基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中生物實(shí)驗(yàn)改進(jìn)策略分析

摘 要：生物學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生通過生物學(xué)科學(xué)習(xí)需要掌握的適應(yīng)社會生存與發(fā)展的必備品格和關(guān)鍵能力。高中生物實(shí)驗(yàn)是學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要渠道，但傳統(tǒng)生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施存在諸多問題，學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)受到阻礙。文章基于生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任等生物學(xué)科核心素養(yǎng)四個維度，探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)策略，以提高實(shí)驗(yàn)效果，促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：學(xué)科核心素養(yǎng);生物實(shí)驗(yàn);改進(jìn)策略

素養(yǎng)是指人的素質(zhì)和修養(yǎng)。在教育部2018年頒布的《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》首次提出“生物學(xué)科核心素養(yǎng)”概念，強(qiáng)調(diào)要求教師在生物課堂教學(xué)中必須重視培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)，并以此為生物學(xué)科課程教學(xué)目標(biāo)。生物學(xué)科核心素養(yǎng)通常是指學(xué)生應(yīng)具備的與自身終身發(fā)展且符合時代發(fā)展要求的生物學(xué)科素質(zhì)和品質(zhì)，是學(xué)生通過生物學(xué)科課程學(xué)習(xí)而逐步發(fā)展起來的，是學(xué)生在生物課程學(xué)習(xí)和生物實(shí)踐活動中解決生物實(shí)際問題所表現(xiàn)出來的知識、方法、價(jià)值、情感等因素的綜合體現(xiàn)，是當(dāng)代公民必備的基本素質(zhì)。《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》將生物學(xué)科的核心素養(yǎng)概括為生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任四個維度，并將其列為高中生物學(xué)科教學(xué)的具體目標(biāo)，將核心素養(yǎng)滲透到學(xué)科教育已成為推進(jìn)課程改革和教育教學(xué)發(fā)展的新動力。實(shí)驗(yàn)是生物學(xué)科作為自然學(xué)科的重要基礎(chǔ)，是教育教學(xué)最有效的形式之一，是推進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)的重要渠道。但是，就目前高中生物教學(xué)而言，唯成績論依然占據(jù)主流，實(shí)驗(yàn)教學(xué)推進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)養(yǎng)成的重要價(jià)值開發(fā)緩慢。因此，本研究基于生物學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)體系，基于高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施，探究高中生物實(shí)驗(yàn)改進(jìn)策略。

一、 從生命觀念塑造視角，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)要求

基于生物學(xué)視角，生命觀念即對生命現(xiàn)象之間的相關(guān)性及特異性進(jìn)行分析與研究，對諸多生命現(xiàn)象及事件進(jìn)行相關(guān)抽象實(shí)證后形成認(rèn)知。將生命觀滲透到高中生物實(shí)驗(yàn)，在生命現(xiàn)象觀察過程中，引導(dǎo)學(xué)生對生命結(jié)構(gòu)、發(fā)展及活動規(guī)律的探究與認(rèn)識，引導(dǎo)學(xué)生對生命價(jià)值的重新認(rèn)識。教師在高中生物實(shí)驗(yàn)教育教學(xué)過程中，應(yīng)該樹立正確的生命觀，為學(xué)生搭建實(shí)驗(yàn)觀察、實(shí)驗(yàn)思考和實(shí)驗(yàn)探究的平臺，引導(dǎo)學(xué)生從多維度對生命活動進(jìn)行探究與認(rèn)識。以“細(xì)胞吸水和失水（植物）”為例，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)引導(dǎo)學(xué)生對植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)及其功能的理解，紫色洋蔥鱗片質(zhì)壁分離和復(fù)原指明了成熟植物細(xì)胞滲透吸水和失水的條件，與此同時，引導(dǎo)學(xué)生思考深入問題：同一外界溶液條件下，不同植物細(xì)胞是否都會進(jìn)行質(zhì)壁分離以及效果是否一樣？基于此，教師提供實(shí)驗(yàn)變量的三種材料：白色洋蔥、五葉地錦、植物三葉草，針對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及要求，學(xué)生通過分組合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，思考三種不同植物在失水環(huán)境下能否發(fā)生質(zhì)壁分離？程度如何？并利用顯微鏡對三種植物間的質(zhì)壁分離現(xiàn)象進(jìn)行觀察和記錄。結(jié)果顯示：洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞和三葉草表皮細(xì)胞在5%NaCl溶液中發(fā)生質(zhì)壁分離，而五葉地錦葉表皮細(xì)胞基本沒有發(fā)生。由此可知，植物葉片的保衛(wèi)細(xì)胞對于吸水和失水過程的控制作用。在這個生物實(shí)驗(yàn)的整個過程中，學(xué)生對植物細(xì)胞活動規(guī)律的理解建立在了微觀視角上，對生命結(jié)構(gòu)和功能認(rèn)識的視角得到拓寬，生命觀念逐步加強(qiáng)。

二、 從科學(xué)思維培養(yǎng)視角，注重實(shí)驗(yàn)反思

科學(xué)思維是基于對事物的觀察、比較、分析和總結(jié)，通過邏輯推理和證據(jù)之間的思辨過程，不斷形成科學(xué)思維方式的過程。尊重客觀事實(shí)是生物實(shí)驗(yàn)探究應(yīng)遵循的基本原則之一。在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師應(yīng)秉持細(xì)致和嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，提高學(xué)生通過在解決實(shí)際問題過程中運(yùn)用科學(xué)方法及實(shí)驗(yàn)反思能力，推進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維方式養(yǎng)成。在這個過程中，學(xué)生實(shí)驗(yàn)動手能力培養(yǎng)，及實(shí)驗(yàn)成功率引發(fā)的成就感，是學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)的動力，不斷提高實(shí)驗(yàn)探究興趣。因此，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作及結(jié)果分析的整個過程，需要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)反思，不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，提高實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)質(zhì)量。以“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)為例，為了促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)操作及反思后，形成四個方面改進(jìn)：第一，簡化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程。通過烘干菠菜葉并制成粉末狀，并提取2克放置在研缽上。此步驟避免了新鮮菠菜葉直接研磨導(dǎo)致的色素含量低問題，提高了濾液色素含量;第二，試劑用量減少。試劑用量一般是藥匙四分之一的“碳酸鈣和二氧化硅”，外加5mL的無水乙醇，先加入無水乙醇3mL進(jìn)行一分鐘的研磨，再加入2mL研磨成墨綠色糊狀效果更佳;第三，對劃線器材進(jìn)行改進(jìn)。嘗試使用“蓋玻片”進(jìn)行劃線，在反復(fù)的實(shí)驗(yàn)與思考中發(fā)現(xiàn)，濾紙條上的鉛筆畫線處，用蘸取濾液的蓋玻片畫上兩到三次，比教材中的毛細(xì)吸管畫的更加的細(xì)、直、齊，效果更加明顯;第四，改進(jìn)層析裝置。小燒杯加培養(yǎng)皿的層析裝置設(shè)置，濾紙條在吸液后會變軟，加蓋培養(yǎng)皿時容易發(fā)生貼壁和接觸，使得濾紙條發(fā)生移位，層析效果受到影響。通過磨口廣口瓶的使用，能夠改進(jìn)此不足，有效固定濾紙條位置，防止層析液揮發(fā)。通過引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果的反思，不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)過程各個環(huán)節(jié)，使得實(shí)驗(yàn)過程更加精確，實(shí)驗(yàn)成功率得到提高，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)。

三、 從科學(xué)探究視角，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)過程

科學(xué)研究是實(shí)驗(yàn)研究的先決條件。通過科學(xué)化探究，激發(fā)學(xué)生對于生物實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)能力，及對待科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性。傳統(tǒng)的高中生物實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)實(shí)施，教師為提高課堂教學(xué)效率，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論按照正確結(jié)論方向進(jìn)行引導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)過程設(shè)計(jì)與安排會嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行。在這個過程中，學(xué)生生物實(shí)驗(yàn)參與探究能力較為被動，自主意識差，被動地接受實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，難以進(jìn)行深入學(xué)習(xí)?；诖?，體現(xiàn)學(xué)生主體地位是高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的重要理念，對實(shí)驗(yàn)過程不斷進(jìn)行優(yōu)化，使科學(xué)化的實(shí)驗(yàn)研究在“自主-合作-探究”的學(xué)習(xí)過程不斷強(qiáng)化。以“環(huán)境因素對光合作用強(qiáng)度影響”的探究性實(shí)驗(yàn)為例。在實(shí)驗(yàn)過程中，選取菠菜作為實(shí)驗(yàn)對象，以光照強(qiáng)度對光合速率的影響為研究對象，采取“真空滲水法”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。通過科學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，教師在實(shí)驗(yàn)前與生物實(shí)驗(yàn)優(yōu)培組根據(jù)所選課題目標(biāo)及要求，以及學(xué)生主體學(xué)習(xí)能力及學(xué)習(xí)情況，對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行改進(jìn)，包括所選實(shí)驗(yàn)器材改進(jìn)：注射器、二氧化碳溶液、光源的改進(jìn);實(shí)驗(yàn)方法改進(jìn)：通過光源與實(shí)驗(yàn)設(shè)施之間的距離確立光照強(qiáng)度變量，研究光照強(qiáng)度對光合作用的影響等，確立更適合學(xué)生科學(xué)探究學(xué)習(xí)的生物實(shí)驗(yàn)課堂。通過改進(jìn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生對于整個實(shí)驗(yàn)過程操作的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性有了更深一步的認(rèn)識，對于數(shù)據(jù)闡釋和處理方法運(yùn)用更加得心應(yīng)手，在圖文表達(dá)及轉(zhuǎn)化方面的能力得到提高，在合作性的群體探究活動中，學(xué)生的科學(xué)探究能力得到不斷提高。

四、 從社會責(zé)任培養(yǎng)視角，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)發(fā)展

社會發(fā)展彰顯社會責(zé)任，體現(xiàn)于生產(chǎn)生活，而生物學(xué)應(yīng)用價(jià)值在這個過程逐步體現(xiàn)。社會責(zé)任，即在生物學(xué)基本認(rèn)知基礎(chǔ)上，對于個人生活及社會事務(wù)參與的相關(guān)現(xiàn)象和事物具有一定認(rèn)知基礎(chǔ)和辨識能力，并能夠主動承擔(dān)一定的問題解決能力。在高中生物學(xué)科課堂教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生理清個人與社會發(fā)展關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生在生物學(xué)學(xué)習(xí)過程中認(rèn)識推進(jìn)社會生產(chǎn)生活進(jìn)步的案例，將學(xué)科核心素養(yǎng)融入生物課堂。基于信息化的高中生物實(shí)驗(yàn)課堂，教師應(yīng)該注重發(fā)揮多媒體教學(xué)技術(shù)的各種優(yōu)勢，將生物實(shí)驗(yàn)過程在多媒體技術(shù)的支持下進(jìn)行呈現(xiàn)和演示，學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識在這個過程中會更加直觀、感性，對于整個過程認(rèn)識更加清晰，對課堂教學(xué)內(nèi)容掌握更加牢固，學(xué)習(xí)更加深入。生物學(xué)科的實(shí)用性特征，為提高學(xué)生學(xué)習(xí)專注度，生物實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)的多媒體功能開發(fā)顯得格外重要。另外，教師在實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)過程中，還可以拓展教材之外的補(bǔ)充知識，學(xué)生實(shí)驗(yàn)視野得以開闊，對于生物知識的認(rèn)知更加豐富，生物素養(yǎng)逐步提升。以“可持續(xù)發(fā)展理念”的課堂教學(xué)滲透為例，在高中生物實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)過程中，基于綠色理念，教師可以引導(dǎo)進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)探究;或者可以組織相關(guān)的植樹活動，提高植被在日常生活中的覆蓋率，引導(dǎo)學(xué)生對生物圈構(gòu)建及完善過程中，認(rèn)識植被的重要作用及綠色細(xì)胞對空氣凈化的重要價(jià)值。基于此，對學(xué)生綠色健康思維方式進(jìn)行潛移默化的引導(dǎo)，明確人在節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的正確態(tài)度，為構(gòu)建人與自然和諧關(guān)系貢獻(xiàn)力量。

總而言之，生物實(shí)驗(yàn)是高中學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要渠道。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展上存在諸多限制，教師在生物實(shí)驗(yàn)教育教學(xué)過程中，需要協(xié)調(diào)學(xué)生發(fā)展和應(yīng)試要求，提高學(xué)生觀察、分析和反思能力，對教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，從生命觀念、學(xué)科思維、實(shí)驗(yàn)研究、社會責(zé)任等方面，不斷推進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)效率提升，推進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，實(shí)現(xiàn)生物學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

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作者簡介：戴秀麗，福建省莆田市，莆田哲理中學(xué)。