實(shí)驗(yàn)是生物課培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)

孟蕾

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，因此從實(shí)驗(yàn)角度研究“如何提高生物科學(xué)素養(yǎng)”就顯得尤為重要。

但目前這方面的研究很少。以往常規(guī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是：教師先講授實(shí)驗(yàn)原理，再讓學(xué)生按照步驟逐項(xiàng)完成。目的只是熟悉實(shí)驗(yàn)步驟，以應(yīng)付考試。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生只是“驗(yàn)證者”，而非“探究者”。久而久之，學(xué)生主動(dòng)參與的積極性受挫。此外，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課重知識(shí)講授，輕學(xué)生活動(dòng)，往往忽視課本上涉及的模型構(gòu)建類和調(diào)查研究類實(shí)驗(yàn)。這種做法同樣不利于學(xué)生生物學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

基于以上問(wèn)題，筆者認(rèn)為非常有必要從實(shí)際的課本實(shí)驗(yàn)出發(fā)，嘗試總結(jié)不同實(shí)驗(yàn)類型的教學(xué)模式。

什么是生物科學(xué)素養(yǎng)

現(xiàn)行的課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出：生物科學(xué)素養(yǎng)是指公民參加社會(huì)生活、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、生產(chǎn)實(shí)踐和個(gè)人決策所需的生物科學(xué)知識(shí)、探究能力以及相關(guān)的情感態(tài)度與價(jià)值觀，它反映了一個(gè)人對(duì)生物科學(xué)領(lǐng)域中核心的基礎(chǔ)內(nèi)容的掌握和應(yīng)用水平，以及在已有基礎(chǔ)上不斷提高自身科學(xué)素養(yǎng)的能力。

關(guān)于達(dá)成生物科學(xué)素養(yǎng)所要求的核心基礎(chǔ)內(nèi)容，目前業(yè)內(nèi)專家達(dá)成共識(shí)，即包括以下5個(gè)方面：能理解生物學(xué)基本現(xiàn)象和規(guī)律，理解生物學(xué)原理如何應(yīng)用于生物技術(shù)領(lǐng)域；能解釋身邊的生物學(xué)現(xiàn)象；應(yīng)掌握一系列技能，如操作技能，科學(xué)探究技能，比較、判斷、分析和推理等思維技能，以及創(chuàng)造性和批判性思維方式；形成正確的情感、態(tài)度、價(jià)值觀，并以此指導(dǎo)自身行為；形成終身學(xué)習(xí)的基本能力。

因此，生物科學(xué)素養(yǎng)是科學(xué)知識(shí)、科學(xué)能力和方法、科學(xué)意識(shí)和品質(zhì)的總和。其中，科學(xué)知識(shí)是基礎(chǔ)、科學(xué)能力和方法是核心、科學(xué)精神是靈魂。

就課本要求的實(shí)驗(yàn)類型來(lái)說(shuō)，大致可分為三類：動(dòng)手驗(yàn)證類（即通常實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的課本實(shí)驗(yàn)）、模擬和模型構(gòu)建類、調(diào)查研究類。不同實(shí)驗(yàn)類型所要求達(dá)成的具體科學(xué)素養(yǎng)。

動(dòng)手驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)有利于達(dá)成生物科學(xué)素養(yǎng)的能力要素。能力目標(biāo)是整個(gè)科學(xué)素養(yǎng)的核心。在現(xiàn)行課程標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)能力維度有如下表述：能夠正確使用一般的實(shí)驗(yàn)器具；掌握采集和處理實(shí)驗(yàn)材料、進(jìn)行生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作、生物繪圖等技能；發(fā)展科學(xué)探究能力。其中科學(xué)探究能力包括：能客觀觀察和描述現(xiàn)象，提出問(wèn)題，分析問(wèn)題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，解釋數(shù)據(jù)，得出結(jié)論等。

模擬和模型的構(gòu)建類實(shí)驗(yàn)有利于達(dá)成生物科學(xué)素養(yǎng)中的知識(shí)要素。在課程標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)知識(shí)維度的要求有以下表述：學(xué)生能獲得生物學(xué)基本事實(shí)、概念、原理、規(guī)律和模型等方面的基礎(chǔ)知識(shí)；知道生物科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展方向和成就；知道生物科學(xué)史上的重要事件等。

調(diào)查研究類實(shí)驗(yàn)有利于達(dá)成生物科學(xué)素養(yǎng)中的意識(shí)品質(zhì)要素。在課程標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)科學(xué)意識(shí)品質(zhì)的要求如下：認(rèn)識(shí)生物科學(xué)的價(jià)值，樂(lè)于學(xué)習(xí)生物科學(xué)，養(yǎng)成質(zhì)疑、求實(shí)、創(chuàng)新及勇于實(shí)踐的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度；確立積極的生活態(tài)度和健康的生活方式等。

改造生物課本實(shí)驗(yàn)，凸顯科學(xué)素養(yǎng)教育實(shí)效

三類實(shí)驗(yàn)要從課本走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，從知識(shí)的記憶回歸到學(xué)生的動(dòng)手、觀察乃至素養(yǎng)，許多實(shí)際問(wèn)題還有待解決。在問(wèn)題的解決中，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)科學(xué)素養(yǎng)的有效教學(xué)模式也初具雛形。

第一，基于高中學(xué)生的學(xué)情，讓學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是有困難的。教師可依據(jù)課本實(shí)驗(yàn)，在教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上增加探究的意味，在教師引導(dǎo)以及學(xué)生自主學(xué)習(xí)、同伴互助的過(guò)程中，達(dá)成上述能力目標(biāo)。

以色素的提取和分離為例，基于往屆學(xué)生實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的色素帶不整齊、有重疊和色素顏色不明顯等情況，筆者提前進(jìn)行了預(yù)實(shí)驗(yàn)并發(fā)現(xiàn)了課本中諸多值得商榷的問(wèn)題：（1）課本上層析時(shí)用試管，但由于試管很細(xì)，而且常常沾有層析液，所以色素帶很容易溶解到層析液中，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。應(yīng)換為在燒杯中層析更好。（2）課本上要求用尼龍布過(guò)濾，但實(shí)際研磨得到的色素溶液很少，很容易全部粘在尼龍布上。應(yīng)改為把濾液直接倒入試管，靜置片刻，取上清即色素濾液繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。（3）課本上要求用毛細(xì)吸管吸取少量濾液畫線，但實(shí)際操作中很難畫出細(xì)而直的濾液細(xì)線。改為用直尺蘸取色素提取液進(jìn)行色素畫線，簡(jiǎn)單易行且效果較好。（4）研磨不充分，會(huì)導(dǎo)致色素帶不清晰。層析時(shí)間太短，會(huì)導(dǎo)致色素帶重疊。只有注意實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，才能得出理想的結(jié)果。有了教師預(yù)實(shí)驗(yàn)和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)體系，學(xué)生的“動(dòng)手驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)”才能變得可操作、好驗(yàn)證。

第二，課本上絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)都提供了方法步驟，如果教師直接講授實(shí)驗(yàn)原理和方法，或者學(xué)生直接照方下單，不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。相反，通過(guò)一系列具有啟發(fā)性的問(wèn)題串，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，師生共同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，可有效提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)于色素提取和分離實(shí)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)以下問(wèn)題串：色素在哪？用何種試劑溶解提??？采用何種措施防止葉綠素被破壞？如何將各種在有機(jī)溶劑中溶解度不同的色素分開(kāi)，等等。實(shí)踐表明，以上問(wèn)題情境能夠增強(qiáng)學(xué)生的主體意識(shí)，充分激發(fā)興趣，從而使學(xué)生以積極的心態(tài)投入后續(xù)的實(shí)驗(yàn)操作中。

第三，能力目標(biāo)中明確指出“學(xué)生要能利用證據(jù)和邏輯對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行反思”。在第一個(gè)平行班上課時(shí)，筆者原本想讓學(xué)生反思實(shí)驗(yàn)失敗的原因，但多數(shù)學(xué)生無(wú)從下手。因此，在后面的班級(jí)上課時(shí)，筆者嘗試進(jìn)行改進(jìn)：在師生共同分析完實(shí)驗(yàn)原理后，不具體分析實(shí)驗(yàn)步驟，而是直接呈現(xiàn)一張自我監(jiān)控表，讓學(xué)生以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并隨時(shí)記錄。

第四，請(qǐng)實(shí)驗(yàn)操作理想的學(xué)生到講臺(tái)上分享經(jīng)驗(yàn)，課后制作展板，對(duì)全部學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行集中展示。這個(gè)環(huán)節(jié)除了能達(dá)成“用準(zhǔn)確的術(shù)語(yǔ)、圖表介紹研究方法和結(jié)果，闡明觀點(diǎn)；并聽(tīng)取同伴建議”的能力目標(biāo)，還能提高匯報(bào)人的自信和語(yǔ)言表達(dá)能力，而來(lái)自同伴的分享，更能引起傾聽(tīng)者的共鳴，促使學(xué)生深入反思。

第五，在實(shí)驗(yàn)課堂滲透STS（科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)）教育，即嘗試用實(shí)驗(yàn)原理和方法解決日常生活與生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題。這樣—方面能提高學(xué)生的興趣，另一方面使他們意識(shí)到科學(xué)知識(shí)的重要性。

在色素的提取和分離課前，筆者已布置學(xué)生收集校園里葉片，除了收集要求的菠菜葉片，學(xué)生還可以嘗試探究其他感興趣的葉片，并比較兩者的色素顏色和條帶位置有何不同。絕大多數(shù)學(xué)生都帶來(lái)了各色葉子：楓葉、銀杏葉、紅牛皮菜葉等。實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生白行提出假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)或否定最初假設(shè)。學(xué)生是“主角”，教師只是“引導(dǎo)者”。

第六，與實(shí)踐周相聯(lián)系，開(kāi)展植物色素提取比賽。實(shí)踐周是我們的特色活動(dòng)，其間可以對(duì)很多課本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入挖掘。比如：“物質(zhì)鑒定——對(duì)食堂提供的酸奶、豆?jié){等食物進(jìn)行還原糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等的測(cè)定，從而為科學(xué)飲食提供依據(jù)”“對(duì)自身的口腔上皮細(xì)胞進(jìn)行染色，做染色體組型分析，尋找男女生的差異”等。

動(dòng)手驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)主要集中在《分子與細(xì)胞》分冊(cè)中，而在《遺傳與進(jìn)化》分冊(cè)中，由于實(shí)驗(yàn)條件有限，該冊(cè)實(shí)驗(yàn)多以模擬實(shí)驗(yàn)或模型構(gòu)建的形式出現(xiàn)。通過(guò)模型的構(gòu)建，不僅使抽象的東西簡(jiǎn)單明了，而且鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，能有效地提高生物科學(xué)素養(yǎng)。

在模型的構(gòu)建過(guò)程中，可穿插生物科學(xué)史的教學(xué)。將科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)史融合在問(wèn)題串中，從而再現(xiàn)知識(shí)發(fā)生過(guò)程，在師生共同討論中體驗(yàn)科學(xué)家的思維方式，體會(huì)合作和跨學(xué)科融合的重要性。

調(diào)查研究類課題也是提高生物科學(xué)素養(yǎng)必不可少的環(huán)節(jié)。癌癥防治、轉(zhuǎn)基因安全性、艾滋病病毒等問(wèn)題，與每個(gè)人的健康息息相關(guān)，學(xué)生很感興趣。通過(guò)完成相關(guān)調(diào)查研究課題，不僅能提高學(xué)生文獻(xiàn)檢索和信息收集處理能力，還能拓寬視野，確立積極的生活態(tài)度和健康的生活方式，形成良好的科學(xué)意識(shí)和品質(zhì)。

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