促進(jìn)高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐探究
——以“生殖和生命的延續(xù)”一課為例

馮碧薇 （上海市建平中學(xué) 上海 200135）

生物學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性極強(qiáng)的學(xué)科，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是高中生物學(xué)教學(xué)的重要組成部分［1］。我國(guó)課程改革高度重視對(duì)實(shí)驗(yàn)的改革，例如，上海市二期課改新教材將探究體驗(yàn)等生命教育內(nèi)容放在十分重要的位置上，使實(shí)驗(yàn)的教和學(xué)成為一個(gè)很好的平臺(tái)和載體，將實(shí)驗(yàn)過程變成一種“再認(rèn)識(shí)，再組合，再發(fā)現(xiàn)，再探索”的過程，從而提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力［2］。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》也提出：“科學(xué)思維”和“科學(xué)探究”是重要的學(xué)科核心素養(yǎng)。學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究能力的培養(yǎng)都離不開實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

常規(guī)生物學(xué)理論教學(xué)強(qiáng)調(diào)知識(shí)點(diǎn)的記憶和理解，相對(duì)忽視了知識(shí)的遷移應(yīng)用和實(shí)踐體驗(yàn)。這種模式下學(xué)生對(duì)一些抽象的概念和過程較難形成直觀認(rèn)識(shí)，影響學(xué)生對(duì)生物學(xué)的興趣和對(duì)知識(shí)的遷移應(yīng)用能力。而實(shí)驗(yàn)教學(xué)則更注重學(xué)生的實(shí)踐體驗(yàn)（表1），注重培養(yǎng)學(xué)生興趣和創(chuàng)新思維能力，將實(shí)驗(yàn)與教材知識(shí)相結(jié)合可提高知識(shí)的實(shí)用性，幫助學(xué)生深刻理解生物學(xué)的基本原理、規(guī)律，形成規(guī)范、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S方法。

表1 生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與常規(guī)理論教學(xué)的主要差異

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

目前部分高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在以下幾方面的問題：1）常規(guī)教學(xué)中演示實(shí)驗(yàn)較少。教材中幾個(gè)實(shí)驗(yàn)可用演示實(shí)驗(yàn)的方式呈現(xiàn)，例如，觀察牛蛙的脊髓反射現(xiàn)象、酵母菌的呼吸方式、探究影響酶活性的因素、小麥胚芽鞘的向光彎曲等，然而由于課時(shí)缺乏、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備繁瑣、教師自身實(shí)驗(yàn)水平有限等原因，日常教學(xué)中較少進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示。2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法相對(duì)單一，探究性薄弱，缺少真實(shí)情境。目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常以教師講解或演示實(shí)驗(yàn)操作步驟，學(xué)生按部就班操作的模式為主。這種實(shí)驗(yàn)操作一定程度上可減少學(xué)生出現(xiàn)錯(cuò)誤，但也有可能會(huì)使學(xué)生完全喪失自主性，科學(xué)思維和科學(xué)探究能力無法獲得提高。3）實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)數(shù)明顯不足。雖然生物學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)容在不斷增加，但生物學(xué)教學(xué)的課時(shí)卻依然未變，一些教師不愿削弱理論知識(shí)的講解，忽視實(shí)驗(yàn)操作［3］。4）學(xué)校實(shí)驗(yàn)室條件欠缺，缺乏儀器和設(shè)備，限制了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。5）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)較少，激發(fā)學(xué)生思維不足，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)也常被忽略。

這些因素最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不佳，上課以教師傳授實(shí)驗(yàn)方法為主，學(xué)生自主思考、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、綜合分析能力不強(qiáng)。

2 促進(jìn)高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐探究——以“生殖和生命的延續(xù)”一課為例

為了解決目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)所面臨的困境，同時(shí)不影響常規(guī)生物學(xué)教學(xué)，通過自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了幾種方法，例如，在教學(xué)過程中，將常規(guī)理論課通過實(shí)驗(yàn)課的方法呈現(xiàn)，不但可加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，也不會(huì)影響正常教學(xué)進(jìn)度。本文結(jié)合課例“生殖和生命的延續(xù)”進(jìn)行詳細(xì)闡述和分析。

“生殖和生命的延續(xù)”是滬教版《生命科學(xué)》第2 冊(cè)第7 章第1 節(jié)的內(nèi)容，通常是一節(jié)常規(guī)理論課程。由于知識(shí)點(diǎn)簡(jiǎn)單，學(xué)生很容易記住各種生殖類型。然而，由于生殖方式抽象，學(xué)生很難形成直觀認(rèn)識(shí)。若能讓學(xué)生顯微鏡下觀察到生物的生殖方式，不僅能幫助他們對(duì)知識(shí)點(diǎn)形成直觀認(rèn)識(shí)，更能培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、理性思維、科學(xué)探究精神和生命觀念，因此設(shè)計(jì)將此節(jié)理論課改為實(shí)驗(yàn)課。課前學(xué)生閱讀教材進(jìn)行自學(xué)，課上讓學(xué)生親歷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、觀察分析、理性推理等過程，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，同時(shí)感受實(shí)驗(yàn)和前沿科學(xué)的魅力。

實(shí)驗(yàn)課分為3 個(gè)主題探究活動(dòng)和1 個(gè)課后興趣實(shí)驗(yàn)，以下是具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)（表2）。

表2 “生殖和生命的延續(xù)”實(shí)驗(yàn)課教學(xué)設(shè)計(jì)

圖1 裂殖酵母和釀酒酵母顯微形態(tài)

圖2 根霉菌孢子囊和孢子顯微形態(tài)

此實(shí)驗(yàn)課是將1 課時(shí)理論課“生殖和生命的延續(xù)”改為1 課時(shí)實(shí)驗(yàn)課，課時(shí)數(shù)沒有發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)課包含了教師演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)和學(xué)生興趣實(shí)驗(yàn)。課堂上通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、小組合作實(shí)驗(yàn)探究、網(wǎng)絡(luò)資料查詢、材料分析等過程以加深學(xué)生對(duì)生殖類型的了解，提高實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)科學(xué)思維和生命觀念。此外，探究活動(dòng)改變常規(guī)的“教師演示、學(xué)生操作”的實(shí)驗(yàn)課模式，圍繞問題展開，學(xué)生帶著問題自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，查閱資料，實(shí)施實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論。由于微生物培養(yǎng)方便、生殖方式觀察直觀、實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，使得課程實(shí)施和推廣可行性強(qiáng)。

在實(shí)施的過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生目前存在的問題：①由于滬教版《生命科學(xué)》實(shí)驗(yàn)課程集中在高一第1 學(xué)期，而第2 學(xué)期實(shí)驗(yàn)較少，本次課程實(shí)施時(shí)學(xué)生明顯對(duì)顯微鏡使用生疏，技能掌握不熟練；②市屬實(shí)驗(yàn)性師范類高中的學(xué)生中依然有30%～40%的學(xué)生無法判斷芽殖酵母和裂殖酵母，說明通過學(xué)習(xí)理論知識(shí)，并不能幫助所有學(xué)生在真實(shí)科學(xué)探究過程中建立理論與實(shí)際的聯(lián)系，只有通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行直觀觀察才能形成正確認(rèn)知，這更說明了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性；③通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生普遍對(duì)本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)表示感興趣，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)更容易形成記憶和理解，這表明通過精心設(shè)計(jì)的材料分析、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、啟發(fā)式教學(xué)和小組討論，有利于學(xué)生形成生命觀念，培養(yǎng)對(duì)科學(xué)的熱愛和社會(huì)責(zé)任。

3 促進(jìn)高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物學(xué)課程的靈魂，由“生殖和生命的延續(xù)”這一課例的設(shè)計(jì)和實(shí)施，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目前面臨的困境可通過多種手段加以改進(jìn)。

首先，對(duì)高中教材中的實(shí)驗(yàn)課程框架可進(jìn)行重置，增加演示實(shí)驗(yàn)的次數(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。以滬教版高中《生命科學(xué)》第1 冊(cè)為例，可設(shè)計(jì)的教師演示實(shí)驗(yàn)如表3，通過演示實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)的特定生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問、進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及對(duì)結(jié)果的交流討論，逐步形成科學(xué)思維。在演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)以一個(gè)情境引導(dǎo)學(xué)生思考，避免單純以觀察現(xiàn)象呈現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)為主的教學(xué)模式。在演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，使用移動(dòng)多媒體技術(shù)，可方便將教師實(shí)驗(yàn)過程投影放大呈現(xiàn)給學(xué)生，也能增加實(shí)驗(yàn)的有效性。

表3 生物學(xué)教學(xué)中教師演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（以滬教版高中《生命科學(xué)》第1 冊(cè)為例）

其次，通過設(shè)計(jì)將理論課改變?yōu)閷?shí)驗(yàn)課程，不但可加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，也不會(huì)影響正常教學(xué)進(jìn)度。除了“生殖和生命的延續(xù)”這一課之外，“酶”“原核生物與真核生物的比較”等教學(xué)內(nèi)容也可通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究課培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

再次，學(xué)校應(yīng)加大建設(shè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，鼓勵(lì)學(xué)生在課外進(jìn)行生物學(xué)課題研究，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和科研精神。同時(shí)鼓勵(lì)教師改革和創(chuàng)新教學(xué)實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果更優(yōu)。

最后，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備和器材欠缺的情況下，也可借助一些虛擬仿真軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)。例如，在拓展型教材微生物章節(jié)的學(xué)習(xí)中，學(xué)生通常對(duì)特定細(xì)菌菌種鑒定感興趣。國(guó)際上微生物菌種鑒定主要采用分子生物學(xué)方法，依賴PCR 技術(shù)擴(kuò)增細(xì)菌16S rDNA 序列，測(cè)序后利用GeneBank 數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)序列進(jìn)行比對(duì)（https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi）和鑒定細(xì)菌種屬。整套過程周期長(zhǎng)、操作難度較大，高中實(shí)驗(yàn)室較難實(shí)現(xiàn)，而通過常規(guī)的講授式課程又很難使學(xué)生理解整個(gè)過程。利用網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的學(xué)習(xí)軟件就能很好地解決這一問題。學(xué)生可利用iPad 下載移動(dòng)終端軟件“The Virtual Bacterial ID Lab”，模擬整個(gè)微生物菌種鑒定的操作過程。整個(gè)過程學(xué)生如同親身經(jīng)歷，教師配合講解可讓學(xué)生理解如何使用接種環(huán)挑取菌落、酶切、PCR 和DNA 測(cè)序等原理。

隨著教學(xué)改革的深入，在北京、上海、深圳等地區(qū)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革已有一定成效。在中國(guó)知網(wǎng)的期刊論文中以“高中”“生物”“實(shí)驗(yàn)”等關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，2010—2017年生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教改論文每年所占比例均在10%以上［4］。此外，根據(jù)上海市教委教研室2017年6月的一項(xiàng)調(diào)查表明：上海超過

60%的學(xué)校建有創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室或科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)每周開設(shè)拓展課或研究型課程。然而，目前生物學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)依然存在許多問題需要改進(jìn)，需要教師投入精力并用心揣摩，以有效提高教學(xué)效率，提高學(xué)生的整體綜合素質(zhì)。