高中生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)實(shí)踐

姚麗梅

摘? 要 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室是“以營(yíng)造創(chuàng)新教育實(shí)踐環(huán)境，提升學(xué)生的創(chuàng)新精神和科學(xué)探究能力為目標(biāo)”的實(shí)驗(yàn)室。太倉(cāng)高級(jí)中學(xué)以太倉(cāng)市創(chuàng)新教育項(xiàng)目示范校建設(shè)工程為契機(jī)，以斯坦福大學(xué)模式創(chuàng)新型研究人才培養(yǎng)中學(xué)聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn)室（實(shí)驗(yàn)課題交流）項(xiàng)目為依托，建成生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。就生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)策略、教學(xué)模式及評(píng)價(jià)方式的轉(zhuǎn)變談?wù)劸唧w的做法。

關(guān)鍵詞 高中生物;創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室;實(shí)驗(yàn)教學(xué);科學(xué)探究能力;自主探究型教學(xué)模式;表現(xiàn)型評(píng)價(jià);工作單評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：G633.91? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2021）03-0030-03

1 研究背景

無論是在教育改革發(fā)展規(guī)劃綱要中，還是在人才發(fā)展規(guī)劃綱要中，都把創(chuàng)新人才培養(yǎng)作為重要的目標(biāo)與任務(wù)。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室是“以營(yíng)造創(chuàng)新教育實(shí)踐環(huán)境，提升學(xué)生的創(chuàng)新精神和科學(xué)探究能力為目標(biāo)”的實(shí)驗(yàn)室。因此，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)既順應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求，又合乎課改發(fā)展實(shí)際情況。

蘇州市教育局計(jì)劃在近三年內(nèi)投資5 000萬用于多所中小學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。太倉(cāng)高級(jí)中學(xué)是一所江蘇省四星級(jí)普通高中，也在教育局投建范圍內(nèi)。但是在江蘇省，普通高中建設(shè)生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室并成功投入使用的案例并不多，僅限于一些生物基地申報(bào)成功的高中。因此，如何利用建成的生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室更好地展開教學(xué)，成為亟待解決的問題。

2 高中生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)實(shí)踐

太倉(cāng)高級(jí)中學(xué)以太倉(cāng)市創(chuàng)新教育項(xiàng)目示范校建設(shè)工程為契機(jī)，以斯坦福大學(xué)模式創(chuàng)新型研究人才培養(yǎng)中學(xué)聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn)室（實(shí)驗(yàn)課題交流）項(xiàng)目為依托，在斯坦福大學(xué)沈康教授、中國(guó)科學(xué)院王香明副教授提供的技術(shù)支持下進(jìn)行本次生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。建成的實(shí)驗(yàn)室主要包括科學(xué)研討區(qū)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)區(qū)、微生物培養(yǎng)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)、展示區(qū)、資料查閱區(qū)五大區(qū)域，以模式生物秀麗隱桿線蟲為實(shí)驗(yàn)對(duì)象展開課題研究。為更有效地培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和科學(xué)探究能力的學(xué)生，學(xué)校生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在教學(xué)策略、教學(xué)模式與評(píng)價(jià)方式等方面也進(jìn)行了一定的改變。

教學(xué)策略的轉(zhuǎn)變

1）課程資源的選擇。傳統(tǒng)生物實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要體現(xiàn)高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)要求，強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)體系的掌握，因此主要開設(shè)的是教材上已有的實(shí)驗(yàn)，多為一些驗(yàn)證性或證明類實(shí)驗(yàn)，難以有效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和思維能力。太倉(cāng)高級(jí)中學(xué)的生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室采用的是由斯坦福大學(xué)生物系、北美高等教育基礎(chǔ)課程指導(dǎo)中心和北京國(guó)信世教信息技術(shù)研究院共同研發(fā)的配套課程資源，是以模式生物秀麗隱桿線蟲為實(shí)驗(yàn)對(duì)象開展的一系列創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課題，包括：污水對(duì)線蟲的影響;線蟲可以聽到聲音嗎;溫度敏感突變體是基因特異還是等位基因特異;如何確定溫度敏感性突變體發(fā)揮功能的時(shí)期;等等。這些課題相較教材的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)更具開放性，更能激發(fā)學(xué)生的思維，能更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)精神、科學(xué)研究意識(shí)和實(shí)踐創(chuàng)新意識(shí)。

2）實(shí)驗(yàn)主體的確定。這些課程資源很多都是國(guó)際前沿的科學(xué)研究項(xiàng)目，適用于具備良好的科學(xué)研究潛質(zhì)和生命科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、同時(shí)對(duì)神經(jīng)科學(xué)研究等前沿科學(xué)研究有濃厚興趣的學(xué)生。因此，生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室不同，面向的不是全體高中學(xué)生，而是部分學(xué)生，這些學(xué)生是在自愿報(bào)名的基礎(chǔ)上再通過選拔產(chǎn)生的。

3）師資的培養(yǎng)。學(xué)校生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室開展的這些與線蟲有關(guān)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課題專業(yè)性較強(qiáng)，一般的中學(xué)生物教師對(duì)于模式生物秀麗隱桿線蟲的認(rèn)識(shí)、飼養(yǎng)及實(shí)驗(yàn)操作還是比較陌生的。因此，在開展這些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課題前，指導(dǎo)教師需先經(jīng)過專業(yè)的、嚴(yán)格的培訓(xùn)。斯坦福大學(xué)模式創(chuàng)新型研究人才培養(yǎng)中學(xué)聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)幫助解決了這一難題。

斯坦福大學(xué)沈康教授、中國(guó)科學(xué)院王香明副教授結(jié)合太倉(cāng)高級(jí)中學(xué)教師及學(xué)生實(shí)際情況，共同提供以探索為本位、研究為核心的師資培訓(xùn)和教學(xué)方法指導(dǎo)，以及教學(xué)示范課。學(xué)校董輝校長(zhǎng)和李薇老師、吳奕舟老師分別于2017年和2018年赴王香明教授所在的中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所學(xué)習(xí)，在那里不僅得到相關(guān)實(shí)驗(yàn)課題操作的專業(yè)指導(dǎo)，還獲取了學(xué)科前沿知識(shí)，學(xué)習(xí)了國(guó)際頂級(jí)專家的思維方式和教學(xué)方法，回來后把學(xué)習(xí)的研究性特點(diǎn)滲透到高中教學(xué)中。此外，沈康教授和王香明副教授還會(huì)定期與不定期地為學(xué)校師生進(jìn)行面對(duì)面或遠(yuǎn)程培訓(xùn)、指導(dǎo)及持續(xù)性的資源優(yōu)化與跟蹤指導(dǎo)服務(wù)，幫助教師提升綜合能力，發(fā)展教師的研究與教學(xué)技能。2018年9月，王香明教授親自到學(xué)校對(duì)全體生物教師進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課題操作培訓(xùn)，大大提高了教師對(duì)于模式生物秀麗隱桿線蟲的飼養(yǎng)及實(shí)驗(yàn)操作的認(rèn)識(shí)，提高了教師的實(shí)驗(yàn)操作技能。

教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變? 太倉(cāng)高級(jí)中學(xué)開展的生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)同傳統(tǒng)的生物實(shí)驗(yàn)有著很大的不同，主要是以線蟲為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行一系列的探究實(shí)驗(yàn)，并且這些實(shí)驗(yàn)的周期往往較長(zhǎng)。因此，傳統(tǒng)的比較單一的以教師講授、學(xué)生模仿為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法并不適用。

學(xué)校生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)模式仿照高校碩士、博士研究生的培養(yǎng)模式，每4～5位學(xué)生配置一名導(dǎo)師，自主選擇一個(gè)以線蟲為實(shí)驗(yàn)對(duì)象的感興趣的課題，然后在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行課題研究。學(xué)生進(jìn)行課題研究時(shí)要給出選擇這一課題的原因，即課題研究的目的。比如“污水對(duì)線蟲的影響”這一課題，當(dāng)初學(xué)生選擇做的原因是想了解污水究竟會(huì)從哪些方面影響人體健康，而這一實(shí)驗(yàn)不能直接拿人做實(shí)驗(yàn)，用小鼠、猴子等也費(fèi)時(shí)費(fèi)力，所以就想到用易飼養(yǎng)的線蟲來做實(shí)驗(yàn)回答這個(gè)問題。選定課題后，學(xué)生要做的就是給出實(shí)驗(yàn)方案，如“污水對(duì)線蟲的影響”這一課題的研究方案要包括污水源的選擇、污水的濃度設(shè)置、如何排除其他環(huán)境因素對(duì)線蟲生長(zhǎng)的影響、如何選取線蟲生長(zhǎng)的觀察指標(biāo)（如運(yùn)動(dòng)能力，繁殖能力等）。學(xué)生擬定實(shí)驗(yàn)方案后，將方案交由相應(yīng)的導(dǎo)師審核，師生共同進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可行性分析，最終開展實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論。

這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式較傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)更為開放，學(xué)生的主體地位得以凸顯。因?yàn)檎n題是學(xué)生根據(jù)自己的興趣選定的，所以更能激發(fā)他們科學(xué)探究的積極性。在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生能夠充分提高科學(xué)思考問題、提出問題和解決問題的能力，了解科學(xué)研究的基本過程，掌握科學(xué)創(chuàng)新的思維方法。

此外，學(xué)校也會(huì)盡可能地提供機(jī)會(huì)讓學(xué)生與高校的教授進(jìn)行面對(duì)面的正式交流答辯。2018年9月，學(xué)校邀請(qǐng)中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所王香明教授給學(xué)生作了題為“模式生物線蟲在中學(xué)生物教學(xué)中的創(chuàng)新實(shí)踐”的講座。講座結(jié)束后，學(xué)生向王教授匯報(bào)了自己課題的進(jìn)展情況，并讓王教授對(duì)自己課題探究過程中的不足之處進(jìn)行指導(dǎo)。在這個(gè)過程中，學(xué)生充分感知了科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性。

通過構(gòu)建以學(xué)生為主體的自主探究型教學(xué)模式，學(xué)生可以參與整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，并在實(shí)際操作中不斷提高觀察問題、提出問題和解決問題的能力，從而培養(yǎng)質(zhì)疑精神和生物學(xué)科素養(yǎng)。

評(píng)價(jià)方式的轉(zhuǎn)變? 通過生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)并非一定要讓學(xué)生得到具體結(jié)論，而是要全面提高學(xué)生科學(xué)思考問題、提出問題和解決問題的能力，了解科學(xué)探究的基本過程，使學(xué)生掌握科學(xué)創(chuàng)新的思維方法。因此，傳統(tǒng)的結(jié)果性評(píng)價(jià)方式顯然已不適用于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程。經(jīng)過研究，采用表現(xiàn)型評(píng)價(jià)和工作單評(píng)價(jià)相結(jié)合的評(píng)價(jià)方式對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)芰M(jìn)行多維度、多層次評(píng)價(jià)。表現(xiàn)型評(píng)價(jià)和工作單評(píng)價(jià)是李能國(guó)先生基于英國(guó)科學(xué)探究能力測(cè)評(píng)（APU）和PISA2015測(cè)試評(píng)價(jià)的研究，在《生物學(xué)實(shí)驗(yàn)探究能力的評(píng)價(jià)研究》一文中提出的，他提出生物學(xué)實(shí)驗(yàn)探究能力的評(píng)價(jià)方法有表現(xiàn)型評(píng)價(jià)、工作單評(píng)價(jià)和紙筆測(cè)試評(píng)價(jià)[1]。

表現(xiàn)型評(píng)價(jià)是通過學(xué)生給出的問題答案和展示的作品來判斷學(xué)生所獲得的知識(shí)和技能。表現(xiàn)型評(píng)價(jià)強(qiáng)調(diào)在真實(shí)情境中評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和結(jié)果，需要評(píng)分者對(duì)學(xué)生動(dòng)手探究的過程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察，輔以訪談，根據(jù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行即時(shí)評(píng)分[1]。這一評(píng)價(jià)方法比較適用于對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)即動(dòng)手實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行評(píng)價(jià)。

而學(xué)生在參與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的過程中，能力的體現(xiàn)遠(yuǎn)不止在這最后一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，更多的則是體現(xiàn)在基于問題的觀察后提出問題并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案來解決問題等環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)的能力評(píng)價(jià)更適合用工作單評(píng)價(jià)方式進(jìn)行。工作單是讓學(xué)生將測(cè)試任務(wù)完成的過程和結(jié)果寫在一張單子上，然后對(duì)單子中的內(nèi)容進(jìn)行延時(shí)評(píng)價(jià)。由于工作單是延時(shí)評(píng)價(jià)，無法對(duì)實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此主要是對(duì)科學(xué)知識(shí)的掌握、科學(xué)方法的應(yīng)用、表達(dá)和交流三方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。運(yùn)用工作單主要對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中提出問題或假說、設(shè)計(jì)探究方案、收集和展示數(shù)據(jù)、分析和解釋結(jié)果等四個(gè)維度進(jìn)行評(píng)價(jià)[1]。

結(jié)合上述表現(xiàn)型評(píng)價(jià)和工作單評(píng)價(jià)，再結(jié)合上海中學(xué)化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室課程評(píng)價(jià)方式[2]，提出學(xué)校生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室課題探究課程評(píng)價(jià)表，具體內(nèi)容見表1。每一課題結(jié)束，導(dǎo)師結(jié)合課程評(píng)價(jià)表對(duì)課題組成員進(jìn)行逐項(xiàng)打分，最終給出一個(gè)綜合性評(píng)價(jià)，并給出相應(yīng)的指導(dǎo)性意見。這種多維度、多層次的評(píng)價(jià)方式更能全面科學(xué)地評(píng)價(jià)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中表現(xiàn)出的科學(xué)探究能力和思維能力，也在很大程度上提升了學(xué)生的課題探究和實(shí)驗(yàn)研究能力，為將來進(jìn)一步學(xué)習(xí)、研究打下一定的基礎(chǔ)。

3 實(shí)踐反思

本創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室是基于斯坦福大學(xué)沈康實(shí)驗(yàn)室的中學(xué)聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，因?yàn)樯蚩祵?shí)驗(yàn)室是以線蟲為模式生物進(jìn)行研究，故本創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室也是以線蟲為研究對(duì)象。但是高中教師對(duì)線蟲的認(rèn)識(shí)十分有限，即使有教師去中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所進(jìn)行實(shí)地培訓(xùn)，也有王香明副教授的面對(duì)面指導(dǎo)，但對(duì)于從未接觸過模式生物線蟲的高中生物教師來說還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此要指導(dǎo)學(xué)生完成課題研究還是有不小的困難。建議生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室能開展難度相對(duì)低一些的課程項(xiàng)目，或邀請(qǐng)相關(guān)課程研究領(lǐng)域的專業(yè)人員來做導(dǎo)師，將能大大提升創(chuàng)新課題研究實(shí)效。

目前學(xué)校的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室采用半開放式，每周三下午第八、第九兩節(jié)課即校本課程時(shí)間是創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課題活動(dòng)的固定時(shí)間，這也是師生共同交流研討的時(shí)段。這個(gè)時(shí)段主要用于課題相關(guān)理論知識(shí)和技術(shù)操作的答疑和實(shí)驗(yàn)成果的展示，其余時(shí)間則是向課題組成員開放，課題組成員根據(jù)自己課題所需自行前往實(shí)驗(yàn)。一個(gè)課題真正有效做下來，需要花費(fèi)學(xué)生不少的時(shí)間和精力，只有那些具有良好的科學(xué)研究潛質(zhì)和生命科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、同時(shí)對(duì)神經(jīng)科學(xué)研究等前沿科學(xué)研究有濃厚興趣的學(xué)生才能堅(jiān)持。■

參考文獻(xiàn)

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