通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展

肖東琦+李霞

以落實(shí)“立德樹人”為根本任務(wù)，發(fā)展“學(xué)生核心素養(yǎng)”為目標(biāo)，從課標(biāo)、教材、教學(xué)實(shí)施等方面進(jìn)行的新課改正在不斷深入。生物是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，實(shí)驗(yàn)在發(fā)展學(xué)生科學(xué)精神和培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、勇于實(shí)踐創(chuàng)新等方面發(fā)揮著重要作用。在深化教育領(lǐng)域綜合改革的背景下，教師要如何發(fā)揮包括生物學(xué)科在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用以促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展呢？在此，將以“酵母菌種群數(shù)量的測定”為例探討這一問題。

一、精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1.教師創(chuàng)設(shè)情境，學(xué)生自主學(xué)習(xí)

教師首先帶領(lǐng)部分學(xué)生參觀了紅酒莊園，再由這些學(xué)生做學(xué)習(xí)分享。教師提出了釀酒過程中的兩個(gè)關(guān)鍵問題：發(fā)酵開始前為什么要接種過量的菌種？接種后，為什么要做一次發(fā)酵罐的外循環(huán)？學(xué)生認(rèn)為，可能是為了使酵母菌增殖增加種群數(shù)量。教師又進(jìn)一步引發(fā)學(xué)生思考：釀酒是否與酵母菌的種群數(shù)量有關(guān)？從而引出學(xué)習(xí)任務(wù)——測定酵母菌種群數(shù)量的方法。課后，學(xué)生利用教材、網(wǎng)絡(luò)獲取種群數(shù)量測定的相關(guān)知識(shí)，分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

2.自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，發(fā)展理性思維

學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中涉及對(duì)照組的設(shè)置、變量的控制、多次重復(fù)取平均值的原則等，這一過程使學(xué)生的理性思維得以充分施展，并使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)得到培養(yǎng)和鍛煉。在實(shí)驗(yàn)開始前，組織學(xué)生對(duì)各組實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行討論、互評(píng)，培養(yǎng)學(xué)生批判質(zhì)疑的精神和理性思考的能力。如本實(shí)驗(yàn)中為學(xué)生提供的菌種為安琪酵母，由于該酵母為日常發(fā)面所用，可能含有多種酵母菌，學(xué)生提出應(yīng)在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)增加純化菌種的操作步驟從而控制無關(guān)變量。

3.在討論與交流中發(fā)現(xiàn)問題并不斷反思

由于教師對(duì)實(shí)驗(yàn)并沒有做出嚴(yán)格限制，因此各組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案均存在差異，如培養(yǎng)基種類的選擇、數(shù)量測定的方法等。教師鼓勵(lì)小組間進(jìn)行交流、討論，分享實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。通過分析與比較，更有利于學(xué)生從中發(fā)現(xiàn)問題，收獲知識(shí)。如利用土豆葡萄糖培養(yǎng)基的小組，在用顯微計(jì)數(shù)法對(duì)同一樣本多次計(jì)數(shù)后，仍有較大誤差。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案和實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行反思后，找出了影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因：由于過濾較為困難，使培養(yǎng)基不夠澄清，影響了在顯微計(jì)數(shù)環(huán)節(jié)對(duì)酵母菌的準(zhǔn)確觀察，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差增大。于是學(xué)生及時(shí)修改了設(shè)計(jì)方案，規(guī)范了操作流程，得到了更客觀的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4.在數(shù)據(jù)處理過程中增強(qiáng)探究與解決問題的能力

實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生利用Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差和回歸方程，以確定數(shù)據(jù)的可靠性，發(fā)現(xiàn)使用顯微計(jì)數(shù)和稀釋涂布平板法計(jì)數(shù)所獲同一時(shí)間種群數(shù)量數(shù)據(jù)有較大差異。針對(duì)這一問題，學(xué)生繼續(xù)探究實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)一步規(guī)范操作，排除誤差干擾，繪制出了微生物的生長曲線圖。根據(jù)分析數(shù)據(jù)得出推論，可能是顯微計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)了死菌的數(shù)量，并提出了驗(yàn)證方法——進(jìn)行染色區(qū)別。此外，學(xué)生還得到一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性的認(rèn)識(shí)，即顯微計(jì)數(shù)法容易受到多種因素的影響，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性降低。學(xué)生為此提出了新的測量方案：用分光光度計(jì)計(jì)算OD值的方法代替顯微計(jì)數(shù)法來測定種群數(shù)量。

通過分析“酵母菌種群數(shù)量測定”實(shí)驗(yàn)可以看出，實(shí)驗(yàn)教學(xué)確實(shí)可以有效發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，而核心素養(yǎng)各要素并不是孤立存在的，它們互相關(guān)聯(lián)、共同作用，才能形成學(xué)生必備的品格和關(guān)鍵能力。

二、不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1.緩解實(shí)驗(yàn)教學(xué)耗時(shí)較長與課時(shí)緊張的矛盾

一是對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合，減少重復(fù)實(shí)驗(yàn)?！敖湍妇N群數(shù)量測定”實(shí)驗(yàn)涉及必修3模塊中的“種群與群落”及選修1模塊中“微生物利用”中的內(nèi)容，其中包括“嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量變化”及“測定某種微生物的數(shù)量”。由于實(shí)驗(yàn)較復(fù)雜，如果分別在不同模塊、不同時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，必要的準(zhǔn)備工作和所需材料較多，花費(fèi)時(shí)間較長。因此，可將兩個(gè)實(shí)驗(yàn)有機(jī)整合，有效減少時(shí)間消耗。

二是把多種實(shí)驗(yàn)課程相結(jié)合。對(duì)于耗時(shí)較長的實(shí)驗(yàn)，可就核心環(huán)節(jié)進(jìn)行課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)，利用生物興趣小組進(jìn)行完整的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，通過開展課堂實(shí)驗(yàn)、選修課實(shí)驗(yàn)、興趣小組等多種方式，相互協(xié)調(diào)配合，可取得較好的教學(xué)效果。

三是改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案?！胺N群數(shù)量測定”需要連續(xù)測定種群數(shù)量，在實(shí)際教學(xué)的有限時(shí)間中較難實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的探究發(fā)現(xiàn)，酵母菌種群數(shù)量增長規(guī)律清晰，在特定時(shí)間點(diǎn)會(huì)發(fā)生規(guī)律性的變化：0～4小時(shí)為調(diào)整期，4～24小時(shí)為對(duì)數(shù)期，24～64小時(shí)為穩(wěn)定期，64小時(shí)之后進(jìn)入衰亡期。鑒于此，實(shí)驗(yàn)可選在以上關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行。此外還發(fā)現(xiàn)，如果保證前期接種量相同和其他條件相同，在適宜的情況下，同種酵母菌的增殖規(guī)律是相同的，故可采取測多個(gè)種群數(shù)量繪制一條生長曲線的方法，也可有效縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間。當(dāng)然，還可以通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)儀器等方法，降低實(shí)驗(yàn)耗時(shí)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果。

2.改變實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)多為講授式，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)幾乎沒有興趣，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理以及重復(fù)實(shí)驗(yàn)不理解。通過預(yù)設(shè)作業(yè)，可促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)探究，使學(xué)習(xí)效果顯著；還可通過微課、顯微數(shù)碼互動(dòng)等新技術(shù)支持，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

3.創(chuàng)設(shè)情境拉近與學(xué)生的距離

實(shí)驗(yàn)要貼近生活，如該實(shí)驗(yàn)從參觀酒廠發(fā)現(xiàn)的問題入手，激發(fā)學(xué)生探究的興趣。還可進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，增加難度，開展“釀酒過程中，發(fā)酵液中的酵母菌種群數(shù)量測定”“發(fā)酵液中酵母菌種群數(shù)量與酒精含量的關(guān)系”等實(shí)驗(yàn)。

4.教師不斷提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>

在開展本實(shí)驗(yàn)的初期，教師先進(jìn)行了大量的預(yù)實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)可能會(huì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行了研究，而學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)的新問題，又促使教師進(jìn)行了更深入地研究教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要與學(xué)生教學(xué)相長，不斷提高自身的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

三、對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)一步思考

1.進(jìn)行跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)，共同制訂核心素養(yǎng)目標(biāo)

物理、化學(xué)、生物均是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是重要的教學(xué)方式之一。三門學(xué)科共同制訂學(xué)段核心素養(yǎng)的發(fā)展目標(biāo)，并結(jié)合目標(biāo)調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)類型設(shè)置等，將更有利于強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，既強(qiáng)調(diào)共通性，又可突出學(xué)科特色，符合課改的理念。

2.項(xiàng)目化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在生活中發(fā)現(xiàn)問題，讓物理、化學(xué)、生物三學(xué)科共同參與設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行真實(shí)驗(yàn)、真探究，真正體現(xiàn)核心素養(yǎng)的各要素是一個(gè)綜合體，切實(shí)減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)。

（責(zé)任編輯 郭向和）