基于發(fā)展生物學(xué)核心素養(yǎng)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

王佳晨++王紅梅

摘 要：本文介紹了如何以創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)為途徑，發(fā)展學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的思考與實(shí)踐，包括依托學(xué)科環(huán)境建設(shè)，基于探究實(shí)驗(yàn)和問(wèn)題教學(xué)，立足課程建設(shè)和社會(huì)實(shí)踐等，從而培養(yǎng)學(xué)生的理性思維和科學(xué)探究能力，幫助學(xué)生樹立生命觀念和社會(huì)責(zé)任。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室 生命觀念 理性思維 科學(xué)探究 社會(huì)責(zé)任

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出：高中教育階段的生物學(xué)課程是以提高學(xué)生的生命觀念、理性思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任等生物學(xué)核心素養(yǎng)為宗旨的學(xué)科課程，旨在讓學(xué)生習(xí)得生物學(xué)知識(shí)的同時(shí)，養(yǎng)成理性思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，發(fā)展終身學(xué)習(xí)的能力。而創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室是以學(xué)科核心觀念、思想和方法為指導(dǎo)，恰當(dāng)配置和使用儀器設(shè)備和技術(shù)，組織開展研究性教與學(xué)活動(dòng)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探究、創(chuàng)新精神，提高學(xué)生研究性學(xué)習(xí)能力和綜合素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)室，它既是高中課程改革和學(xué)校特色辦學(xué)的需要，更是發(fā)展學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)，培養(yǎng)創(chuàng)新優(yōu)質(zhì)人才，實(shí)現(xiàn)學(xué)科價(jià)值的需要。為貫徹課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)思想，實(shí)現(xiàn)二者間的有機(jī)結(jié)合，筆者以本校生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和使用為例，闡述如何圍繞發(fā)展學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的所做的一些思考與實(shí)踐。

一、依托學(xué)科環(huán)境建設(shè)，形成學(xué)生的生命觀念

生命觀念是指人們對(duì)觀察到的生命的總的認(rèn)識(shí)或看法，是對(duì)生命現(xiàn)象及相互關(guān)系（或特性）進(jìn)行解釋后的抽象[1]。學(xué)生應(yīng)在理解生物學(xué)概念性知識(shí)的基礎(chǔ)上形成生命觀念，如結(jié)構(gòu)與功能觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀等，并能用于認(rèn)識(shí)生命世界、解釋生命現(xiàn)象。本校的生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室是以生態(tài)環(huán)保為主題，共分主體實(shí)驗(yàn)室、河流水質(zhì)治理綜合實(shí)踐基地和無(wú)土栽培休閑園三大區(qū)塊。在指導(dǎo)學(xué)生利用相應(yīng)設(shè)施開展活動(dòng)的過(guò)程中也滲透生命簡(jiǎn)單到復(fù)雜、低等到高等、微觀到宏觀的進(jìn)化發(fā)展觀、生物體乃至生態(tài)穩(wěn)態(tài)與平衡觀以及物質(zhì)與能量觀等。

1.主體實(shí)驗(yàn)室

主體實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)有中央處理區(qū)、檢測(cè)區(qū)、演示操作區(qū)、水質(zhì)在線檢測(cè)區(qū)幾大功能區(qū)，其中檢測(cè)區(qū)又分為食品檢測(cè)實(shí)驗(yàn)區(qū)、潔凈顯微觀察室、氣體檢測(cè)實(shí)驗(yàn)區(qū)、水質(zhì)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)區(qū)，可以對(duì)不同種類的水體或空氣污染物、有害物進(jìn)行多種分析測(cè)試，通過(guò)測(cè)試指標(biāo)了解當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)、大氣污染、食品安全等情況（見表1、表2）。在眾多檢測(cè)指標(biāo)中，微生物指標(biāo)是非常重要的一項(xiàng)，通過(guò)顯微觀察、查閱資料，學(xué)生將領(lǐng)會(huì)生物進(jìn)化發(fā)展觀：在生物于環(huán)境相互作用的過(guò)程中，個(gè)體應(yīng)把自己放在系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境中，適應(yīng)相應(yīng)的環(huán)境，并找到適合自己的生態(tài)位，也就是所謂的“適者生存”。

此外，實(shí)驗(yàn)室在環(huán)境布置上還設(shè)立了生物學(xué)名人，如屠呦呦、袁隆平等的簡(jiǎn)介，通過(guò)榜樣人物引領(lǐng)和激勵(lì)，讓學(xué)生一進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室就受到感染和鼓舞，激發(fā)研究的動(dòng)力和激情。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)還擺放了大量的標(biāo)本和模型和掛圖。模型的呈現(xiàn)，不僅幫助學(xué)生形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)，也讓學(xué)生能夠更加直觀的觀察和感受充滿神奇和奧秘的生命現(xiàn)象。

2.河流水質(zhì)治理綜合實(shí)踐基地

為達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的目的，在學(xué)校西側(cè)一條污染較為嚴(yán)重的河流上建立了一個(gè)約30平方米的河流水質(zhì)治理綜合實(shí)踐基地，上面架設(shè)生態(tài)浮床，種植吸收污染的植物，底部增加高分子納米底泥封淤網(wǎng)、施灑相關(guān)生物菌種和相關(guān)生化藥劑，達(dá)到污染治理，凈化水質(zhì)的要求。同時(shí)，在其上面設(shè)立有遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可遠(yuǎn)程監(jiān)控該區(qū)域的水質(zhì)變化，從而傳輸?shù)街黧w實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。

在生物學(xué)的領(lǐng)域中，小到細(xì)胞，大到生物圈都是處于穩(wěn)態(tài)與平衡中。系統(tǒng)中的不同組分在發(fā)生不斷改變，卻保持相對(duì)穩(wěn)定。但當(dāng)河流生態(tài)系統(tǒng)的變化超過(guò)一定的范圍，穩(wěn)態(tài)就會(huì)被打破。通過(guò)對(duì)河流的檢測(cè)，學(xué)生從系統(tǒng)整體的高度分析和理解生命現(xiàn)象，對(duì)穩(wěn)態(tài)和負(fù)反饋平衡也有更深刻的認(rèn)識(shí)，從而樹立科學(xué)的辯證唯物觀。

3.無(wú)土栽培休閑園

在實(shí)驗(yàn)室東側(cè)的平臺(tái)處，還建有無(wú)土栽培休閑園，該區(qū)域使用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的無(wú)土栽培模式，無(wú)土栽培區(qū)集立柱栽培、管道栽培、廊架栽培等各種無(wú)土栽培形式，使學(xué)生掌握無(wú)土栽培的基本技術(shù)，了解現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。

無(wú)土栽培研究的過(guò)程也是物質(zhì)與能量觀深層次理解的過(guò)程：物質(zhì)的代謝離不開能量，礦質(zhì)元素、生物大分子等的運(yùn)輸都需要能量、物質(zhì)的轉(zhuǎn)化也伴隨能量的轉(zhuǎn)化，如光合作用，但物質(zhì)與能量不會(huì)完全重合。

二、基于探究實(shí)驗(yàn)和問(wèn)題教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生理性思維和科學(xué)探究能力

理性思維是一種基于證據(jù)與邏輯推理的思維方式，理性思維的培養(yǎng)能夠引導(dǎo)學(xué)生遵循事物發(fā)展的規(guī)律認(rèn)識(shí)本質(zhì)，是學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分[2]。而科學(xué)探究能力是研究自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)必備的綜合能力，是個(gè)體適應(yīng)社會(huì)、促進(jìn)自我發(fā)展的重要素質(zhì)。

1.開展問(wèn)題教學(xué)，提升理性思維

不同于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室主要是通過(guò)學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)和能力去探索未知的問(wèn)題，因此，培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)、思維水平、科研精神、創(chuàng)造能力是關(guān)鍵。我的生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生的創(chuàng)新研究提供了廣闊的學(xué)習(xí)空間，在學(xué)生熟悉掌握實(shí)驗(yàn)室中儀器BOD測(cè)定儀、電導(dǎo)率儀、全波譜紫外可見分光光度計(jì)、自動(dòng)滴定儀、溶解氧測(cè)定儀、無(wú)線數(shù)碼體視顯微鏡等設(shè)備原理構(gòu)造、操作方法和應(yīng)用范圍的基礎(chǔ)上自主開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)研究。在實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)方法上，我們打破原有理論重于實(shí)踐的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，主要采用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的方式，即教師通過(guò)布置一定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，提出問(wèn)題，學(xué)生以小組合作學(xué)習(xí)方式開展活動(dòng)，小組成員間相互商討、相互啟發(fā)，通過(guò)查閱文獻(xiàn)、實(shí)地考察確定研究方向和研究手段，進(jìn)而開展實(shí)驗(yàn)研究。

2.創(chuàng)設(shè)探究性實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)主動(dòng)探究

探究性實(shí)驗(yàn)則是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的重要途徑。我校生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)內(nèi)容以探究實(shí)驗(yàn)為核心，主要包括以下幾種類型：一是教材實(shí)驗(yàn)的延伸和拓展，如“探究環(huán)境因素對(duì)黑藻胞質(zhì)環(huán)流的影響”，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室較普通實(shí)驗(yàn)室多了數(shù)字切片數(shù)字教學(xué)系統(tǒng)，為學(xué)生提供黑藻葉片臨時(shí)裝片等數(shù)字切片資源，無(wú)線數(shù)碼體視顯微鏡的輔助觀察更有利于實(shí)驗(yàn)的深入開展；二是學(xué)生個(gè)人或團(tuán)隊(duì)在生活中觀察發(fā)現(xiàn)并提出的問(wèn)題，如運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室的農(nóng)藥殘留快速測(cè)定儀開展“農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)蔬菜中農(nóng)藥殘留情況的研究”；三是由指導(dǎo)教師確定的研究項(xiàng)目，如“探究無(wú)土栽培條件下溫度和光照條件對(duì)不同植物生根的影響”，無(wú)土栽培園完善的滴灌系統(tǒng)為該研究的開展提供了保障。通過(guò)以上這些探究實(shí)驗(yàn)的開展，讓學(xué)生針對(duì)特定的生物學(xué)現(xiàn)象，運(yùn)用已學(xué)知識(shí)，進(jìn)行觀察、討論、查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、開展實(shí)驗(yàn)研究。

又如，關(guān)于學(xué)校西側(cè)河流污染的問(wèn)題，教師提出“該河流為何會(huì)被污染？”的研究任務(wù)，學(xué)生通過(guò)前期的分析討論和實(shí)地調(diào)查研究最終發(fā)現(xiàn)污染源主要來(lái)自上游的餐飲企業(yè)的污水排放，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室分析檢測(cè)并查閱相關(guān)資料，進(jìn)一步確定了污染的主要成分和治理方法，最終形成研究報(bào)告。探究實(shí)驗(yàn)和問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式改變了學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的弊端，促使學(xué)生主動(dòng)研究，發(fā)掘創(chuàng)造潛能，有助于培養(yǎng)學(xué)生的合作精神和探究能力；同時(shí)，在科學(xué)研究過(guò)程中體會(huì)和領(lǐng)悟科學(xué)的思想觀念，從而形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的理性思維和科研作風(fēng)。

三、立足課程建設(shè)和社會(huì)實(shí)踐，在價(jià)值引領(lǐng)中提升學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感

1.相關(guān)課程建設(shè)

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室應(yīng)旨在滿足學(xué)生對(duì)課程多樣化、個(gè)性化的需求，著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，因此，課程建設(shè)成為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的關(guān)鍵。在契合我校辦學(xué)理念、培養(yǎng)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律、興趣愛好、個(gè)性特長(zhǎng)，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，強(qiáng)化學(xué)科綜合與拓展作為目標(biāo)，教研組相繼開發(fā)了社會(huì)調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全、無(wú)土栽培四大類創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程體系，包括《生物科學(xué)與嘉善產(chǎn)業(yè)》、《食品與健康》、《校園微生物探秘》、《水質(zhì)污染與治理》、《無(wú)土栽培與花卉種植》等十多門課程。這些課程均注重理論與實(shí)踐的相結(jié)合，如《空氣污染與人類疾病》，在理論方面可以讓學(xué)生掌握空氣質(zhì)量的劃分標(biāo)準(zhǔn)、常見空氣污染物的主要類型和對(duì)人體健康的影響；實(shí)踐方面通過(guò)調(diào)查研究、采樣分析確定空氣污染物的來(lái)源和成分，進(jìn)而提出防治策略，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生對(duì)身邊的生活現(xiàn)象、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人體健康等相關(guān)感興趣的問(wèn)題進(jìn)行研究，進(jìn)而將學(xué)科的研究領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。

2.社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)

生物學(xué)與生產(chǎn)、生活具有密切的聯(lián)系，生物學(xué)的學(xué)習(xí)不能局限于書本、課堂、實(shí)驗(yàn)室，要把課堂延伸到大自然中、延伸到現(xiàn)實(shí)生活中，生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)也應(yīng)該更加貼近自然、關(guān)注社會(huì)，從而培養(yǎng)學(xué)生參與社會(huì)事務(wù)的責(zé)任感。以社會(huì)實(shí)踐基地為依托，教師組織學(xué)生開展社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)：如組織學(xué)生到碧云花園參觀，學(xué)習(xí)杜鵑花種植技術(shù)；到科創(chuàng)中心了解先進(jìn)生物技術(shù)的發(fā)展和前景；到東大樹脂有限公司了解企業(yè)在水污染治理方面的經(jīng)驗(yàn)和做法；參加公益宣傳，呼吁企業(yè)和市民有效的減少或阻止污水、廢氣等污染物的排放等。通過(guò)豐富的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生將知識(shí)與生活實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，學(xué)以致用，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生探究創(chuàng)新研討的能力和興趣。同學(xué)們?cè)谏钊肓私饧亦l(xiāng)的生態(tài)環(huán)境和食品安全的現(xiàn)狀同時(shí)，形成了注重健康生活，關(guān)注生態(tài)環(huán)保和社會(huì)發(fā)展，從自我做起，自覺承擔(dān)社會(huì)責(zé)任，形成服務(wù)社會(huì)的意識(shí)與社會(huì)責(zé)任感。

四、結(jié)語(yǔ)

目前，各省市創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方興未艾，但綜上所述，筆者認(rèn)為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室在建設(shè)和使用中要始終以發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)為核心，突出學(xué)科環(huán)境建設(shè)，注重課程建設(shè)和教學(xué)方式的革新，在教學(xué)中給學(xué)生提供更多實(shí)踐性、開放性、探究性學(xué)習(xí)載體，從而讓學(xué)生從被動(dòng)接受的教育轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)；同時(shí)倡導(dǎo)實(shí)踐出真知，要讓學(xué)生與自然和生活對(duì)話，將生活、實(shí)踐中的問(wèn)題帶入到實(shí)驗(yàn)室的研究，充分參與并動(dòng)手實(shí)踐，在體驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)科興趣，提高科學(xué)思維能力，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造能力，從而讓創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室真正成為學(xué)生自主探索、創(chuàng)新研究的實(shí)踐平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)

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