以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的高中生物學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)探究

摘 要：核心素養(yǎng)不僅是學(xué)生未來(lái)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，更是應(yīng)對(duì)全球化和科技快速發(fā)展的關(guān)鍵能力.實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高中生物學(xué)教育中具有獨(dú)特的重要性，不僅能夠幫助學(xué)生理解和掌握生物學(xué)知識(shí)，還能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新思維.基于此，本文將探討以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的高中生物學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)開展的策略，以期提高學(xué)生的綜合素質(zhì).

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；高中生物學(xué)；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G632

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-0333（2024）30-0137-03

收稿日期：2024-07-25

作者簡(jiǎn)介：張開祥（1982.12—），男，江蘇省東海人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，從事高中生物教學(xué)研究.

基金項(xiàng)目：連云港市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2023年思政課程一體化專項(xiàng)課題“高中生物學(xué)科課程思政資源開發(fā)與應(yīng)用的實(shí)踐研究”（課題編號(hào)：ZX/2023/12/087）.

傳統(tǒng)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往側(cè)重于知識(shí)的傳授，卻忽視了對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng).作為新時(shí)代教育工作者，要積極更新教學(xué)理念，重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新開展，立足學(xué)生實(shí)際學(xué)情和教學(xué)目標(biāo)的要求，為學(xué)生構(gòu)建高效實(shí)驗(yàn)課堂.教師在日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)中落實(shí)核心素養(yǎng)，讓學(xué)生真正感受到生物與生活之間的聯(lián)系，培養(yǎng)他們積極的學(xué)習(xí)態(tài)度.

1 以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的高中生物學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)開展的意義1.1 激發(fā)學(xué)生生物學(xué)習(xí)熱情

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)不僅僅是對(duì)已有知識(shí)的驗(yàn)證，更是對(duì)未知領(lǐng)域的探索和發(fā)現(xiàn)^［1］.現(xiàn)階段，高考生物題目越來(lái)越多地涉及實(shí)際生活中的問(wèn)題，如環(huán)境保護(hù)、健康與疾病、生物技術(shù)應(yīng)用等，這種考查方式不僅讓學(xué)生能夠更好地理解和掌握知識(shí)，還能讓學(xué)生看到生物學(xué)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用和價(jià)值.通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，學(xué)生親身體驗(yàn)和觀察這些與生活緊密相關(guān)的現(xiàn)象和問(wèn)題，從而增強(qiáng)對(duì)生物學(xué)習(xí)的興趣和熱情.學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作，探究課本以外的知識(shí)和現(xiàn)象，拓寬自己的視野，不僅培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和創(chuàng)新能力，還能讓學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐中獲得成就感和滿足感，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情.

1.2 有效凸顯學(xué)科育人優(yōu)勢(shì)

自然界中有豐富多彩的生物現(xiàn)象，如植物的光合作用、昆蟲的行為、動(dòng)物的生殖等，都是極好的學(xué)習(xí)資源.將這些現(xiàn)象引入課堂，通過(guò)實(shí)際觀察和實(shí)驗(yàn)操作，可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和科學(xué)探究精神.例如，學(xué)生可以觀察植物的生長(zhǎng)過(guò)程，記錄和分析光照、水分等因素對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，這樣的實(shí)驗(yàn)不僅能讓學(xué)生更直觀地理解課本知識(shí)，還能培養(yǎng)學(xué)生的觀察和記錄能力.在進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生還可以嘗試使用替代材料或改良實(shí)驗(yàn)過(guò)程，以達(dá)到同樣的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?例如，用透明塑料瓶代替玻璃燒杯進(jìn)行植物水培實(shí)驗(yàn)，或使用家用蒸餾器代替實(shí)驗(yàn)室的蒸餾設(shè)備，這樣的改良不僅能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決問(wèn)題的能力，還能增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)際操作技能.

1.3 助推教師專業(yè)能力發(fā)展

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)要求教師不斷探索和開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)資源，不僅包括教材中的實(shí)驗(yàn)，還包括生活中的各種生物現(xiàn)象和材料^［2］.教師需要尋找、設(shè)計(jì)和實(shí)施這些實(shí)驗(yàn)，過(guò)程中的探索和創(chuàng)新有助于教師積累豐富的教學(xué)資源.比如，教師可以利用本地特有的植物、動(dòng)物或生態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不僅拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)視野，也提升教師的資源開發(fā)能力和教學(xué)創(chuàng)新能力.生物學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開展需要教師具備廣泛的知識(shí)儲(chǔ)備，包括生物學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)，甚至是化學(xué)、物理、環(huán)境科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的知識(shí).通過(guò)設(shè)計(jì)和實(shí)施跨學(xué)科的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教師可以不斷擴(kuò)展自己的知識(shí)面，形成寬口徑的知識(shí)儲(chǔ)備.

2 以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的高中生物學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)開展的策略2.1 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)開展培養(yǎng)學(xué)生生命觀念

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)使學(xué)生能夠親身體驗(yàn)和觀察生命現(xiàn)象，通過(guò)實(shí)際操作加深對(duì)細(xì)胞、組織、器官和系統(tǒng)等生命結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)^［3］.探究生命活動(dòng)中，學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)到生命的復(fù)雜性和多樣性，從而增強(qiáng)對(duì)生命的敬畏和尊重.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師應(yīng)注重探究和發(fā)現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考和提出問(wèn)題，并鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中大膽嘗試和探索，發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題.

以“植物細(xì)胞質(zhì)壁分離及復(fù)原實(shí)驗(yàn)”為例，教師可以使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的植物細(xì)胞樣本，如洋蔥表皮細(xì)胞.學(xué)生在虛擬平臺(tái)上選擇不同濃度的鹽溶液，將植物細(xì)胞置于不同濃度的鹽溶液中，觀察細(xì)胞質(zhì)壁分離的過(guò)程，記錄不同溶液環(huán)境下細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原情況.教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比觀察植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞在吸水和失水過(guò)程中的表現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)細(xì)胞壁在植物細(xì)胞中的作用，以及動(dòng)物細(xì)胞因缺乏細(xì)胞壁在相同條件下的不同反應(yīng).接著教師提出拓展思維的問(wèn)題：在相同的外界溶液環(huán)境中，不同植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離是否會(huì)產(chǎn)生相同的結(jié)果？學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究以下幾類植物細(xì)胞在不同環(huán)境條件下的質(zhì)壁分離情況：不同種類植物（如洋蔥、菠菜、藻類等）；不同濃度溶液（如低濃度、中等濃度、高濃度鹽溶液）；不同溫度條件（如常溫、低溫、高溫）.通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際操作，學(xué)生可以直觀觀察和理解植物細(xì)胞在不同環(huán)境中的質(zhì)壁分離和復(fù)原過(guò)程，從而加深對(duì)生命現(xiàn)象和細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能的理解.

2.2 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)開展培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)促使學(xué)生質(zhì)疑現(xiàn)有知識(shí)和理論，提出新假設(shè)和問(wèn)題.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生需要分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，判斷其合理性和可靠性，從而培養(yǎng)批判性思維^［4］.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生還能夠理解生物系統(tǒng)的復(fù)雜性和各組成部分之間的相互作用，從整體上把握生物現(xiàn)象.

在“綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)”中，教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料如菠菜葉片、研缽和研杵、碳酸鈣和二氧化硅（少量）、無(wú)水乙醇、紙層析用濾紙等.學(xué)生將干燥的菠菜葉片放入研缽中，加入少量碳酸鈣和二氧化硅，用研杵研磨成細(xì)膩的粉末，然后向研缽中加入3毫升無(wú)水乙醇，繼續(xù)研磨，待糊狀物基本均勻后，再加入2毫升無(wú)水乙醇，研磨至獲得細(xì)膩的墨綠色糊狀物.將研磨后的混合物轉(zhuǎn)移到濾紙上，利用漏斗和玻璃棒進(jìn)行過(guò)濾，收集濾液于試管中.學(xué)生觀察并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如色素溶液的濃度、顏色等.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，教師引導(dǎo)學(xué)生討論可能的改進(jìn)措施.例如，若色素含量過(guò)低，可以考慮烘干葉片后再研磨，以提高提取效率；若試劑用量過(guò)大，可調(diào)整碳酸鈣和二氧化硅的用量至藥匙的1/4.根據(jù)討論結(jié)果，學(xué)生進(jìn)行改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)操作，記錄新的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果.學(xué)生根據(jù)改進(jìn)方案進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，觀察不同操作步驟對(duì)色素提取效果的影響.通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)操作和優(yōu)化過(guò)程，學(xué)生學(xué)會(huì)了如何提出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、記錄數(shù)據(jù)、分析結(jié)果，從而提升了科學(xué)探究能力.

2.3 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)開展培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究

科學(xué)探究是生物學(xué)學(xué)習(xí)的重要組成部分，通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以學(xué)會(huì)提出問(wèn)題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行觀察、收集數(shù)據(jù)、分析結(jié)果和得出結(jié)論的全過(guò)程，使學(xué)生具備主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力.科學(xué)探究離不開實(shí)際操作，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)注重實(shí)踐性，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)際操作技能，且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容貼近實(shí)際生活，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際問(wèn)題.

學(xué)習(xí)“土壤中纖維素分解菌的分離”實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師先講解纖維素分解菌在自然界和動(dòng)物胃腸道中的作用，提出問(wèn)題：大熊貓的體內(nèi)是否存在纖維素分解菌？激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究興趣.然后準(zhǔn)備土壤樣本、牛羊糞便樣本、大熊貓糞便樣本（模擬或假設(shè)樣本），以及纖維素培養(yǎng)基、無(wú)菌水、試管、培養(yǎng)皿等實(shí)驗(yàn)器材.學(xué)生取適量土壤樣本，用無(wú)菌水制備土壤懸液，取適量牛羊糞便樣本和大熊貓糞便樣本，用無(wú)菌水制備懸液，將制備好的土壤懸液、牛羊糞便懸液和大熊貓糞便懸液分別接種到纖維素培養(yǎng)基上，將接種好的培養(yǎng)皿放置在適宜溫度下培養(yǎng)，觀察并記錄纖維素分解菌的生長(zhǎng)情況.學(xué)生對(duì)不同樣本中纖維素分解菌的數(shù)量和生長(zhǎng)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，各組學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，討論大熊貓糞便中是否存在纖維素分解菌.如此一來(lái)，通過(guò)趣味性的實(shí)驗(yàn)主題，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和好奇心，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)生物學(xué)的熱愛和學(xué)習(xí)動(dòng)力.

2.4 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)開展培養(yǎng)學(xué)生社會(huì)責(zé)任

通過(guò)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠深入了解生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性的價(jià)值，認(rèn)識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性，并培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感，積極關(guān)注生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，積極參與環(huán)境保護(hù)行動(dòng)^［5］.社會(huì)責(zé)任的培養(yǎng)離不開實(shí)際行動(dòng)，因此，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)注重實(shí)踐性，并能夠通過(guò)實(shí)際操作和實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，理解和承擔(dān)社會(huì)責(zé)任；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也要貼近實(shí)際生活，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)應(yīng)用于解決社會(huì)問(wèn)題.

學(xué)習(xí)“玫瑰精油的提取”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，教師介紹植物精油的概念和應(yīng)用，講解玫瑰精油的提取方法，并引出本節(jié)課的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：用丁香代替玫瑰進(jìn)行精油提取.先將花瓣剪碎并稱重，記下重量，然后將剪碎的花瓣放入蒸餾燒瓶中，加入適量的水，安裝好蒸餾裝置，開始加熱，進(jìn)行蒸餾提取.蒸餾過(guò)程中，保持穩(wěn)定加熱，直到有液體蒸餾出來(lái)，接著收集蒸餾出的液體，使用無(wú)水乙醇進(jìn)行二次提取，分離出精油部分，記錄提取出的精油量，并進(jìn)行觀察和記錄精油的顏色、氣味等性質(zhì).然后，學(xué)生將玫瑰精油和丁香精油的提取數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，分析兩種花瓣的精油含量及其提取效率，觀察和記錄兩種精油的顏色、氣味等性質(zhì)，討論其經(jīng)濟(jì)價(jià)值和潛在應(yīng)用.最后，教師引導(dǎo)學(xué)生討論在提取精油過(guò)程中如何減少對(duì)環(huán)境的影響，如廢棄物處理、資源節(jié)約等，以及討論丁香的廣泛分布及其精油的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，探索如何利用本地生物資源進(jìn)行生產(chǎn)和開發(fā).實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生了解了如何在提取過(guò)程中減少對(duì)環(huán)境的影響，增強(qiáng)了環(huán)境保護(hù)意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感.

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新開展，是培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的關(guān)鍵渠道.教師在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)注重實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的探究性、實(shí)踐性和關(guān)聯(lián)性，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)、自主探究和創(chuàng)新思考.只有真正將創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與核心素養(yǎng)有機(jī)融合，才能夠全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，真正培養(yǎng)適應(yīng)未來(lái)社會(huì)需求的全面發(fā)展的人才.

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［責(zé)任編輯：季春陽(yáng)］