高中生物新課標(biāo)教材《必修1·分子與細(xì)胞》中實(shí)驗(yàn)的變化與教學(xué)思考

（江蘇省錫山高級(jí)中學(xué) 江蘇無(wú)錫 214174）

生物學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)性科學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物學(xué)教學(xué)的重要組成。生物學(xué)教學(xué)應(yīng)充分重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以學(xué)生為主體，讓學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程，逐步學(xué)會(huì)科學(xué)研究的方法，掌握基本的實(shí)驗(yàn)操作技能，養(yǎng)成良好的探究精神和探究能力，提高創(chuàng)新能力。

與《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》配套的2019年版高中生物新課標(biāo)教材（以下簡(jiǎn)稱新課標(biāo)教材）已正式啟用，教科書(shū)中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)版教材有許多的不同。下面以《必修1·分子與細(xì)胞》教材為例，通過(guò)深入比較，分析談新課標(biāo)教材中實(shí)驗(yàn)變化與教學(xué)思考。

1 實(shí)驗(yàn)變化

新課標(biāo)教材必修1模塊安排了12個(gè)“探究·實(shí)踐”活動(dòng)，與實(shí)驗(yàn)版必修1模塊比較，新課標(biāo)教材刪掉3個(gè)實(shí)驗(yàn)，調(diào)整了1個(gè)實(shí)驗(yàn)，補(bǔ)充了1個(gè)實(shí)驗(yàn)。新課標(biāo)教材必修1具體調(diào)整見(jiàn)表1。

表1 新課標(biāo)教材和實(shí)驗(yàn)版教材必修1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較

1.1 形式的變化

實(shí)驗(yàn)版教材實(shí)驗(yàn)是安排在具體的章節(jié)內(nèi)容中的，在教材的目錄中沒(méi)有體現(xiàn)，而新課標(biāo)教材將每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的課題列進(jìn)了目錄。這樣的安排可以讓教師和學(xué)生翻開(kāi)課本，一目了然，知道本模塊有多少個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別是哪些實(shí)驗(yàn)，有利于師生認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在新課標(biāo)新教材中的重要地位，也有利于具體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)。

1.2 欄目的變化

實(shí)驗(yàn)版教材的實(shí)驗(yàn)欄目分為實(shí)驗(yàn)和探究。實(shí)驗(yàn)欄目就是學(xué)生只要按照教材給出的實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)過(guò)程，完成實(shí)驗(yàn)并得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論即可。探究實(shí)驗(yàn)則需要學(xué)生進(jìn)行不同的探究。而新課標(biāo)教材實(shí)驗(yàn)欄目全部設(shè)置為探究·實(shí)踐，讓每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都有探究空間。這樣設(shè)置更具有科學(xué)性，充分體現(xiàn)了探究性和開(kāi)放性。

1.3 數(shù)量的變化

新課標(biāo)教材中的實(shí)驗(yàn)雖然在數(shù)量上變化不大，由實(shí)驗(yàn)版的13個(gè)縮減為12個(gè)，但更注重可操作性、可觀察性和實(shí)驗(yàn)的價(jià)值性，刪除了實(shí)驗(yàn)版實(shí)驗(yàn)“觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布”和“體驗(yàn)制備紅細(xì)胞的方法”。前者實(shí)驗(yàn)操作難度大，效果不理想；后者實(shí)驗(yàn)材料不容易得到，實(shí)驗(yàn)價(jià)值也不高。將實(shí)驗(yàn)版模型構(gòu)建“嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型”改成探究·實(shí)踐，擴(kuò)展了探究實(shí)驗(yàn)的范疇。將實(shí)驗(yàn)“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和線粒體”改為“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)”。因?yàn)椋€粒體即使染色后也很難觀察到明顯的現(xiàn)象，而細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)參照物就是葉綠體，學(xué)生在觀察葉綠體的同時(shí)，也能清晰地觀察到細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)。教材這樣安排更合理，可行性更強(qiáng)。新課標(biāo)教材增添了一個(gè)新的探究·實(shí)踐“淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的水解作用”。該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象很明顯。學(xué)生自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，能更好地了解知識(shí)的發(fā)生發(fā)展過(guò)程，更深入地了解酶的專一性這一知識(shí)點(diǎn)。新課標(biāo)教材還將原來(lái)的實(shí)驗(yàn)“細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系”改為思維訓(xùn)練欄目中的“運(yùn)用模型作解釋”。因?yàn)椋搶?shí)驗(yàn)本身價(jià)值不高，同時(shí)教材這樣安排增加了欄目的多樣性，可以讓學(xué)生體會(huì)模型構(gòu)建的樂(lè)趣。

另外，新課標(biāo)教材在每個(gè)實(shí)驗(yàn)的具體內(nèi)容上也做了一些調(diào)整，特別是增加了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的彩圖。圖文并茂更直觀更形象，還可供教師和學(xué)生參考，以便學(xué)生通過(guò)對(duì)照判斷自己做的實(shí)驗(yàn)是否成功、是否正確、是否合理。

此外，新課標(biāo)教材教材在后面附上了“生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的基本安全規(guī)則”，規(guī)范了學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)，更重視學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的安全。

2 教學(xué)思考

新課標(biāo)教材必修1中的“實(shí)驗(yàn)·探究”遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于其他模塊，這為其他模塊中的實(shí)驗(yàn)和探究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該教材安排了12個(gè)“探究·實(shí)踐”活動(dòng)，除“探究酵母菌細(xì)胞的呼吸方式”外，都是可以在一節(jié)課堂上完成的，有利于中學(xué)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

2.1 從理論到實(shí)驗(yàn)更具直觀性——培養(yǎng)學(xué)生的操作技能

實(shí)驗(yàn)操作是物理、化學(xué)、生物等學(xué)科的典型學(xué)習(xí)方式，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)形成學(xué)科核心能力有著至關(guān)重要的價(jià)值。但是實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直以來(lái)都是中學(xué)生物學(xué)教學(xué)的難點(diǎn)，一部分教師選擇相對(duì)省事的“講實(shí)驗(yàn)”，紙上談兵，沒(méi)有落實(shí)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手操作能力的培養(yǎng)重視不夠。教師應(yīng)該帶領(lǐng)學(xué)生更多地走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親身感受實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的樂(lè)趣，借助顯微鏡觀察肉眼看不到的微觀世界。這樣才能使對(duì)知識(shí)的感受才更具有直觀性，才能促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，才能培養(yǎng)學(xué)生的探究學(xué)習(xí)興趣和實(shí)驗(yàn)操作技能。

例如，教師如果只是在課堂上講述“葉綠體是綠色，是可以流動(dòng)的，細(xì)胞質(zhì)是流動(dòng)的”，學(xué)生不能獲得感性的認(rèn)識(shí)。在“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生用顯微鏡觀察植物的葉肉細(xì)胞，就有了直觀的認(rèn)識(shí)。學(xué)生在顯微鏡下看到一個(gè)個(gè)橢圓形的綠色小體——葉綠體，還觀察到細(xì)胞質(zhì)和葉綠體的流動(dòng)后，認(rèn)識(shí)更真實(shí)、更直觀。學(xué)生不僅會(huì)感到很新奇很神奇很驚喜，印象會(huì)很深刻，而且還能促進(jìn)掌握葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能。再如，在“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”中，學(xué)生在顯微鏡下看到原生質(zhì)層和細(xì)胞壁發(fā)生了分離，就會(huì)分析：液泡之所以縮小是由于洋蔥細(xì)胞液的濃度小于蔗糖溶液的濃度，細(xì)胞就通過(guò)滲透作用失水了，而質(zhì)壁分離復(fù)原是洋蔥細(xì)胞通過(guò)滲透作用吸水了，從而有力地證明了原生質(zhì)層具有選擇透過(guò)性。另外，學(xué)生在顯微鏡下親身體驗(yàn)到具有紫色的洋蔥液泡慢慢地縮小，可以提高生物學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生通過(guò)自己動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)，使知識(shí)的傳授由知識(shí)本身過(guò)渡到知識(shí)產(chǎn)生的過(guò)程，因此，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程也就是對(duì)知識(shí)的掌握過(guò)程和驗(yàn)證過(guò)程。這樣，學(xué)生既掌握了知識(shí)，也培養(yǎng)了實(shí)驗(yàn)操作技能。

2.2 從實(shí)驗(yàn)到探究更具探究性——培養(yǎng)學(xué)生的探究能力

科學(xué)探究的方式多種多樣。一般來(lái)說(shuō)，探究的一般方法和基本步驟是：觀察現(xiàn)象，提出問(wèn)題→作出假設(shè)→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)→開(kāi)展實(shí)驗(yàn)→分析結(jié)果，得出結(jié)論→表達(dá)與交流。

生物學(xué)實(shí)驗(yàn)有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和探究性實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教材里清楚地介紹實(shí)驗(yàn)的目的要求、材料用具、方法步驟，教師只需注意引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程、獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果、形成結(jié)論，感受獲取事實(shí)證據(jù)、得出結(jié)論。探究性實(shí)驗(yàn)是在觀察、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ倪M(jìn)一步加強(qiáng)。探究性實(shí)驗(yàn)不是告知學(xué)生該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，而是讓學(xué)生通過(guò)做實(shí)驗(yàn)，自己探究和思考實(shí)驗(yàn)過(guò)程，從中獲取有用的信息，加以搜集和整理，理清實(shí)驗(yàn)的思路，再得出結(jié)論。學(xué)生進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)，從中體驗(yàn)和理解知識(shí)形成和發(fā)展的過(guò)程，對(duì)知識(shí)的掌握也就牢固，不僅學(xué)會(huì)了探究知識(shí)的方法，而且培養(yǎng)了科學(xué)探究精神和探究能力。

例如，在“探究淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖水解的作用”前，學(xué)生已獲得了一定的基礎(chǔ)知識(shí)，即還原糖——麥芽糖遇到斐林試劑會(huì)產(chǎn)生磚紅色沉淀，而淀粉和蔗糖不是還原糖，不與斐林試劑發(fā)生反應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生觀察到1號(hào)（淀粉+淀粉酶）試管中有磚紅色沉淀，而2號(hào)（蔗糖+淀粉酶）試管中沒(méi)有出現(xiàn)磚紅色沉淀，會(huì)促進(jìn)回憶以前學(xué)過(guò)的知識(shí)。接著，學(xué)生再進(jìn)行分析、思考和探究，就能推測(cè)出1號(hào)試管中的淀粉被分解成了還原糖，而2號(hào)試管中的蔗糖沒(méi)有分解。學(xué)生還會(huì)進(jìn)一步推想，可能是淀粉在淀粉酶的催化下分解成了還原糖，而淀粉酶對(duì)蔗糖不起作用。這樣，學(xué)生通過(guò)一步步的實(shí)驗(yàn)和探究，得出酶的一個(gè)重要特性——專一性。

再如，“檢測(cè)生物組織中的還原糖、脂肪和蛋白質(zhì)”屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生理解生物學(xué)重要概念、獲得相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)技能。在精心規(guī)劃和設(shè)計(jì)下，這類活動(dòng)中也可融入探究成分，以發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維和探究能力。教師可以進(jìn)行如下設(shè)計(jì)。

（1）在實(shí)驗(yàn)材料的選取上預(yù)留出探究空間。課前，教師為每組學(xué)生準(zhǔn)備蘿卜、花生、大豆三類典型的實(shí)驗(yàn)材料，提供規(guī)范的操作方法。此外，還可為全班準(zhǔn)備面粉、番茄、馬鈴薯、小白菜、甘藍(lán)葉、甘蔗汁、葡萄糖溶液、食用油等易獲取的材料，為部分學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)材料提供可能。

（2）重視對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的分析，引導(dǎo)科學(xué)探究。學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)操作檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)蘿卜中有還原糖、花生含脂肪、大豆含蛋白質(zhì)。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：在實(shí)驗(yàn)中為什么選擇蘿卜、花生、大豆作為典型的實(shí)驗(yàn)材料？能否有替代品？如果使用其他材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果又會(huì)如何？

（3）圍繞實(shí)驗(yàn)結(jié)果展開(kāi)討論，發(fā)展科學(xué)思維。在學(xué)生小組討論中，教師引導(dǎo)學(xué)生思考：生物組織中是否只含有一種物質(zhì)，如蘿卜中是否只含有還原糖？有沒(méi)有蛋白質(zhì)？能否用蘿卜來(lái)檢測(cè)蛋白質(zhì)？能否檢測(cè)花生中的還原糖，大豆里的脂肪呢？

該設(shè)計(jì)在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為學(xué)生提供了更為豐富的實(shí)驗(yàn)材料，使原本的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)具有了一定的探究空間。在實(shí)驗(yàn)中，教師應(yīng)注重激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考和探究的積極性，使其對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、材料選擇以及操作要求等有更深刻的理解。這種設(shè)計(jì)安排在加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手技能、養(yǎng)成實(shí)驗(yàn)室工作習(xí)慣、強(qiáng)化生物學(xué)概念的同時(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

2.3 從探究到實(shí)踐更具開(kāi)放性——培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

新課標(biāo)教材安排很多“實(shí)驗(yàn)·探究”活動(dòng)。有的屬于開(kāi)放性的探究，教材里常有“背景知識(shí)”“參考案例”“討論”等予以引導(dǎo)，讓學(xué)生體驗(yàn)探究過(guò)程，從而對(duì)科學(xué)過(guò)程有切身感受，對(duì)科學(xué)的本質(zhì)有所感悟。其中，“參考案例”是供學(xué)生設(shè)計(jì)探究方案時(shí)參考用的，既然是參考，教師就未必合適將它當(dāng)作唯一的、標(biāo)準(zhǔn)的“操作流程”。教師、學(xué)生可以根據(jù)探究的問(wèn)題、本校的實(shí)際條件等，靈活設(shè)計(jì)探究方案。這樣給學(xué)生提供了更為廣闊的探究空間。學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中，不僅掌握了探究和實(shí)踐的方法，習(xí)得了相關(guān)知識(shí)和技能，更培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

例如，在“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”的過(guò)程中，教師一方面應(yīng)嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)理論，但不一定要拘泥于教材。有些教師有意識(shí)地提供了紫色的洋蔥鱗片葉、無(wú)色的洋蔥鱗片葉和黑藻等不同的實(shí)驗(yàn)材料，或者不同的濃度的蔗糖溶液和NaCl溶液等不同的試劑等，供學(xué)生選擇和探究，給學(xué)生提供了選擇和探究的空間。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，有的學(xué)生直接用的是質(zhì)量濃度為0.5 g/mL的蔗糖溶液進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)質(zhì)壁分離現(xiàn)象非常明顯；但是，過(guò)了一段時(shí)間后，再將細(xì)胞放入清水中，發(fā)現(xiàn)觀察不到質(zhì)壁分離復(fù)原的現(xiàn)象了。那么，他會(huì)主動(dòng)思考引起這種現(xiàn)象的原因。有的學(xué)生沒(méi)有利用紫色的洋蔥鱗片葉表皮細(xì)胞，而是利用洋蔥的無(wú)色細(xì)胞，但也觀察到了質(zhì)壁分離現(xiàn)象，只是現(xiàn)象不是很明顯。有的學(xué)生選用了物質(zhì)的量濃度為0.35 g/mL NaCl溶液做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)也能觀察到質(zhì)壁分離現(xiàn)象，而且過(guò)了一段時(shí)間，發(fā)現(xiàn)質(zhì)壁分離又自動(dòng)復(fù)原了。他們都有更多的思考。這樣，學(xué)生通過(guò)不同的探究和不斷的創(chuàng)新，能更進(jìn)一步深化對(duì)植物細(xì)胞滲透吸水和失水原理的認(rèn)識(shí)，同時(shí)潛移默化地培養(yǎng)各種創(chuàng)新能力，也為日后獨(dú)立完成科學(xué)探究活動(dòng)奠定良好的基礎(chǔ)。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)有更深切的體驗(yàn)和感受，并要求學(xué)生能夠把學(xué)到的生物學(xué)知識(shí)加以綜合并運(yùn)用到實(shí)踐中，解決一些實(shí)際問(wèn)題。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求給學(xué)生提供設(shè)計(jì)的課題和設(shè)計(jì)的方法，讓學(xué)生自己把生物學(xué)知識(shí)運(yùn)用到設(shè)計(jì)的過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)自己設(shè)計(jì)，自己操作，自己觀察，興趣非常濃厚，培養(yǎng)了創(chuàng)新的能力。例如，“嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型”是開(kāi)放性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以利用節(jié)假日如國(guó)慶假期或寒假時(shí)間完成。從學(xué)生上交的模型，可以看出學(xué)生在課余時(shí)間傾注了大量的時(shí)間和精力，有的設(shè)計(jì)構(gòu)建的模型非常新穎獨(dú)特，有的設(shè)計(jì)構(gòu)建的模型美觀漂亮。只要給學(xué)生提供一切創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，他們就會(huì)迸發(fā)出創(chuàng)新的火花。

總之，“紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行”。學(xué)習(xí)自然科學(xué)時(shí)，如果全都是紙上得來(lái)，學(xué)生沒(méi)有做科學(xué)的實(shí)踐體驗(yàn)，沒(méi)有做科學(xué)過(guò)程中對(duì)科學(xué)的感悟，沒(méi)有經(jīng)歷成功的喜悅和挫折的洗禮，就無(wú)法養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神，也無(wú)法養(yǎng)成科學(xué)探究的方法和能力。因此，克服困難、扎扎實(shí)實(shí)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是每一個(gè)有追求的生物學(xué)教師應(yīng)該努力的。