生物學學科核心素養(yǎng)下高校實驗室課程資源的運用

高嫚 朱易辰 李進華

摘 要：為落實生物學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展，以劍橋蘇大基因組資源中心為例，闡明運用高校實驗室資源開展教學活動的價值及可行性，將中心內(nèi)豐富的課程資源與高中生物學教學內(nèi)容相融合，創(chuàng)設情境，探討學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)策略。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；高中生物學；高校實驗室；課程資源

中圖分類號：G64 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1673-9132（2023）15-0006-03

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2023.15.002

著眼于學生適應未來社會的發(fā)展及滿足個人終身發(fā)展的需求，培養(yǎng)核心素養(yǎng)的教育理念應運而生［1］，基于此，各個學科凝練了本學科的核心素養(yǎng)，生物學學科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學思維、科學探究及社會責任。要落實學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，教師就必須在教學中改變單一的授課方式和內(nèi)容，運用有效的資源盡可能活化生物學課堂［2］。《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》在實施建議中也指出教師應積極利用社會上的生物學課程資源，例如，本地的大專院校、科研部門等，都可以為學生的學習提供幫助［3］。劍橋蘇大基因組資源中心是一個隸屬于蘇州大學的校級研究機構(gòu)。其中諸多元素與高中生物學課程內(nèi)容存在交集，適宜開展科普融合教學活動，故以該中心為例，探討如何運用高校實驗室資源來培養(yǎng)學生的生物學學科核心素養(yǎng)。

一、學科核心素養(yǎng)下高校實驗室資源的運用價值

（一）激發(fā)學生對生物學的探究興趣

學生對生物學的濃厚學習興趣是有效培養(yǎng)學科核心素養(yǎng)的前提，興趣不僅是一種積極的學習態(tài)度，也是學生主動學習、開展探究的催化劑。傳統(tǒng)生物學課堂教學方法及授課內(nèi)容相對局限、生硬，導致學生的學習興趣不高。運用高校實驗室資源開展科普融合教學活動可有效改善這種窘境，首先，高中學生對于高校是充滿向往和期待的，這種心境利于教學活動的展開；其次，在高校實驗室里，學生可了解到豐富的實驗內(nèi)容、前沿的生物學課題和與時俱進的生物技術(shù)手段，獲得許多新鮮的感官刺激，既開闊視野又擴大知識面，有利于調(diào)動學生的好奇心和積極性，對于激發(fā)學生的生物學探究興趣大有裨益。

（二）提高學生對知識的掌握效果

學科核心素養(yǎng)是學生通過學科知識的學習而逐步發(fā)展起來的價值觀和能力。高中生物知識具有一定的深度和廣度，不僅涉及物質(zhì)的宏觀層面、生命的個體水平，還有諸如微觀層面的細胞水平、分子水平等，此外學生還需掌握相關(guān)實操的基本理論。教師僅依托教材及校內(nèi)資源不夠，需開發(fā)更多有價值的資源、開展更多樣的教學活動。高校實驗室資源豐富、場景多樣，蘊含大量的高中生物學課程資源，教師可運用這類資源創(chuàng)設情境，幫助學生增加感性認識，增加動手操作的機會，拓展和強化教學內(nèi)容，從而使概念具體化，使操作直觀化，使教學生動化，提高學生對知識的掌握效果。

（三）落實學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

高中生物學課程高度重視學生在學習過程中的實踐經(jīng)歷，即“教學過程重實踐”［4］，強調(diào)學生在主動參與的過程中學習知識、解決問題、發(fā)展學科核心素養(yǎng)。高校實驗室相較于中學的實驗室具有儀器設備先進、實驗設計多樣、環(huán)境條件優(yōu)越和師資力量強大等顯著優(yōu)勢，且高校實驗室的許多資源與高中生物學教材中的實踐內(nèi)容相吻合，能夠運用于開展生物學課堂教學實踐的條件十分充裕，是教師帶領學生參與觀察、調(diào)查、實驗和制作等活動的良好平臺。運用高校實驗室資源教師可依據(jù)不同的教學內(nèi)容及核心素養(yǎng)要求有效地開展實踐活動，鼓勵學生多觀察、多思考、多動手，促使學生在親身參與中達成學科核心素養(yǎng)。

二、學科核心素養(yǎng)下高校實驗室資源運用的可行性

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010－2020年）》指出“要增強高等教育的社會服務能力，全方位開展服務；高校要承擔起開展科學普及工作的義務，積極推進文化傳播，鼓勵高校師生開展志愿服務；推進高等學校與社會團體的資源共享，形成協(xié)調(diào)合作的有效機制［5］”。為中學教師將高校實驗室資源運用于開展教學活動提供了政策上的支撐。

近年來，許多高校也是在積極響應以上改革，高校實驗室開放日、夏令營、科普宣傳周等活動的廣泛開展，在一定程度上打破了中學與高校之間的隔膜，高?？蒲袡C構(gòu)不再是遙不可及的存在，而是在課堂上、生活中就可了解到其中的模樣。例如，劍橋蘇大基因組資源中心會定期舉行實驗室開放日，科普進社區(qū)等具有教育功能的服務性活動，旨在傳播科學知識，服務社會，服務他人，也為中學教師運用高校實驗室資源開展教學活動提供了多種渠道。

此外，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，我們進入了“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，高校實驗室資源也搭上了時代的“順風車”，許多高校實驗室正在加快建設實驗室開放信息網(wǎng)絡平臺，開展多層次的開放實驗活動，利用網(wǎng)站、官方微信和微博宣傳科研成果，這使得實驗室資源的開放不再受時間和空間的限制［6］，也為中學共享高校實驗室資源提供了技術(shù)上的保障。

三、學科核心素養(yǎng)下高校實驗室資源的運用策略

（一）以動物資源為核心，培養(yǎng)“生命觀念”

“生命觀念”作為生物學學科核心素養(yǎng)的特色組成部分，主要體現(xiàn)在學生對生命本質(zhì)的理解，要求學生能夠?qū)ιF(xiàn)象及生命活動規(guī)律做出解釋，正確地認識生命和對待生命，進而樹立起正確的生命價值理念［7］。運用真實的、可感知的活細胞和活體實驗動物作為教學素材，可使學生更加直觀地感受到生命的存在。例如，在劍橋蘇大基因組資源中心，教師可利用實驗室資源開展以下教學活動：（1）組織學生在高倍顯微鏡下觀察小鼠精子與卵細胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)及運動狀態(tài)，引導學生思考“精子和卵細胞同為生殖細胞為何在形態(tài)結(jié)構(gòu)與運動方式上有如此大的差異”等問題，鮮活游動著的精子和大小懸殊的精卵細胞比教材中的圖片在視覺上更有沖擊力，可激發(fā)學生的好奇心和求知欲，進而積極思考問題、解答問題，形成結(jié)構(gòu)與功能觀；（2）教師可帶領學生觀察果蠅、斑馬魚和小鼠的受精卵及胚胎發(fā)育過程，并展示人類胚胎發(fā)育的視頻及三者與人類之間的基因同源性數(shù)據(jù)。啟發(fā)學生思考問題：“果蠅、斑馬魚和小鼠的受精卵與課堂上已經(jīng)學習的古細菌在細胞結(jié)構(gòu)上有哪些共同點？”“三者與人類之間的基因同源性說明了什么？”“人類的胚胎在發(fā)育早期會出現(xiàn)鰓裂和尾，這與魚的胚胎非常相似，又有何意義？”通過解答問題使學生從分子、細胞及胚胎學角度認同生物有著共同起源這一觀點，體會生命的多樣性和統(tǒng)一性，形成進化與適應觀；（3）在學生體驗細胞培養(yǎng)實驗時，創(chuàng)設問題情境，引導學生思考“在動物體內(nèi)細胞能夠維持正常的生命活動，有些細胞還能不斷增殖所需要的條件有哪些？”從而分析出動物細胞體外培養(yǎng)的基本條件：溫度、PH、營養(yǎng)物質(zhì)等，并體會穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀。

（二）以生物學問題為指引，形成“科學思維”

“科學思維”是一種思維習慣，要求學生在學習中能夠尊重生物學事實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務實的求知態(tài)度，運用科學概念和科學的思維方法去認識、判斷、解釋客觀事物，并對事物客觀發(fā)展變化作出預測，解決實際問題［8］。高校實驗室里有大量生物學相關(guān)現(xiàn)象及前沿問題，為培養(yǎng)學生的科學思維營造了良好的情境。普通高中人教版（2019）教材《生物學選擇性必修3 ?生物技術(shù)與工程》中的內(nèi)容與學生們的日常生活相距較遠，學生不易理解和掌握，但是在高校實驗室里學生會“身臨其境”于這些技術(shù)工程中，以第二章第三節(jié)《胚胎工程》第二課時為例，教師可借助實驗資源開展如下教學設計：（1）設疑導入。在科學研究中有時一項實驗的實施需要在短時間內(nèi)獲得大量的相同來源、年齡、基因型、飼養(yǎng)環(huán)境等的實驗動物，自然繁殖往往滿足不了實驗需求，這時候研究者應怎么辦？（2）新課講授。引導學生帶著疑問學習，教師組織學生觀看技術(shù)人員進行小鼠體外受精實驗的整套操作流程，學生通過小組合作討論概括出體外受精的過程，教師總結(jié)并提出問題“將其與前面學到的體內(nèi)受精的過程相比較有何異同”，學生對比分析做出解答。教師再引導學生觀看小鼠的胚胎移植相關(guān)操作，有條件的情況下可讓學生動手嘗試，組織學生結(jié)合教材自主完成“體外受精—胚胎移植”的概念模型。教師繼續(xù)提問：“若想進一步提高胚胎的利用效率，還有哪些方法？”從而引出胚胎分割技術(shù)。（3）鞏固提升。教師請學生對新課開始前的問題進行作答并提出可改進的建議，安排學生在課下查閱資料，了解胚胎工程除了用于實驗動物的快速增值外還有哪些應用。以上教學有利于提高學生的對比與分析、歸納與概括、模型建構(gòu)、批判性思維等方面的能力，形成基本的科學思維。

（三）以探究性活動為手段，強化“科學探究”

“科學探究”包含科學探究能力、對科學探究的認知和相關(guān)情感意識三個方面，要求學生能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實世界中的生物學問題，并針對特定的生物學現(xiàn)象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及對結(jié)果的交流與討論，從中獲得科學探究的思路和方法，提高實踐能力［9］。高校實驗室本身就是開展科學研究的主要場所，其豐富的實驗資源有利于激發(fā)學生的好奇心和求知欲，產(chǎn)生主動探索的欲望，教師只需提供簡單的專業(yè)性引導。如：（1）學生參觀動物房時，看到籠架上飼養(yǎng)的實驗動物——小鼠，可能會心生疑惑：“為什么小鼠是生命科學及醫(yī)藥研究中使用最廣泛的實驗動物？”教師可以此作為主題開展探究性學習，要求學生以獨立或小組合作的方式完成，教師給出搜集信息過中需要注意的事項，組織學生分工合作，充分利用圖書館、互聯(lián)網(wǎng)等來進行信息的搜集，學生通過信息搜集、資料整理、交流討論后得出自己的觀點，之后要求學生寫出報告并展示成果，小組代表進行匯報，師生共同評價，有助于培養(yǎng)學生獲取科學信息、處理信息和歸納總結(jié)的能力。（2）分子實驗室的工作人員會根據(jù)不同的基因鑒定要求選擇不同的Taq酶進行PCR，教師可組織學生開展探究式實驗進行“不同品牌的Taq酶對PCR結(jié)果的影響”的研究，以期為科研人員提供一些有價值的數(shù)據(jù)。該探究可由學生自己制定實驗方案、設計實驗記錄表，并在教師的指導下有步驟地進行實驗，再根據(jù)實驗結(jié)果分析交流，最后得出實驗結(jié)論。探究式實驗有利于學生了解科學探究的基本過程和方法，提高動手操作的實踐能力和團隊合作意識。

（四）以實驗室情境為依托，提升“社會責任”

“社會責任”是指基于生物學的認識，參與個人與社會事務的討論，作出理性解釋和判斷，解決生產(chǎn)生活問題的擔當和能力。學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)并不是孤立存在的，而是在知識的學習過程中同步進行。在劍橋蘇大基因組資源中心，教師在講解基因敲除小鼠模型制作原理時，可結(jié)合“基因編輯嬰兒”等社會熱點話題讓學生展開討論，在思維的碰撞中形成正確的倫理觀念和科學道德。學生在開展探究式實驗時，教師要注意引導學生規(guī)范實驗操作，遵守實驗室相關(guān)規(guī)則，嚴格按照要求處理實驗中產(chǎn)生的廢棄物，了解實驗廢棄物處理不當對人類和環(huán)境的危害，使學生在親身實踐中形成良好的環(huán)境保護意識。學生在實驗的過程中還會體驗到科學研究的過程是在不斷重復和解決新問題中曲折前行，從而鍛煉學生解決實際問題的能力，培養(yǎng)挫折意識。在劍橋蘇大基因組資源中心有著大量的實驗動物，它們?yōu)槿祟惖纳锱c醫(yī)藥行業(yè)發(fā)展做出了很大貢獻，教師可以此為情境，培養(yǎng)學生保護動物、敬畏生命的價值觀，擁有動物福利的理念［10］，并教育學生面對生命要永遠懷有仁愛之心。學生在實驗室參觀學習的過程中，還會看到許多嚴謹?shù)目蒲泄ぷ髡咦巫尾痪氲毓ぷ鳎麄兊膶Ｗ?、勤奮與一絲不茍也會在潛移默化中影響著學生，并埋下“投身科研，知識報國”的種子，這顆種子會在某一天生根發(fā)芽。

綜上所述，高校實驗室作為集科學研究和培養(yǎng)人才為一體的教育機構(gòu)，為拓展生物學課程資源、活化高中生物學教學提供了極大的便利。高校實驗室資源的運用使學生在真情境中學習知識、在真實驗中開展探究、在真體驗中發(fā)散思維，落實了學生在教學中的主體地位，有效地培養(yǎng)了學生的生物學學科核心素養(yǎng)。

參考文獻：

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［4］ 劉恩山，劉晟.核心素養(yǎng)作引領 ?注重實踐少而精——《普通高中生物學課程標準》修訂思路與特色［J］.生物學通報，2017（8）：8.

［5］ 顧明遠，石中英.國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要解讀［M］.北京：北京師范大學出版社，2010.

［6］ 劉建華.高校實驗室面向中小學生開放研究與實踐［J］.實驗室研究與探索，2018（3）：251.

［7］ 趙占良.對生物學學科核心素養(yǎng)的理解（一）——生命觀念的內(nèi)涵和意義［J］.中學生物教學，2019（6）：4.

［8］ 趙占良.對生物學學科核心素養(yǎng)的理解（二）——科學思維及其教學［J］.中學生物教學，2019（10）：4.

［9］ 趙占良.對生物學學科核心素養(yǎng)的理解（三）——科學探究與實踐［J］.中學生物教學，2020（5）：4.

［10］ 輦偉峰，宓奇，劉文鳳，等.新課標下動物福利教育的實踐與思考［J］. 生物學教學，2021（12）：7.