高中生物學(xué)探究技能中核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

劉東杰

(福建省福州市第三中學(xué) 350003)

高中生物學(xué)教學(xué)中有不少實驗探究的內(nèi)容，雖然學(xué)生在實驗課上能完成課程要求的實驗，但發(fā)現(xiàn)有不少學(xué)生在面對一個簡單的課外科技實驗探究活動時，則顯得無從下手。這說明，僅有科學(xué)探究的方法和理論知識而缺乏探究技能，是難以開展科學(xué)探究活動的。要順利開展科學(xué)探究活動，必需具備科學(xué)探究所需的各項技能，科學(xué)探究的技能主要包括觀察、設(shè)計、分析、交流和創(chuàng)新等[1]。高中生物學(xué)教學(xué)的許多環(huán)節(jié)，如實驗課、校本課程、研究性學(xué)習(xí)和課外科技興趣活動以及生物學(xué)類社團(tuán)活動等，都可以有針對性地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會如下科學(xué)探究技能。

1 學(xué)會觀察

觀察是用人體感覺器官或者使用儀器設(shè)備，對自然現(xiàn)象或人為實驗現(xiàn)象進(jìn)行觀測，以獲取相關(guān)信息的過程。觀察是學(xué)生了解自然、認(rèn)識自然，進(jìn)而研究自然的第一步。培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會觀察可從幾個環(huán)節(jié)進(jìn)行。

1.1 學(xué)會使用觀察工具 觀察的工具有顯微鏡、放大鏡、望遠(yuǎn)鏡和各種傳感器等。

例如，“用高倍顯微鏡觀察幾種細(xì)胞”“觀察葉綠體和線粒體”“觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布”等，在這些實驗中顯微鏡是主要的微觀觀察工具。許多學(xué)生雖然在初中使用過顯微鏡，但是到高中時還是難以熟練掌握使用方法。在第一節(jié)實驗課，就要讓學(xué)生學(xué)會顯微鏡的使用。教學(xué)內(nèi)容包括顯微鏡的各部分組成和作用、顯微鏡使用的基本步驟、如何選擇適合顯微觀察的材料和如何制作裝片標(biāo)本等。在研究酵母菌的細(xì)胞呼吸時，可以利用二氧化碳傳感器，實時測定溶液中的二氧化碳濃度，直觀地反映細(xì)胞呼吸的強(qiáng)度。

1.2 學(xué)會選擇觀察時機(jī) 觀察時機(jī)不同，觀察結(jié)果也會不同。要準(zhǔn)確抓住時機(jī)才能取得良好的觀察效果。

例如，觀察紫色洋蔥外表皮細(xì)胞，在硝酸鉀溶液中的吸水和失水的實驗中，如果沒有及時觀察裝片中的現(xiàn)象，可能就看不到質(zhì)壁分離現(xiàn)象。因為洋蔥外表皮細(xì)胞在硝酸鉀溶液中發(fā)生質(zhì)壁分離后會很快地自動復(fù)原。再如觀察植物根尖細(xì)胞有絲分裂時，大蒜根尖細(xì)胞有絲分裂活躍的具體時間可能隨材料、地點和季節(jié)的不同而不同。要選細(xì)胞分裂活躍的時間進(jìn)行固定，才能較好地觀察到細(xì)胞有絲分裂過程染色體的變化。

1.3 學(xué)會選擇觀察材料 只有正確選擇觀察材料才能達(dá)到觀察目的。

例如，觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布，需要選擇的細(xì)胞中需含有DNA和RNA又不能有顏色干擾，可以選擇洋蔥內(nèi)表皮、口腔上皮細(xì)胞等，哺乳動物成熟的紅細(xì)胞，紫色洋蔥外表皮則不適合；觀察細(xì)胞的減數(shù)分裂，宜選擇動物的精巢或者植物的未成熟花藥，是因為這些材料發(fā)生減數(shù)分裂的細(xì)胞多；觀察生物的遺傳特點，宜選擇果蠅、豌豆等作為遺傳材料進(jìn)行實驗，因為它們繁殖周期短、容易飼養(yǎng)栽培、相對性狀易于區(qū)分。

1.4 學(xué)會選擇觀測指標(biāo) 無論是觀察實驗還是探究實驗，都有需要觀察的內(nèi)容指標(biāo)。

例如，觀察培養(yǎng)液中酵母菌的數(shù)量變化時，要計算的是血細(xì)胞計數(shù)板計數(shù)區(qū)中格中染成藍(lán)色的活酵母數(shù)量，不能把沒染色的死酵母計算在內(nèi)，因為死酵母已不屬于生物了；探究胰島素對小鼠血糖濃度的影響時，先要檢測對照組和實驗組小鼠注射胰島素前的血糖濃度，再檢測注射一段時間后的血糖濃度(若不測注射前的血糖濃度，就難以判斷胰島素的作用)。

2 學(xué)會設(shè)計

嚴(yán)格來講，高中階段的學(xué)生所進(jìn)行的生物學(xué)實驗大多是“菜單式實驗”或者是“模仿式實驗”，即按照給定的實驗材料、步驟和儀器，在教師的演示下進(jìn)行的。沒有多少實驗或步驟是學(xué)生自己設(shè)計的。這樣的實驗對于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力無疑是有幫助的。但是，教師在實驗教學(xué)中還應(yīng)當(dāng)結(jié)合所學(xué)的知識，注意培養(yǎng)學(xué)生的自主設(shè)計實驗的能力。教師在教學(xué)中可以組織學(xué)生進(jìn)行實驗方案設(shè)計的練習(xí)，以熟悉實驗設(shè)計的各項規(guī)范要求，從理論上提高實驗設(shè)計的水平。

例如，“證明興奮在神經(jīng)纖維上雙向傳導(dǎo)”“探究甲狀腺激素對小鼠代謝的影響”“探究外來物種對生態(tài)系統(tǒng)多樣性的影響”等，都可以讓學(xué)生進(jìn)行設(shè)計。在準(zhǔn)備讓學(xué)生做探究實驗時，還可以事先布置學(xué)生設(shè)計實驗方案，再動手實驗，把設(shè)計環(huán)節(jié)交還給學(xué)生。例如，“探究溫度對酶活性的影響”實驗，就可以讓學(xué)生自行設(shè)計實驗，選擇不同的溫度、酶、作用時間和檢測試劑等。這樣的實驗可以激發(fā)學(xué)生的積極性，有利于科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。

3 學(xué)會交流

運用語言、文字、圖片和視頻等方式，準(zhǔn)確闡述研究的目的、實驗的過程、結(jié)果和結(jié)論，或傾聽或質(zhì)疑或探討，通過分析對比，做出自己的判斷，可使學(xué)生更好地掌握科學(xué)知識、啟迪思維，提高科學(xué)探究能力。

例如，“探究幼苗生長的向光性”“生長素類似物對枝條生根的作用”“果蠅的雜交實驗”“探究赤霉素對鐵樹種子的萌發(fā)的影響”“細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)模型的制作”等實驗后，組織學(xué)生召開專題答辯會，由學(xué)生個人或研究小組撰寫探究小論文、制作PPT演示件、展示研究成果來匯報自己的研究項目，教師或?qū)W生負(fù)責(zé)提問和評價。在聯(lián)系現(xiàn)實生活的“科學(xué)、技術(shù)和社會”教學(xué)活動中，有許多教學(xué)內(nèi)容需要學(xué)生自己去查找資料學(xué)習(xí)，例如，“基因工程的新進(jìn)展”“雜交水稻的研究”“克隆技術(shù)的研究及其倫理問題”等。學(xué)生在查找相關(guān)資料和隨后進(jìn)行的匯報交流及辯論過程中，能夠了解生物學(xué)技術(shù)的新進(jìn)展和在社會發(fā)展中的巨大作用，促使自己關(guān)注社會生產(chǎn)和生活，為他們進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和步入社會做準(zhǔn)備。這樣的交流，充滿了思維的碰撞，可很好地鍛煉語言的組織和表達(dá)能力。

4 學(xué)會創(chuàng)新

創(chuàng)新意味著能夠以新的思維、新的角度和新的方法來探究和解決問題。要鼓勵學(xué)生不要墨守成規(guī)、迷信權(quán)威，要勇于探索，提出自己的見解，實踐自己的想法。對于中學(xué)生來說，創(chuàng)新可以是整體的，也可以是局部的，這需要更強(qiáng)的科學(xué)探究能力和綜合素養(yǎng)[2]。

例如，在“綠葉中色素的提取和分離”實驗中，多以菠菜為材料提取葉片光合色素，濾紙上顯示出“橙黃色-黃色-藍(lán)綠色-黃綠色”4條色素帶，對應(yīng)“胡蘿卜素-葉黃素-葉綠素a-葉綠素b”。但自然界中不同季節(jié)、不同植物的葉片顏色不同，能不能讓學(xué)生去探究不同顏色葉片含有哪些色素、色素都有哪些理化性質(zhì)呢？在生物學(xué)校本課程教學(xué)中，讓學(xué)生自主探究，分離和提取不同顏色葉片的色素。在學(xué)生已經(jīng)掌握的菠菜葉片色素提取和分離方法的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生集思廣益，設(shè)計實驗的思路，然后展開實驗。學(xué)生收集了不同顏色的葉片或花瓣，然后模仿所學(xué)實驗進(jìn)行分離和提取。實驗中發(fā)現(xiàn)，從莧菜葉片提取的濾液中有紫紅色的色素，但是在濾紙條上沒分離出。經(jīng)過查找資料和討論，學(xué)生提出用清水作為層析液，終于分離出了水溶性紫紅色的莧菜紅素，并且驗證了光合色素不溶于清水的特點，這就是實驗方法的局部創(chuàng)新實例。