基于地域文化的“生物實驗創(chuàng)新”研究

程寶義

摘要：高中生物教學以提高學生學科核心素養(yǎng)為宗旨，更為重視以實驗探究為特點的主動學習。把握地域文化特征，將真實的生活情境、文化傳承融入到高中生物實驗教學，在實驗的源材料、方法步驟等方面進行創(chuàng)新嘗試，引導學生從具有東北特色的地域文化中充分汲取精髓、建構(gòu)概念、增強能力，體現(xiàn)生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任等生物學科素養(yǎng)。

關鍵詞：高中生物；生物實驗；地域文化；松花江生態(tài)文化

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱新課標）明確指出，高中生物學課程是以提高學生生物學學科核心素養(yǎng)為宗旨的學科課程，組織以探究為特點的主動學習是落實生物學學科核心素養(yǎng)的關鍵[1]。高中生物學課程的特點之一“實驗教學”恰恰就是集動腦動手、觀察分析、解決問題為一體的主動探究學習活動，是促成學生提升生物學學科核心素養(yǎng)的重要支撐。新課程背景下，教學理念和教學資源配置也同步提升。高中生物實驗教學不再停留于“聽實驗”“看實驗”的層面，更多的是利用學生的生活資源進行沉浸式的探究體驗。在多種多樣的生活資源中，地域文化獨樹一幟，為生物實驗教學提供了不可多得的借鑒和啟發(fā)。本文基于黑龍江特有的地域文化，對高中生物實驗的源材料、方法步驟等進行創(chuàng)新嘗試，靈活運用身邊的生活資源替代教材中的實驗材料，引導學生從具有東北特色的地域文化中充分汲取精髓，帶領學生循序漸進地融入到一個有體系的全鏈條式的科學思維中去，建構(gòu)概念、增強能力、突破難點，充分體現(xiàn)生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任等生物學科素養(yǎng)。

一、“生物實驗創(chuàng)新”的內(nèi)涵

隨著新課改的逐步深入，高中生物學課程內(nèi)容設置中實驗實踐內(nèi)容的比例明顯提升，對學生生物實驗能力和學科核心素養(yǎng)的考查逐漸成為近幾年高考生物學科命題的主旋律[2]。

實驗是高中生物學學習的重要內(nèi)容，也可以說生物學是以實驗為基礎的科學。實驗能夠使學生更直觀地獲取生物學知識、建構(gòu)生物學概念；能夠教給學生重要的科學方法，培養(yǎng)學生必不可少的操作技能；能夠培育學生正確的科學精神和科學態(tài)度。同時，實驗的能力和意識也是作為高中生物教師必不可少的一種基本功。但是，目前高中生物實驗教學面臨兩個主要問題：一是實驗開出率不足，二是實驗條件有限。為了解決這兩個問題，我們必須進行創(chuàng)新。從理論上講，創(chuàng)新是一種概念化的過程，最基礎的實驗創(chuàng)新無非就是針對教材、結(jié)合生活實際，多方面、多角度對生物實驗進行改進、創(chuàng)造、更新，拓展教材中實驗設計的局限性，以期達到生物實驗教學在提升學生實驗探究能力和學科核心素養(yǎng)方面的作用。

隨著探索的逐步深入，我意識到將黑龍江獨有的地域文化融入高中生物實驗教學后形成的課程資源尤為獨特，能更好地培養(yǎng)學生的生物學素養(yǎng)[3]。在我國，地域文化一般是指特定區(qū)域的文明表現(xiàn)，如生態(tài)、民俗、傳統(tǒng)、習慣等，歷史悠久、獨具特色，至今仍在發(fā)揮作用[4]。每個地區(qū)都有屬于自己的特色地域文化，黑龍江省位于中國東北地區(qū)，作為中國面積較大的省份，文化底蘊極其豐富多樣：多民族文化交融形成了多元的民間藝術和傳統(tǒng)習俗；特定的地理位置促成中俄兩個民族融合，展現(xiàn)了獨特的魅力；寒冷的氣候條件形成了火出圈的冰雪文化；農(nóng)業(yè)大省的定位形成了豐富的飲食文化。在生物實驗創(chuàng)新設計中，將地域文化充分融合，使實驗設計更科學、更切實可行，讓實驗操作更簡潔、更生活化，實驗效果必將更加直觀、更有說服力。

二、“生物實驗創(chuàng)新”的研究體系

多開實驗，堅持創(chuàng)新，不僅可以提升學生的科學素養(yǎng)，也可以提升教師自身的技能。優(yōu)秀的生物學教師，必然是一位善于做實驗的教師。筆者任教于哈爾濱市一所百年名校。作為省級重點中學、示范性高中，學校在不斷提高教學水平的同時，鼓勵和倡導一線教師積極開展高質(zhì)量的教學科研，激發(fā)全校創(chuàng)新活力和創(chuàng)造潛能。生物科研組以“樹立生命觀念、形成科學思維、掌握探究本領、強化社會責任感”為科研目標，圍繞“教學與科研相結(jié)合、校內(nèi)與校外相結(jié)合、自主與創(chuàng)新相結(jié)合”的原則，建立實驗創(chuàng)新機制，營造濃厚的創(chuàng)新氛圍。在此基礎上，與學校科研課題組無縫銜接，依托獨具特色的地域文化，尋找生物實驗教學中能與地域情境融合的創(chuàng)新方向，再通過專業(yè)性的學習探究，改進生物實驗源材料、創(chuàng)新使用具有實用性的實驗器材、更新實驗方法手段、優(yōu)化實驗步驟，將地域文化融入到實操全過程，創(chuàng)新生物實驗，引領學生在真實的環(huán)境中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，全面提升學生認知、應用、探索與創(chuàng)新的能力。

如將“黑龍江歷史悠久的傳統(tǒng)工藝釀酒文化”融入“制作果酒和果醋”探究實驗活動。學生實地參觀了位于雙城區(qū)的“老村長”酒業(yè)。學生進入生產(chǎn)廠區(qū)實地觀摩，認真聽取專業(yè)工作人員的講解，從采購、生產(chǎn)、檢測、追溯等各個環(huán)節(jié)進行了全面了解。結(jié)合教材實驗內(nèi)容選取了東北常見的山楂作為源材料，按照學生的觀察理解進一步優(yōu)化了實驗操作步驟，使實驗取得了極好的效果。再如，“細胞增殖”實驗，需要制作某一植物根尖細胞有絲分裂裝片并觀察分裂過程進而得出結(jié)論。在實驗材料的選擇上，發(fā)揮“龍江農(nóng)耕文化”的優(yōu)勢，選擇小麥、大蔥、大蒜等東北遍地可見的農(nóng)作物，廉價易得、可操作性、可控制性強，確保實驗效果的同時便于學生重復多次進行觀察和檢測。

新課標在“課程性質(zhì)”部分明確指出，生物學課程要求學生主動地參與學習，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗假設、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習得生物學知識，養(yǎng)成科學思維的習慣，形成積極的科學態(tài)度，發(fā)展終身學習及創(chuàng)新實踐能力。

將黑龍江地域文化融入生物實驗進行教學創(chuàng)新，這個過程正是對新課標的一個生動詮釋。這不僅能夠凸顯學生的主體地位，讓學生真正成為實驗課程的參與者、生成者，還更加突出了人文精神價值，有利于學生在獨特的地域文化中獲得幸福感。與此同時，也為有志于從事這個領域事業(yè)的學生埋下一粒探索創(chuàng)新的種子，幫助學生形成對社會需求問題勤于思考的獨立研究思維和卓越品質(zhì)，使學生的生物學科核心素養(yǎng)在實踐中逐步得到提升。

三、“生物實驗創(chuàng)新”的研究策略

學生能夠真正內(nèi)化于心的知識都是來源于生活的，我們將東北特有的“農(nóng)耕文化”“飲食文化”“民間藝術文化”“松花江生態(tài)文化”與生物實驗創(chuàng)新和生物課堂情境的創(chuàng)設相結(jié)合，探究設計一環(huán)套一環(huán)，邏輯層次力爭嚴密。通過問題情境的創(chuàng)設，實地走訪實踐，學生循序漸進地融入到一個有體系的全鏈條式的科學思維中，使他們在實踐中對生物學概念的理解不斷深入，提升團隊精神、表達能力等綜合素養(yǎng)。

（一）基于“松花江生態(tài)文化”的實驗創(chuàng)新研究

“土壤中小動物類群的豐富度”實驗是人教版高中生物選擇性必修2《生物與環(huán)境》第二章第1節(jié)“群落的結(jié)構(gòu)”中的一項探究活動。研究土壤中動物類群的豐富度，幫助學生理解群落的基本特征與結(jié)構(gòu)，其實驗原理是土壤為一些動物提供了良好的棲息場所。本案例力求為學生建立地域特色的生物群落與生存環(huán)境相互聯(lián)系的概念。

松花江流域土壤肥沃，分布有黑土、山地森林土、鹽漬土、沙土等10種主要土類。地域位置決定我們比較常見的是黑土、水稻土、沙土。松花江水的流經(jīng)和灌溉雖浸潤了土壤，但人類活動和環(huán)境變化也對土壤產(chǎn)生了直接影響。實驗設計中，創(chuàng)新重點放在了采樣環(huán)節(jié)。事先選取比較有代表性位置的土壤，兼并可行性，引導學生確定要探究的問題。如，受人類活動影響程度不同的土壤中小動物類群豐富度的比較研究，不同時間和不同深度的土壤中小動物類群豐富度的比較等。野外采樣集中在太陽島區(qū)域、林地、江邊濕地、建筑物周邊，校內(nèi)采樣集中在“兆晞園”（生物學科實驗園）。在此基礎上制定詳細采樣計劃，包括具體時間、地點、內(nèi)容、方法等，學生帶好鐵鏟、自制取樣器、樣品袋、運輸箱、溫度計等工具，由教師帶領統(tǒng)一出發(fā)進行實操。

統(tǒng)一出發(fā)野外采樣進行實驗，學生都比較興奮，對于實驗樣品的采集也更慎重了。學生進行小組合作，不僅按照計劃進行了規(guī)定動作，保證樣品質(zhì)量，對于親自動手操作的記錄也更完備了。教師有意識地引導學生在完成實驗任務的同時觀察松花江流域地形地貌，進一步認識我們生活成長的這片土地。就這樣學生興致勃勃地完成了實驗的初期操作。野外采樣，在實驗室進行觀察，利用《東北地區(qū)土壤小動物圖鑒》，對松花江黑色土壤中的小動物進行分類，并統(tǒng)計其豐富度。學生在取樣、采集、分析、調(diào)查、研究的過程中始終保持了濃厚的興趣，聯(lián)系多學科知識與技能，從問題導向入手，小組協(xié)作，擬定實驗方案，按步驟開展實踐，完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并將研究結(jié)果與東北氣候土壤條件進行綜合分析，進而得出結(jié)論：組成不同群落的優(yōu)勢種是不同的，不同群落的物種豐富度是不同的。一般來說，環(huán)境條件越優(yōu)越，群落發(fā)育的時間越長，物種越多，群落結(jié)構(gòu)也越復雜。

將獨具特色的“松花江生態(tài)文化”融入到生物實驗過程，帶領學生走出書本、走出校園，讓學生在掌握生物知識提升能力的同時，體會松花江水澆灌出來的東北黑土地獨特的生態(tài)文化，進而認識到人類活動對環(huán)境的重大影響，樹立人與自然和諧共處的生命觀念。可以說，整個凸顯地域特色創(chuàng)新進行實驗探究的過程，充分體現(xiàn)了高中生物學科核心素養(yǎng)的四個維度，收到了極好的教學效果。

（二）基于“飲食文化”的實驗創(chuàng)新研究

黑龍江省的飲食文化獨具特色。黑龍江菜肴注重原汁原味，口味偏重，深受人們喜愛。腌酸菜在東北隨處可見，它以大白菜為原料經(jīng)過泡制而成，具有獨特的風味和營養(yǎng)價值，而且多數(shù)的東北百姓家都會自己腌制。這樣的地域特色和文化傳承，為我們的生物實驗探究提供了不可多得的空間和優(yōu)勢。

“制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品”實驗是人教版高中生物教材選擇性必修3《生物技術與工程》第一章“發(fā)酵工程”的一項探究活動。其原理是利用植物表面天然的乳酸菌來發(fā)酵。發(fā)酵過程中，在其質(zhì)量分數(shù)為0.4%—0.8%的情況下，乳酸會不斷積累，泡菜的口味最佳。

作為地道的東北人，酸菜作為發(fā)酵菜品是家喻戶曉的?；谶@樣特色的飲食文化，我們設計了“利用東北大白菜進行泡菜制作”的實驗。旨在通過實踐制作酸菜，探索其存在民間的多種制作工藝、流程和保存方法，研究不同發(fā)酵條件對酸菜品質(zhì)的影響，分析其營養(yǎng)價值和對人體健康的作用。

首先，學生學習了解發(fā)酵過程中微生物的作用及其對人類生活的影響，進行了知識普及。下一步，進行實驗創(chuàng)新。我們的實驗探究不再拘泥于課本，而是通過學生帶著任務實地走訪，到會腌制酸菜的親屬鄰里家中取經(jīng)，對腌制過程中的一些細節(jié)問題進行學習梳理，進而對生活實踐中的生物實驗形成一個新的認識。其實好多農(nóng)村學生，自家就會腌制酸菜。他們回家學經(jīng)驗、鄰里取取經(jīng)，能輕松學到書本里沒有的知識技能。學生將自己了解到的獨具特色的工藝、流程等做好記錄，帶到課堂，進行討論匯總。我們都被驚訝到了，居然有10幾種不同的腌制方法：生腌的、焯水的、只放鹽腌制的、各種調(diào)味料綜合腌制的、滿足不同腌制時間方可食用的等。不僅如此，幾乎每種方法都有溫馨提示和需要注意的小細節(jié)，包括加入白酒抑制雜菌調(diào)味增香，用水封閉壇口是最簡易的造成無氧環(huán)境的方法等，這些都是我們的勞動人民在千百年的生活實踐中總結(jié)出來的寶貴經(jīng)驗財富。最終，考慮實驗可操作性等實際問題，大多采用生腌的辦法，完成泡菜制作實驗。

實地考察相比課堂上的理論學習，更能激發(fā)學生的探索欲和求知欲，一個真實存在的學習環(huán)境，更能促進理論與實踐的結(jié)合。更重要的是，走訪學習過程中學生能夠?qū)W會收集數(shù)據(jù)、提出問題并進行分析，這種主動探索的過程可以提高學生的思考能力，激勵他們提出并解決問題。

地域文化中“生物實驗與創(chuàng)新”的研究是一次生物學實驗與地域文化結(jié)合的大膽嘗試。學生通過深入調(diào)查走訪，感受東北地域文化的博大精深、歷史傳承中蘊含的生活智慧，嘗試利用各種實驗方法驗證實驗假設，不僅使生物課堂變得生動有趣，還極大程度地提升學生的科學思維、科學探究等核心素養(yǎng)，而且能夠使學生深切感受到生物科學技術與生活密切相關，激發(fā)他們對生活的熱愛，對生活中的實踐知識充滿興趣和好奇，有益于學生形成積極向上的生命觀念，提升社會責任。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017 年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020：1-57.

[2] 教育部考試中心.中國高考評價體系[M].北京：人民教育出版社，2020：1.

[3] 翟飛紅，杜文藝，劉瑞敏，等.淺議地域文化資源在高中生物學課程資源開發(fā)中的優(yōu)勢[J].中文科技期刊數(shù)據(jù)庫（全文版）教育科學，2022（1）.

[4] 李聯(lián)盟，袁行霈.中國地域文化通覽[M].北京：中華書局，2013：56.

課題項目：哈爾濱市教育科學“十四五”規(guī)劃2023年度重點課題“利用地域文化創(chuàng)設地理問題情境的實踐研究”（HKB1423027）

編輯/楊馥毓