xí)效果也沒有多大影響。在這種誤解下，學(xué)生參與實驗的積極性低，實驗?zāi)芰σ驳貌坏教岣摺?/p>

二、核心素養(yǎng)背景下的探究實驗教學(xué)要求

科學(xué)探究是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，要求學(xué)生能針對特定的生物學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行觀察、提問，并進(jìn)行實驗設(shè)計和操作，具備對實驗結(jié)果進(jìn)行交流和討論的能力。在生物探究實驗教學(xué)中側(cè)重科學(xué)探究過程，可以讓學(xué)生掌握科學(xué)探究的基本思路和方法，提高學(xué)科核心素養(yǎng)和實驗?zāi)芰?，對于教師和學(xué)生都具有重要意義。

1.教師要成為“引導(dǎo)者”和“開發(fā)者”。新課程改革要求打破課堂教學(xué)中教師“一言堂”的局面，在實驗教學(xué)中采取探究式教學(xué)模式，可以有效地順應(yīng)新課程改革。對于生物教材中的重要實驗，教師應(yīng)盡量創(chuàng)造實驗條件，設(shè)置合理的實驗探究情境，激發(fā)學(xué)生的興趣，引導(dǎo)學(xué)生積極參與探究，提高動手、動腦的能力。教師通過對教材實驗的深入研究，還可開發(fā)適合本校學(xué)生實際的實驗課程資源，在提高生物實驗課堂教學(xué)質(zhì)量的同時，提升教師自身專業(yè)素養(yǎng)。

對于生物教材中難以開展的實驗，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)校的實際情況和本校學(xué)生的特點，對教材中的實驗進(jìn)行開發(fā)、改進(jìn)和優(yōu)化。可從以下兩方面著手：一是根據(jù)教材實驗內(nèi)容增加相應(yīng)的素材和思考、討論等環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生去主動探究、積極參與；二是在遵循教材實驗?zāi)康暮蛯嶒炘淼那闆r下，對教材中的實驗材料、方法等進(jìn)行改進(jìn)（示例見表1），在學(xué)校條件有限的情況下增加實驗開出率。

2.學(xué)生由“接收者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤靶袆诱摺薄：闷媸侨祟惖奶煨?，中學(xué)生對于未知的事物和問題常常具有強(qiáng)烈的好奇心和求知欲。生物實驗探究活動本質(zhì)就是提出問題并解決問題。學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問題的過程中思考與探討，然后以動手實驗、觀察為手段，形成對問題的解釋，最后得出探究結(jié)論。整個過程契合中學(xué)生的特點和認(rèn)知規(guī)律，可以提高學(xué)生的積極性和成就感，與學(xué)生僅作為“接收者”的教學(xué)模式相比，優(yōu)越性是非常明顯的。

表1 生物教材實驗材料改進(jìn)示例

例如在開設(shè)“綠葉中色素的提取和分離”實驗時，有的學(xué)生不理解在研磨綠葉時為什么不能加水提取色素，而是加無水乙醇？為了解答學(xué)生的疑惑，并引出本實驗色素提取的科學(xué)原理，筆者用多媒體創(chuàng)設(shè)了一個常見的生活情境：在綠色的草地上，兩個小男孩在草地上嬉戲，他們的白褲子上粘了綠色的草汁。然后設(shè)疑：白褲子上粘了綠色草汁，用清水能洗掉嗎？大多數(shù)學(xué)生都有這樣的生活體驗，衣服上沾染了綠葉色素，用水很難洗掉。那怎么辦呢？學(xué)生的答案五花八門。哪些答案是正確的呢？筆者引導(dǎo)學(xué)生思考：草汁中綠色的主要成分是什么？學(xué)生通過課本內(nèi)容，了解到是葉綠素等色素，這些色素不溶于水，所以用水很難洗掉。有沒有別的方法呢？學(xué)生繼續(xù)探究，這些色素不溶于水，但易溶于酒精等有機(jī)溶劑，因此可以用酒精等有機(jī)溶劑洗掉白褲子上沾染的色素。筆者進(jìn)一步引導(dǎo)：本實驗就利用了色素的這種特性，在研磨時加入無水乙醇，用無水乙醇來提取綠葉中的色素。將實驗探究與日常生活相聯(lián)系，并層層深入，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。

三、探究實驗教學(xué)模式

實驗探究的目的不是為了獲得統(tǒng)一的結(jié)論，而是讓學(xué)生感受科學(xué)探究的過程，在探究過程中培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)，提高實驗?zāi)芰Α?/p>

1.實驗探究原則。教師在學(xué)生實驗探究的過程中，要做好“引導(dǎo)者”，學(xué)生探究的方向、探究主題與教材實驗內(nèi)容直接相關(guān)，不能為了“探究”而探究，避免額外占用太多教學(xué)時間。

在生物實驗課開展之前，教師可以讓學(xué)生根據(jù)實驗內(nèi)容，以小組為單位，去準(zhǔn)備實驗課需要用到的材料。這樣能充分調(diào)動學(xué)生的積極性，還能增加學(xué)生交流和分享的能力。在進(jìn)行生物實驗課的時候，可以根據(jù)小組的人數(shù)合理地安排實驗任務(wù)，保證每個學(xué)生都能參與到實驗當(dāng)中去，而教師則需做好引導(dǎo)和指導(dǎo)。要讓學(xué)生在實驗中充分發(fā)揮他們教學(xué)主體地位，這樣才能夠真正鍛煉學(xué)生的實踐操作能力。

2.探究實驗教學(xué)案例。下面以探究“影響酶活性的條件”實驗教學(xué)為例，闡述教師引導(dǎo)、學(xué)生自主探究的實驗教學(xué)模式。

（1）實驗分析?！坝绊懨富钚缘臈l件”是人教版高中生物必修1“分子與細(xì)胞”中的實驗。酶在細(xì)胞代謝中具有重要作用，通過這個探究實驗，學(xué)生可以加深對酶特性的認(rèn)識，并認(rèn)識自變量、無關(guān)變量、因變量等相關(guān)概念，初步掌握生物對照實驗設(shè)置的方法。

（2）探究過程。本實驗探究的過程為：提出問題→作出假設(shè)→設(shè)計實驗→進(jìn)行實驗→分析結(jié)果→表達(dá)交流。

①創(chuàng)設(shè)情境，提出問題。教師利用多媒體課件展示：

情境1：加酶洗衣粉去血漬、奶漬的效果強(qiáng)，其使用注意事項為：用溫水效果最佳，不能使用60℃以上的熱水。

設(shè)疑：如果我們洗衣服時使用了60℃以上的熱水或溫度低的冷水，加酶洗衣粉效果會如何？

情境2：人體消化道不同部位消化液pH不同，如唾液pH為6.2～7.4，胃液pH為0.9～1.5，唾液淀粉酶會隨食物流入胃。

設(shè)疑：唾液淀粉酶流入胃，還能繼續(xù)起作用嗎？

學(xué)生閱讀課件內(nèi)容，分組討論“我想要探究的問題是什么”“我對問題作出的假設(shè)是什么”。小組內(nèi)交流，確定要探究的問題。

設(shè)計意圖：從學(xué)生熟悉的生活場景出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生思考影響酶活性的條件。情境中提供的素材接近學(xué)生的認(rèn)知，易于激發(fā)學(xué)生的好奇心和進(jìn)行探究的興趣。

②選擇材料，設(shè)計實驗。教師展示實驗材料和實驗器具，并引導(dǎo)學(xué)生：對于本組要探究的問題，你認(rèn)為實驗的自變量是什么？實驗分為幾步操作？實驗組和對照組應(yīng)如何設(shè)置？

各小組根據(jù)所列問題，討論實驗方案，并寫出簡要的實驗流程。安排兩到三個組的小組長展示各自的實驗方案，介紹本組的實驗設(shè)計。其他小組傾聽，并對展示的方案進(jìn)行評價。

教師在學(xué)生介紹實驗方案時，應(yīng)及時進(jìn)行鼓勵和糾正：實驗組和對照組的設(shè)置是否合理；自變量的確定是否正確；無關(guān)變量的控制是否合適等。

設(shè)計意圖：問題形式有助于學(xué)生理清實驗設(shè)計思路，以小組為單位進(jìn)行實驗設(shè)計，可以提高學(xué)生的交流能力和合作探究能力。交流各組的實驗設(shè)計方案，通過小組間互評，教師點撥糾正，有利于修正和完善實驗設(shè)計中不合理的部分，確保學(xué)生的實驗方案科學(xué)、合理，具有可操作性。

③進(jìn)行實驗。教師利用大屏幕對實驗操作和記錄提出要求：小組內(nèi)的成員要明確分工，記錄觀察到的實驗現(xiàn)象。各小組進(jìn)行實驗，組長協(xié)調(diào)分工，進(jìn)行實驗操作，并做好實驗現(xiàn)象記錄。教師巡視，指導(dǎo)學(xué)生規(guī)范操作。在實驗中遇到問題，小組討論解決或咨詢老師，并進(jìn)行重復(fù)實驗進(jìn)一步驗證。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生在動腦思考和動手實驗的過程中解決問題，提高成就感。同時鍛煉學(xué)生的動手能力，增強(qiáng)規(guī)范操作意識，提高團(tuán)隊分工合作能力。

④分析結(jié)果，交流總結(jié)。小組派代表在班級交流實驗現(xiàn)象，教師引導(dǎo)學(xué)生分析、總結(jié)實驗結(jié)果，得出實驗結(jié)論。學(xué)生交流探究，嘗試對實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象作出解釋；并就實驗中出現(xiàn)的疑惑，思考如何開展進(jìn)一步探究。

設(shè)計意圖：通過交流和思考，引導(dǎo)學(xué)生在本次實驗的基礎(chǔ)上，提出新的探索問題，進(jìn)行更深入的思考探究。這樣有助于培養(yǎng)學(xué)生對實驗的嚴(yán)謹(jǐn)性和孜孜不倦的探索精神。

可見，基于探究的實驗教學(xué)，可以挖掘課本實驗的內(nèi)涵；實現(xiàn)生物學(xué)實驗的價值；提升實驗教學(xué)的質(zhì)量，充分體現(xiàn)“自主、探究、合作”的新課程理念。讓學(xué)生自主探索，主動求知，學(xué)會分析問題和解決問題，這個過程的實質(zhì)就是在培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。設(shè)置以探究為核心的實驗教學(xué)，也有利于教師專業(yè)素養(yǎng)的提升。

（基金項目：本文系海南省三亞市2022年小課題“高中生物學(xué)探究實驗教學(xué)模式實踐研究”的研究成果，課題編號：A402-2022005）