在高中生物實驗教學(xué)點滴中培養(yǎng)核心素養(yǎng)

張少玲

一、生物實驗在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)中的重要性

高中生物學(xué)是一門自然科學(xué)，絕大多數(shù)的知識都是以實驗為基礎(chǔ)進行講解的，因此實驗教學(xué)在高中生物教學(xué)中占據(jù)非常重要的地位。近年來的高考生物試題也加重了對實驗的考察。如2021年廣東省普通高中學(xué)業(yè)水平選擇性考試中，實驗題所占的分?jǐn)?shù)比例達到30%，在實驗創(chuàng)設(shè)的情境中考察學(xué)生的生物核心素養(yǎng)，也將成為未來命題的方向。生物實驗具有直觀性、探究性等特點，能作為培養(yǎng)學(xué)生生物核心素養(yǎng)非常好的素材。

二、生物實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的具體策略

1.深挖實驗助學(xué)生形成生命觀素養(yǎng)。生命觀念是人們認(rèn)識了生命的本質(zhì)后，形成的抽象認(rèn)知。生命觀念屬于抽象的認(rèn)知，實驗教學(xué)具有直觀性，教師可在課堂中可以利用實驗現(xiàn)象把抽象的認(rèn)知轉(zhuǎn)化直觀形象的認(rèn)知。幫助學(xué)生形成一些基本的生命觀念。例如，對于“結(jié)構(gòu)與功能觀的理解”，可以讓學(xué)生嘗試制作動物細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)模擬制作模型的種類選擇材料用具。如制作計算機三維動畫模型，需要配備安裝了制作三維動畫軟件的計算機;制作實物模型，可用不同顏色的橡皮泥等材料;有條件也可以嘗試3D打印技術(shù)制作細(xì)胞模型。教師評價內(nèi)容包括以下方面：各個小組制作的模型還需要進行哪些修補？各小組的模型中有哪些相同點和不同點？各個小組制作出的模型線粒體、核糖體、核仁的大小、核孔的數(shù)量一樣多嗎？與功能有什么關(guān)系？如果把動物細(xì)胞模型變更為植物細(xì)胞模型，需要進行哪些修改？為什么要做出這樣的修改？通過嘗試構(gòu)建細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型，讓學(xué)生對細(xì)胞的結(jié)構(gòu)有了直觀的認(rèn)識，再設(shè)計一系列的問題串引領(lǐng)學(xué)生思考結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，從而幫助學(xué)生形成結(jié)構(gòu)與功能觀。

2.拓展實驗助學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)思維素養(yǎng)。科學(xué)思維是從物理視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識方式，是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)理想模型的抽象概括過程?？茖W(xué)思維需要運用分析、綜合、推理、論證等方法，敢于對不同觀點或結(jié)論提出質(zhì)疑、批判、檢驗和修正，進而提出自己創(chuàng)造性的見解。例如，在“觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原”實驗中，教師可通過改變實驗選材或?qū)嶒炘噭﹣硖嵘龑W(xué)生的科學(xué)思維能力，如可提出“用洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮代替外表皮，實驗結(jié)果有何不同？用乙二醇溶液替代蔗糖溶液對實驗結(jié)果會造成什么影響？”學(xué)生依據(jù)原理做出合理猜想，再通過實驗來驗證自己的猜想是否正確。

3.設(shè)計實驗助學(xué)生提升科學(xué)探究素養(yǎng)。生物科學(xué)探究能力是學(xué)生終身發(fā)展的必備能力，生物實驗教學(xué)是提升學(xué)生科學(xué)探究能力的重要載體。高考中生物實驗設(shè)計題主要考察的基本能力有如下方面：理解實驗原理;設(shè)計對照實驗或分析對照實驗的作用;設(shè)計實驗步驟，其包括分析實驗的自變量、控制無關(guān)變量、檢測因變量;分析實驗數(shù)據(jù)和實驗現(xiàn)象;得出或預(yù)測實驗結(jié)果和結(jié)論等能力。生物教師應(yīng)結(jié)合階段學(xué)習(xí)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計生物實驗，培養(yǎng)科學(xué)探究能力。例如，“探究光照強度對韭菜和韭黃光合作用的影響”的拓展實驗中，有同學(xué)說造成同一光照強度對韭菜和韭黃的光合速率不同的原因是葉綠素含量不同，也有同學(xué)說是因為類胡蘿卜素的含量不同。怎樣設(shè)計實驗驗證這個問題？學(xué)生以小組為單位寫出實驗方案并完成實驗。教師在上課過程中不僅要滲透實驗設(shè)計的基本原則，還要重視實驗后結(jié)果的分析及實驗結(jié)果的歸納與展示，使學(xué)生在討論中認(rèn)識到自己的不足，不斷提出新的優(yōu)化方案，最終使學(xué)生掌握研究生物學(xué)問題的科學(xué)方法，形成合作意識，為以后更深層次的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

除了在平時的實驗教學(xué)中注重培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計的能力外，有時習(xí)題出現(xiàn)的背景材料也是訓(xùn)練學(xué)生實驗設(shè)計能力很好的素材，教師在要注重引導(dǎo)思考，形成方法，寫出實驗方案。例如：高脂飲食會引起過度肥胖，過度肥胖會使W蛋白過度表達，大量W蛋白會使得β-cat蛋白進入細(xì)胞核，從而激活T基因轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致結(jié)腸干細(xì)胞增殖失去控制，形成癌細(xì)胞。而維生素D能抑制β-cat蛋白進入細(xì)胞核，使T基因無法轉(zhuǎn)錄，從而不利于結(jié)腸干細(xì)胞增殖，因此有人認(rèn)為，維生素D能有效緩解高脂飲食導(dǎo)致的結(jié)腸癌的發(fā)生。請用小鼠為材料設(shè)計實驗證明這一結(jié)論。教師可做以下的引導(dǎo)：該實驗的自變量是什么（食物是否添加維生素D）？維生素D作用的對象是什么（高脂飲食的小鼠）？如何排除結(jié)腸癌的發(fā)生是高脂引起，而是不是食物的其他成分？從分子水平（T基因的表達量）和個體水平（結(jié)腸癌的發(fā)生率）如何檢測因變量？實驗的無關(guān)變量有哪些？最后引導(dǎo)學(xué)生生成實驗方案。

4.借助實驗素材助學(xué)生領(lǐng)悟社會責(zé)任素養(yǎng)。社會責(zé)任是個體對社會整體承擔(dān)的責(zé)任，在每一位公民所具備的同時，也成為學(xué)習(xí)生物學(xué)的最終目的，它是指在生物學(xué)的認(rèn)知的基礎(chǔ)上，對個人與社會事物進行合理討論，并對結(jié)果作出理性解釋以及判斷，解決生活中的問題，對各項活動有能力及擔(dān)當(dāng)責(zé)任。學(xué)生要形成造福人類的價值觀和為人類做貢獻想法，運用所掌握的生物學(xué)知識及方法，參與社會的議題，能夠?qū)τ懻摰慕Y(jié)果并作出合理解釋，走出一條正確的道路。例如，在“探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用”實驗中，通過實驗結(jié)果可以看出濫用抗生素會使細(xì)菌耐藥性增強，甚至可能導(dǎo)致超級細(xì)菌的出現(xiàn)。讓學(xué)生充分認(rèn)識到合理使用抗生素的重要性，將實驗?zāi)康纳仙缴鐣?zé)任。通過這樣的學(xué)習(xí)，學(xué)生就能在生活中會主動向身邊的親朋好友宣傳濫用抗生素的危害。

生物實驗教學(xué)是落實學(xué)生核心素養(yǎng)生成的非常重要環(huán)節(jié)，在具體的教學(xué)過程中，要仔細(xì)斟酌每個實驗的落腳點，讓每個實驗的價值都得以實現(xiàn)。

【本文系廣東省2021年度中小學(xué)教師教育科研能力提升計劃項目：課題名稱：科學(xué)探究素養(yǎng)視域下生物實驗教學(xué)實踐研究（2021年8月4日立項;課題編號：2021YQJK159）】

責(zé)任編輯 徐國堅