人教版高中生物學(xué)新教材的實驗分類及教學(xué)建議

摘 要：實驗是高中生物學(xué)重要的教學(xué)內(nèi)容，是培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的重要途徑。通過實驗不僅可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)理論知識，還能提升學(xué)生的實驗操作能力。文中通過對人教版高中生物學(xué)新教材中的實驗進行整理分類，進一步總結(jié)教材實驗的編排特點，提出教學(xué)建議，以期為一線教師開展實驗教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：高中生物學(xué);實驗分類;新教材;教學(xué)建議

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

生物學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，實驗教學(xué)是促進學(xué)生達成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要支撐[1] ?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標準（2017 年版2020 年修訂）》（ 以下簡稱“ 新課標”）高度重視實驗教學(xué)，并在實施建議部分提出需“加強和完善生物學(xué)實驗教學(xué)”[2] 。人教版普通高中生物學(xué)教材（2019 年版）（以下簡稱“新教材”） 以新課標為依據(jù)，關(guān)注學(xué)生的實踐經(jīng)歷，適時更新了實驗教學(xué)內(nèi)容[3] 。但目前對新教材實驗進行系統(tǒng)分類的研究還較少。本研究對新教材的實驗進行全面系統(tǒng)的整理分類并提出教學(xué)建議，為一線生物學(xué)教師開展實驗教學(xué)提供參考。

一、高中生物學(xué)實驗分類

實驗是高中生物學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容，對學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的達成具有重要作用。目前，關(guān)于生物學(xué)實驗的類型還沒有統(tǒng)一規(guī)定，各學(xué)者根據(jù)不同的分類依據(jù)將實驗分為不同的類型。例如，劉恩山基于生物學(xué)學(xué)科特點，將生物學(xué)實驗分為形態(tài)學(xué)實驗、生理學(xué)實驗、解剖學(xué)實驗和分類學(xué)實驗;基于教學(xué)活動的特點，將生物學(xué)實驗分為觀察實驗、驗證性實驗、探究性實驗以及設(shè)計、制作實驗等[4] 。汪忠從生物學(xué)實驗教學(xué)的性質(zhì)和教學(xué)目的出發(fā)，將生物學(xué)實驗分為驗證性實驗和探究性實驗兩類;依據(jù)實驗教學(xué)場所的差異，將其分為實驗室實驗和自然實驗[5] 。崔鴻教授根據(jù)教學(xué)的不同角度，將生物學(xué)實驗分為探究性實驗、驗證性實驗、演示性實驗、制作或設(shè)計活動類實驗等[6] 。

綜合眾多學(xué)者的觀點，本研究從生物學(xué)實驗教學(xué)的教學(xué)目的和教學(xué)性質(zhì)出發(fā)，結(jié)合新教材特點，將高中生物學(xué)實驗分為觀察鑒別類、探究類、驗證類、調(diào)查類和設(shè)計制作類五種實驗類型。

（ 一） 觀察鑒別類實驗

觀察鑒別類實驗以學(xué)生為主體，在科學(xué)的觀察方法和原則指導(dǎo)下，應(yīng)用顯微觀察技術(shù)、鑒定技術(shù)、玻片標本制作技術(shù)等對生物體或細胞中的成分進行觀察或鑒別 [7] 。觀察鑒別類實驗一般較為簡單、直觀，重點培養(yǎng)學(xué)生的觀察鑒別及動手操作能力，有助于學(xué)生理解生物學(xué)知識和掌握基本實驗技能。例如，在“DNA 的粗提取與鑒定” 實驗中，學(xué)生利用實驗藥品進行DNA 的粗提取，并對提取的DNA 進行鑒定，在提升實驗技能的同時，培養(yǎng)了嚴謹細致、實事求是的科學(xué)態(tài)度。

（ 二） 探究類實驗

探究類實驗是實驗者在不知道實驗結(jié)果的前提下，通過提出問題、作出假設(shè)、制定實驗方案、實施方案計劃、得出結(jié)論并表達交流等步驟，以發(fā)現(xiàn)新事物、新規(guī)律，從而形成科學(xué)概念的一種認知活動[8] 。探究類實驗既能幫助學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識，形成生命觀念，又能培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力，增強學(xué)生科學(xué)思維與問題意識，是學(xué)生開展探究性學(xué)習(xí)的重要途徑。

以“探究不同光照強度對植物光合作用的影響”實驗為例，學(xué)生需要提出問題：“不同光照強度對植物光合作用有什么影響？” 然后自主設(shè)計實驗方案、選擇實驗材料、觀察實驗現(xiàn)象、分析實驗結(jié)果，得出實驗結(jié)論。這一過程體現(xiàn)了探究實驗的主動性、探究性、過程性等特點。此外，學(xué)生可以根據(jù)實際情況選擇不同的光照強度進行實驗，體現(xiàn)了探究類實驗的靈活性特點。在進行探究實驗時，教師應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生，鼓勵他們積極思考和交流，以提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

（ 三） 驗證類實驗

驗證類實驗是指研究者在對研究對象有一定了解的基礎(chǔ)上形成一定的認識或提出某種假說，為驗證這種認識或假說正確與否而進行的一種實驗。驗證類實驗旨在幫助學(xué)生了解科學(xué)研究的基本方法，強化實驗技能，讓學(xué)生認識到科學(xué)原理具有可驗證性[9] 。同時還有助于鞏固所學(xué)知識，加深對生物概念和原理的理解。

例如學(xué)生通過“性狀分離比的模擬實驗”，理解孟德爾遺傳定律的原理，掌握遺傳學(xué)的基本方法。同時，通過實驗操作和數(shù)據(jù)分析，學(xué)生可以學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法和技能，為自主開展實驗探究打下基礎(chǔ)。

（ 四） 調(diào)查類實驗

調(diào)查類實驗是指通過調(diào)查和收集數(shù)據(jù)與信息來探究某些生物學(xué)現(xiàn)象或問題的實驗。例如“調(diào)查人群中的遺傳病”這一實驗，需要通過大規(guī)模的調(diào)查和數(shù)據(jù)收集來開展，具有一定的難度。實驗方案的設(shè)計需要考慮如何有效地收集數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的真實性和完整性，保證調(diào)查的客觀性和準確性等方面的問題。此外，實驗結(jié)果的分析和解釋需要運用相關(guān)的生物學(xué)知識和統(tǒng)計學(xué)方法，才能得出結(jié)論。這類實驗綜合性、實踐性較強，可以幫助學(xué)生掌握調(diào)查研究和數(shù)據(jù)分析的方法，培養(yǎng)他們解決問題和社會實踐的能力。

（ 五） 設(shè)計制作類實驗

設(shè)計制作類實驗通常要求學(xué)生根據(jù)生物學(xué)原理，利用生活中的材料，設(shè)計并制作能夠反映生物學(xué)原理的實驗裝置、模型或教具。這類實驗具有趣味性和實踐性，有助于學(xué)生理解生物學(xué)中的抽象概念和復(fù)雜過程，強化生命觀念，發(fā)展科學(xué)思維。其常見主題包括：制作模型、制作生態(tài)缸、制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品等。以“制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”為例，在制作過程中，學(xué)生需要關(guān)注DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的細節(jié)，如堿基配對、磷酸二酯鍵等，以保證模型的準確性。通過制作DNA 模型，學(xué)生能夠更深入地理解DNA 的結(jié)構(gòu)和功能，培養(yǎng)結(jié)構(gòu)與功能觀，模型與建模的科學(xué)思維，還能提高動手能力和創(chuàng)新能力。

二、新教材實驗分類的結(jié)果

將人教版高中生物學(xué)新教材“探究·實踐”欄目中的實驗進行分類統(tǒng)計及整理，結(jié)果如表1 所示，新教材共包含36 個實驗，依據(jù)以上分類標準，分為：8 個觀察鑒別類實驗，14 個探究類實驗，3 個驗證類實驗，6 個調(diào)查類實驗及5 個設(shè)計制作類實驗。

由表1 可知，必修1《分子與細胞》模塊的實驗數(shù)量最多，共12 個，占新教材實驗總數(shù)的1/ 3。本模塊對實驗的試劑、器材和學(xué)生操作技能的要求較低，且實驗材料多與學(xué)生生活實際相聯(lián)系，實驗開展相對容易。同時，該模塊探究類實驗數(shù)量最多，共7 個，主要集中分布于 “物質(zhì)的輸入和輸出”“細胞的能量供應(yīng)和利用”等章節(jié)。探究類實驗有助于學(xué)生通過自主探究加深對生物學(xué)知識的理解，掌握科學(xué)方法和鍛煉科學(xué)思維，突破重難點，培養(yǎng)生命觀念。

必修2《遺傳與進化》共8 個實驗，實驗類型分布較均勻，包含了5 種實驗類型。必修2涉及的遺傳學(xué)知識對學(xué)生來說比較抽象，教師可以借助實驗教學(xué)手段，在提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，促進學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

選擇性必修1《穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》所含實驗數(shù)量最少，僅2 個，都為探究性實驗。本模塊的內(nèi)容主要涉及人體內(nèi)環(huán)境的組成和各種調(diào)節(jié)機制、植物生命活動的調(diào)節(jié)，有助于學(xué)生形成穩(wěn)態(tài)與平衡的生命觀念。其中涉及的概念、調(diào)節(jié)機制和過程眾多，偏重于概念的建構(gòu)學(xué)習(xí)，實驗較少。

選擇性必修2《生物與環(huán)境》共8 個實驗，其中包括5 個調(diào)查類實驗。本模塊主要包括種群的數(shù)量特征、生態(tài)系統(tǒng)的流動、人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響、生物多樣性等內(nèi)容。這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)需結(jié)合實際情況進行分析應(yīng)用，因此大部分實驗是需要到真實環(huán)境中進行觀察統(tǒng)計的調(diào)查類實驗。在調(diào)查過程中學(xué)生需掌握調(diào)查的步驟、數(shù)據(jù)分析的方法、調(diào)查報告的撰寫方法等。通過調(diào)查類實驗有助于加強學(xué)生對生活地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)組成的了解，增強學(xué)生對環(huán)境保護的關(guān)注，培養(yǎng)尊重自然、保護環(huán)境的社會責(zé)任。

選擇性必修3《生物技術(shù)與工程》共6 個實驗，包括3 個觀察鑒別類實驗，沒有調(diào)查類實驗，其余三種實驗類型各1 個。本模塊內(nèi)容較為微觀且偏向于技術(shù)的應(yīng)用，觀察鑒別類實驗占比更多。此外，選擇性必修3 還包含設(shè)計制作類實驗“制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品”等內(nèi)容，學(xué)生通過腐乳、泡菜和果酒的學(xué)習(xí)與制作，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，加深相關(guān)原理的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。

五本新教材的實驗數(shù)量和實驗類型差異較大，這與新教材學(xué)習(xí)內(nèi)容的難易程度、新課標所要求的大概念教學(xué)、學(xué)生須達到的核心素養(yǎng)以及學(xué)生的學(xué)習(xí)認知規(guī)律等有關(guān)[10] 。五本新教材的實驗涵蓋了細胞、分子、遺傳、生理、生態(tài)各生物學(xué)領(lǐng)域，通過觀察、實踐和分析，培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作技能、問題解決能力和科學(xué)思維，幫助學(xué)生深入理解生物學(xué)概念和原理，并將其應(yīng)用于實際生活和科學(xué)研究中。教師要充分利用生物學(xué)科的優(yōu)勢，立足教材并超越教材，開闊學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力。

三、新教材實驗編排的特點

（ 一） 編排結(jié)構(gòu)清晰，難度層次遞進

新教材中的實驗編排結(jié)構(gòu)清晰，體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的教學(xué)理念和科學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計原則。新教材依據(jù)新課標要求，內(nèi)容聚焦大概念，以實驗促進核心知識的理解。實驗內(nèi)容注重前后章節(jié)內(nèi)容的銜接及過渡，承上啟下。實驗的編排邏輯層次清晰，難度層層遞進。實驗從簡單的觀察實驗過渡到更為復(fù)雜的探究類、設(shè)計制作類實驗，學(xué)生先接觸并掌握實驗的基本原理和方法，進而能夠獨立設(shè)計和進行具有一定難度的實驗。這種由簡單到復(fù)雜的內(nèi)容設(shè)計，符合學(xué)生的認知規(guī)律，逐步提升學(xué)生的實驗技能和科學(xué)素養(yǎng)，也激發(fā)了他們對生物科學(xué)的興趣和熱情。以必修1 為例，以簡單基礎(chǔ)的“使用高倍顯微鏡觀察幾種細胞” 實驗為起點，引導(dǎo)學(xué)生初步接觸實驗操作和科學(xué)探究的基本技能。隨著學(xué)習(xí)內(nèi)容的深入，實驗內(nèi)容逐漸轉(zhuǎn)向探究實驗。

（ 二） 實驗類型多樣，實驗內(nèi)容豐富

新教材的實驗涵蓋了觀察鑒別類、驗證類、探究類、設(shè)計制作類和調(diào)查類，以豐富的實驗類型，促成學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。例如，通過觀察鑒別類實驗，學(xué)生可以直觀地觀察和記錄生物現(xiàn)象，加深對相關(guān)生物學(xué)知識和原理的理解和認識;探究類實驗則通過讓學(xué)生自主設(shè)計實驗方案、收集數(shù)據(jù)、分析結(jié)果、得出結(jié)論或新發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計和操作能力，激發(fā)創(chuàng)新能力;設(shè)計制作類實驗則通過模擬生物活動進行模型設(shè)計、制作和展示，幫助學(xué)生理解生物學(xué)中的抽象概念和復(fù)雜過程。多樣化的實驗類型設(shè)計旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們在實驗中觀察、設(shè)計、操作、分析以及團隊合作等科學(xué)探究能力，培養(yǎng)學(xué)生歸納與概括、模型與建模、創(chuàng)新性思維等科學(xué)思維。

（ 三） 注重探究過程，重視方法引領(lǐng)

實驗是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的重要途徑。新教材中的實驗突出探究過程，思路清晰，不僅明確了實驗的目的要求、材料用具、方法步驟、注意事項等，個別實驗還有“提示”板塊，為問題突破提供思路。同時，部分實驗設(shè)置有分組活動，重視團隊合作，如設(shè)計類實驗“嘗試制作真核細胞的三維結(jié)構(gòu)模型”需要學(xué)生小組合作，自主選擇實驗材料，各小組進行成果互評。對一些難度較高、探究性較強的實驗，新教材提供了實驗方法、材料用具、數(shù)據(jù)分析的參考和進一步探究思路等。如在“菊花的組織培養(yǎng)” 實驗中，“進一步探究” 板塊引導(dǎo)學(xué)生深入思考，將學(xué)習(xí)重心從知識的獲得轉(zhuǎn)向方法的掌握，為學(xué)生的自主探究留下空間。

四、人教版高中生物學(xué)教材實驗教學(xué)建議

（ 一） 完善觀察鑒別類實驗， 實施可視化教學(xué)

觀察鑒別類實驗在高中生物學(xué)教學(xué)中占據(jù)重要地位。學(xué)生通過觀察生物體的結(jié)構(gòu)或生命現(xiàn)象，增加感性認識，加深對生物學(xué)概念的理解，有助于形成生命觀念。為提高實驗教學(xué)效果，教師應(yīng)充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)，如多媒體技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)等，實施可視化教學(xué)。同時，教師應(yīng)設(shè)計具有挑戰(zhàn)性的問題，并加強演示實驗的示范操作，引導(dǎo)學(xué)生對觀察到的現(xiàn)象進行深入思考和討論，認識到生物界的多樣性和統(tǒng)一性，形成唯物主義自然觀和科學(xué)的世界觀。例如，在“低溫誘導(dǎo)植物細胞染色體數(shù)目的變化”實驗中，教師可以將顯微鏡觀察的視野通過高清圖像和視頻展示，促進學(xué)生更好地認識微觀世界，增強學(xué)生的觀察體驗，還可以提高學(xué)生的實驗操作能力。

（ 二） 開展探究類實驗，提升探究能力

探究類實驗是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力和科學(xué)思維的重要途徑，同時也有利于社會責(zé)任和生命觀念兩個核心素養(yǎng)的達成。探究類實驗要求學(xué)生提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計實驗、收集數(shù)據(jù)并分析實驗結(jié)果、得出結(jié)論、與他人合作交流等。因此，教師應(yīng)積極創(chuàng)設(shè)探究性的學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，指導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗方案，激發(fā)學(xué)生的主動性與創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考與創(chuàng)新能力。為促進學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，教師應(yīng)特別注重實驗教學(xué)的創(chuàng)新性，實驗設(shè)計應(yīng)多樣化，鼓勵學(xué)生勇于探索嘗試新的實驗材料、方法等。以“綠葉中色素的提取和分離實驗” 實驗為例，可采用其他植物綠葉代替菠菜葉，以四氯化碳代替石油醚層析液。通過實驗材料和試劑的創(chuàng)新，呈現(xiàn)更好的實驗效果。

（ 三） 優(yōu)化驗證類實驗，培養(yǎng)科學(xué)思維

驗證類實驗有助于學(xué)生理解科學(xué)研究的基本原理與方法，理解生物學(xué)重要概念，培養(yǎng)科學(xué)思維。在實驗過程中，教師可以將定性實驗和定量實驗相結(jié)合，讓學(xué)生深入理解事物的本質(zhì)，學(xué)習(xí)生物學(xué)研究的方法與技能，記錄、整理并分析實驗數(shù)據(jù)，描述實驗結(jié)果等。同時，教師還可變驗證類實驗為探究類實驗，發(fā)展學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)造性思維。例如“ 菊花的組織培養(yǎng)”實驗，可以以“菊花的莖段組織能不能在適宜條件下表現(xiàn)出全能性” 為探究問題，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗方案、完成實驗并得出結(jié)論，變驗證為探究，更好培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

（ 四） 拓展調(diào)查類實驗，培養(yǎng)社會責(zé)任

調(diào)查類實驗通過實地參觀、調(diào)查等方式探究生物學(xué)問題，如對人類遺傳病、動植物資源、生物多樣性等的調(diào)查。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生積極關(guān)注社會熱點問題，將所學(xué)知識與生產(chǎn)、生活實際相聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生收集信息、處理信息的能力。通過實地調(diào)查，學(xué)生不僅能夠掌握調(diào)查研究和數(shù)據(jù)分析的方法，還能增強他們對生物、技術(shù)與社會之間關(guān)系的理解，提升學(xué)生關(guān)注社會重要議題的意識和社會責(zé)任感以及開展生物學(xué)實踐活動的意愿和能力。如“ 調(diào)查當?shù)氐沫h(huán)境狀況，提出保護環(huán)境的建議或行動計劃”實驗，對學(xué)生形成生態(tài)意識，參與環(huán)境保護實踐等具有重要意義。對于調(diào)查類實驗的開展，教師要適當拓展延伸調(diào)查主題范圍，注重引導(dǎo)學(xué)生思考問題、觀察現(xiàn)象、記錄數(shù)據(jù)以及分析歸納等體驗性過程。此外，可充分使用互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)采集，利用軟件進行數(shù)據(jù)分析等，提高調(diào)查類實驗的效率。

（ 五） 實施設(shè)計制作類實驗，增強學(xué)習(xí)興趣

設(shè)計制作類實驗具有很強的趣味性和實踐性，有助于學(xué)生理解生物學(xué)的抽象概念和復(fù)雜過程。例如，通過模型制作，學(xué)生能較好地理解和解釋生物學(xué)現(xiàn)象和事件，形成正確的生命觀念。因此，教師應(yīng)提供豐富的實驗材料和工具，鼓勵學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造力，設(shè)計和制作具有創(chuàng)新性的實驗?zāi)Ｐ汀Ｒ浴敖p數(shù)分裂中染色體變化的模型”為例，學(xué)生通過動手實踐，能夠更深入地理解減數(shù)分裂等生物學(xué)概念，同時提高他們的動手能力和創(chuàng)新能力，增強學(xué)習(xí)興趣。

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（ 責(zé)任編輯：加順花）