生物實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的作用

焦興佳 趙婷婷

【摘要】教師在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有意識(shí)地滲透生物學(xué)核心素養(yǎng)教育，有利于提高學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。學(xué)生參與生物實(shí)驗(yàn)，經(jīng)歷探究歷程，能夠掌握生物學(xué)知識(shí)，形成勇于探究的精神和終身學(xué)習(xí)的能力，形成正確的生命觀念。用科學(xué)的思維進(jìn)行科學(xué)探究可提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，適應(yīng)社會(huì)發(fā)展，為終身學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】生物實(shí)驗(yàn)；生物學(xué)核心素養(yǎng)；生命現(xiàn)象；科學(xué)思維；科學(xué)探究能力；社會(huì)責(zé)任感

【基金項(xiàng)目】天津市2017年度哲學(xué)社會(huì)科學(xué)規(guī)劃課題“基于學(xué)科核心素養(yǎng)的生物教師教育行動(dòng)研究”，課題批準(zhǔn)號(hào)：TJJXQN17-006。

2014年，教育部發(fā)布了《關(guān)于全面深化課程改革，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》，首次提出了“核心素養(yǎng)”這一教育頂層設(shè)計(jì)，“核心素養(yǎng)”也成了課程改革的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。核心素養(yǎng)指的是受教育者應(yīng)該具備的，在一定的教育過程中逐步形成的，適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展所需要的必備品格和關(guān)鍵能力，它包括責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實(shí)踐創(chuàng)新、人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)和健康生活六個(gè)方面。學(xué)生的核心素養(yǎng)可以在具體的教學(xué)過程中發(fā)展和形成，各門學(xué)科可以根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)和核心素養(yǎng)的要求，形成本學(xué)科的核心素養(yǎng)。生物學(xué)核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任四個(gè)方面。生物是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，生物實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中有非常重要的作用，學(xué)生在參與實(shí)驗(yàn)操作的過程中，主動(dòng)提出問題，做出假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)施方案，得出結(jié)論和規(guī)律，并對(duì)結(jié)論進(jìn)行討論，在這個(gè)過程中學(xué)生能夠掌握生物學(xué)知識(shí)，形成勇于探究的精神和終身學(xué)習(xí)的能力，形成正確的生命觀念，用科學(xué)的思維進(jìn)行科學(xué)探究，增強(qiáng)自身社會(huì)責(zé)任感。因此，生物實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)具有非常重要的作用。

一、生物實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生生命觀念的形成

“生命觀念”指的是對(duì)觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系或特性進(jìn)行解釋后的抽象，是人們經(jīng)過實(shí)證后的觀點(diǎn)，是能夠理解或解釋生物學(xué)相關(guān)事件和現(xiàn)象的意識(shí)、觀念和思想方法。學(xué)生應(yīng)該在較好地理解生物學(xué)概念的基礎(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，指導(dǎo)探究生命活動(dòng)規(guī)律，解決生活中的實(shí)際問題。在實(shí)驗(yàn)操作過程中，學(xué)生能夠自己動(dòng)手實(shí)踐，實(shí)踐操作能力得到鍛煉的同時(shí)也加深了對(duì)生物學(xué)概念的理解，從而可以更好地形成生命觀念。例如在“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”實(shí)驗(yàn)中，以紫色的洋蔥鱗片葉作為實(shí)驗(yàn)材料，觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原現(xiàn)象，將細(xì)胞膜和原生質(zhì)層的結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一起來。教師可以向?qū)W生滲透結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)，讓學(xué)生逐漸形成結(jié)構(gòu)與功能觀。在探究實(shí)驗(yàn)“自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響”中，學(xué)生通過做出假設(shè)，實(shí)施探究方案，分析結(jié)果，得出結(jié)論，明白自然選擇在生物進(jìn)化過程中的作用。結(jié)合學(xué)習(xí)的關(guān)于生物進(jìn)化的知識(shí)，最后形成進(jìn)化與適應(yīng)觀。通過實(shí)驗(yàn)“生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)”的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以直觀感受到有機(jī)體穩(wěn)態(tài)維持的機(jī)制，形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀。在學(xué)習(xí)細(xì)胞的呼吸作用和光合作用時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”和“綠葉中色素的提取和分離”，學(xué)生可以深入了解呼吸作用和光合作用中物質(zhì)的消耗與產(chǎn)生以及能量的轉(zhuǎn)化，形成物質(zhì)與能量觀。教師在日常教學(xué)中應(yīng)該有意識(shí)地向?qū)W生滲透，幫助學(xué)生形成生命觀念，有助于學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)生命世界，解釋生命現(xiàn)象，站在生物學(xué)學(xué)科思想的高度來理解世界，從而為全面系統(tǒng)地看待生命世界打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)領(lǐng)悟生命的復(fù)雜與自然界的神奇。

二、生物實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生科學(xué)思維的提升

科學(xué)思維指的是以客觀事實(shí)為依據(jù)，用嚴(yán)謹(jǐn)求真的態(tài)度和科學(xué)的方法解決問題、認(rèn)識(shí)事物的能力和思維習(xí)慣。教師應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，使學(xué)生能夠以生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)為基礎(chǔ)，通過歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法，探究、解釋生命現(xiàn)象及規(guī)律?？茖W(xué)史上有大量的實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家們的研究思路中處處體現(xiàn)出理性思維。學(xué)生通過科學(xué)史的學(xué)習(xí)，可以更好地了解知識(shí)的發(fā)展過程，感受科學(xué)家們的探究精神和科學(xué)態(tài)度，有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)。例如，光合作用的發(fā)現(xiàn)歷程中，薩克斯的實(shí)驗(yàn)成功地證明了光合作用的產(chǎn)物除氧氣外還有淀粉。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作過程非常嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)。首先，薩克斯把綠葉放在暗處幾個(gè)小時(shí)，消耗掉葉片中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這一操作是關(guān)鍵步驟，教師可以先不告訴學(xué)生該操作的原因，引導(dǎo)學(xué)生思考。其次，他讓葉片一半曝光，另一半遮光，一段時(shí)間后，用碘蒸汽處理葉片。葉片一半曝光一半遮光，處理之后的現(xiàn)象形成對(duì)照，而且在一片葉子上，效果明顯，最終根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論。教師除講解或者演示實(shí)驗(yàn)外，也可以讓學(xué)生親自做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在操作過程中體驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度，鍛煉學(xué)生的理性思維。在其他科學(xué)史相關(guān)實(shí)驗(yàn)中，教師也可以引導(dǎo)學(xué)生積極思考，幫助學(xué)生在思考中提升理性思維。人教版高中生物必修2《遺傳與進(jìn)化》中有很多素材可以培養(yǎng)學(xué)生的理性思維，如“DNA分子結(jié)構(gòu)”這節(jié)課中的模型構(gòu)建“制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”，通過制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，加深對(duì)DNA分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)和理解。首先，DNA分子是由兩條鏈構(gòu)成的，這兩條鏈按反向平行的方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)，DNA分子中的磷酸和脫氧核糖交替連接，排列在外側(cè)，形成基本骨架；堿基排列在內(nèi)側(cè)，兩條鏈上的堿基以氫鍵連接，遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，即A（腺嘌呤）與T（胸腺嘧啶）配對(duì)，G（鳥嘌呤）與C（胞嘧啶）配對(duì)。脫氧核糖是五碳糖，磷酸連接在它的5號(hào)碳原子上，堿基連接在1號(hào)碳原子上，三者共同構(gòu)成脫氧核糖核苷酸。每個(gè)脫氧核糖核苷酸之間通過磷酸二酯鍵連接，3'，5'—磷酸二酯鍵是脫氧核糖上的3'位羥基與相鄰5'核苷酸的磷酸殘基之間，以及核苷酸糖基上的5'位羥基與相鄰3'核苷酸的磷酸殘基之間形成的兩個(gè)酯鍵。按照這樣的方式核苷酸形成核苷酸鏈。而堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，使得DNA兩條鏈之間的距離保持不變。學(xué)生根據(jù)已有的生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，運(yùn)用模型與建模方法，論證生物學(xué)規(guī)律，鍛煉科學(xué)思維。

三、生物實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生科學(xué)探究能力的養(yǎng)成

科學(xué)探究指的是能發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活中的生物學(xué)問題，對(duì)一些生物學(xué)現(xiàn)象仔細(xì)觀察，提出問題，做出假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)施方案，最終得出結(jié)論，并對(duì)結(jié)論進(jìn)行討論。在探究過程中，要善于團(tuán)結(jié)合作，勇于創(chuàng)新。生物實(shí)驗(yàn)是學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的主要陣地，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，鍛煉了動(dòng)手操作能力、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，培養(yǎng)了發(fā)現(xiàn)問題、善于進(jìn)行科學(xué)探究的習(xí)慣。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行真正的探究，而不是將實(shí)驗(yàn)原理與步驟均提前告知學(xué)生。很多實(shí)驗(yàn)在精心設(shè)計(jì)后均可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄啃詫?shí)驗(yàn)。例如，學(xué)生學(xué)習(xí)過“葉綠素的提取與分離”，掌握了葉綠素提取與分離的原理和操作方法，所以在學(xué)習(xí)選修1“植物芳香油的提取”時(shí)，就可以根據(jù)之前學(xué)習(xí)過的葉綠素的提取方法和芳香油的特點(diǎn)來自己設(shè)計(jì)芳香油的提取方法，并根據(jù)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)比最終提取出的芳香油，找到最好的提取芳香油的方法。因?yàn)橹参锓枷阌陀休^強(qiáng)的揮發(fā)性，且易溶于有機(jī)溶劑，因此可以根據(jù)具體的原料，采用蒸餾、萃取或者壓榨的方法。對(duì)于揮發(fā)性較強(qiáng)，難溶于水且不容易焦糊的原料，可以采用蒸餾法，比如玫瑰精油的提取；蒸餾時(shí)會(huì)發(fā)生焦糊或者水解的原料，可以用壓榨法，比如橘皮精油的提??；對(duì)于易溶于有機(jī)溶劑的原料，可以用萃取法，比如胡蘿卜素的提取。教師應(yīng)該讓學(xué)生自己查閱資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過自己設(shè)計(jì)方案，親自操作，得出結(jié)論并進(jìn)行討論，能夠提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，培養(yǎng)科學(xué)探究精神，養(yǎng)成科學(xué)探究習(xí)慣。

四、生物實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生社會(huì)責(zé)任感的樹立

教育規(guī)劃綱要把“服務(wù)國(guó)家服務(wù)人民的社會(huì)責(zé)任感 ”作為素質(zhì)教育的重要內(nèi)容，社會(huì)責(zé)任感的培養(yǎng)是教學(xué)的重要任務(wù)。生物學(xué)核心素養(yǎng)中的“社會(huì)責(zé)任”指的是在生物學(xué)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)一些社會(huì)事務(wù)參與討論并做出理性的解釋與判斷，解決生產(chǎn)生活問題的能力和擔(dān)當(dāng)，以此來辨別真?zhèn)?，為人類謀福。同時(shí)可以主動(dòng)向他人宣傳健康生活、關(guān)愛生命和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的知識(shí)，結(jié)合本地資源開展科學(xué)實(shí)踐，嘗試解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題。例如，“檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)”實(shí)驗(yàn)中，脂肪染色的原理是用蘇丹Ⅲ或者蘇丹Ⅳ染液進(jìn)行染色，蘇丹Ⅲ染液染成橘黃色，蘇丹Ⅳ染液染成紅色。由此聯(lián)系到之前市場(chǎng)上出售的紅心鴨蛋。自然產(chǎn)的紅心鴨蛋數(shù)量非常少，是做咸鴨蛋的上品，一些商家為了賺錢，在飼料里添加工業(yè)染料蘇丹Ⅳ染料，喂食之后產(chǎn)下的鴨蛋也是紅心的，但是工業(yè)染料蘇丹Ⅳ是致癌物，食用蘇丹Ⅳ染色的紅心鴨蛋對(duì)人體危害非常大，提醒學(xué)生在購(gòu)買時(shí)要認(rèn)真查看。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要注重培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，教育學(xué)生不能盲目跟風(fēng)，要有用理性思維來考慮社會(huì)事件的習(xí)慣，增強(qiáng)自身的社會(huì)責(zé)任感。在“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”實(shí)驗(yàn)中，讓學(xué)生對(duì)正常進(jìn)行有絲分裂的細(xì)胞經(jīng)過解離、漂洗和染色，最后制成裝片進(jìn)行觀察，描述各時(shí)期的特點(diǎn)。教師由細(xì)胞正常的分裂延伸到細(xì)胞的惡性增值，也就是細(xì)胞的癌變。隨著人們生活方式的改變，越來越多的人受到癌癥的困擾。所以要在平時(shí)的生活中避免接觸各類致癌因子，健康飲食，不吸煙酗酒，養(yǎng)成健康的生活方式。提倡學(xué)生主動(dòng)將健康的生活觀念傳播給其他人，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

生物實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)具有非常重要的作用，所以，生物教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，要注重對(duì)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，使學(xué)生形成生命觀念，提升科學(xué)思維，養(yǎng)成科學(xué)探究的精神與能力，樹立社會(huì)責(zé)任感，提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)，讓學(xué)生能更好地適應(yīng)未來社會(huì)的發(fā)展。這一工作不是一朝一夕之功，需要教師在日常教學(xué)中始終將滲透核心素養(yǎng)放在首要位置，有意識(shí)地開展核心素養(yǎng)教育，最大限度地發(fā)揮生物實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值。

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