例談高中生物教學(xué)中如何發(fā)展學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)

李鵬飛

要達(dá)成“立德樹(shù)人”的教育目標(biāo)，發(fā)展學(xué)生的“核心素養(yǎng)”是關(guān)鍵舉措。“核心素養(yǎng)”以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心，注重發(fā)展學(xué)生的科學(xué)精神、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、實(shí)踐創(chuàng)新等方面的能力，培養(yǎng)有人文底蘊(yùn)、能健康生活、有責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)哪芙K身發(fā)展的現(xiàn)代公民。

“核心素養(yǎng)”是跨學(xué)科素養(yǎng)，生物學(xué)作為自然科學(xué)中的一門基礎(chǔ)學(xué)科，不僅有本學(xué)科結(jié)論豐富的知識(shí)體系，也是醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、農(nóng)業(yè)工程、環(huán)境保護(hù)、城市規(guī)劃和建設(shè)及其他有關(guān)的科學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)包括了人類認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象和規(guī)律的一些特有的思維方式和探究過(guò)程。因此，在培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的“核心素養(yǎng)”中，生物學(xué)科也有著豐富的內(nèi)涵。

1 生物學(xué)核心素養(yǎng)的具體內(nèi)涵

1.1 生命觀念

培養(yǎng)學(xué)生生物體的結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)，行使相應(yīng)的功能必須有對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)；具有物質(zhì)和能量觀，明白吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)是伴隨著ATP的水解和ATP的合成進(jìn)行的，生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)是能量流動(dòng)的渠道，能量是物質(zhì)循環(huán)的動(dòng)力；具有進(jìn)化的觀點(diǎn)，適者生存不適者被淘汰，進(jìn)化是適應(yīng)環(huán)境的表現(xiàn)，理解進(jìn)化的本質(zhì)；具有穩(wěn)態(tài)與平衡觀，個(gè)體和環(huán)境都通過(guò)反饋調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)。

1.2 理性思維

理性思維是一種建立在證據(jù)和邏輯推理基礎(chǔ)上的思維，理性思維的類型有比較與分類、分析與綜合、歸納與演繹、抽象與概括、建立模型、批判性思維等。培養(yǎng)學(xué)生在有關(guān)生物學(xué)的問(wèn)題情境中，基于事實(shí)和證據(jù)，利用相關(guān)的生物學(xué)原理，通過(guò)邏輯推理予以闡述。

1.3 科學(xué)探究

在科學(xué)探究過(guò)程中學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)、發(fā)展理性思維、培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度，是一種綜合能力的發(fā)展。科學(xué)探究的過(guò)程包括根據(jù)現(xiàn)象提出問(wèn)題、對(duì)問(wèn)題作出假設(shè)、制訂探究方案（或探究實(shí)驗(yàn)）、實(shí)施方案（或?qū)嵤?shí)驗(yàn)）、獲取結(jié)果（實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或數(shù)據(jù)）、得出結(jié)論、表達(dá)和交流以及進(jìn)一步探究。在此過(guò)程中，教師可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、提出問(wèn)題能力、獲取信息能力（如查閱資料能力）、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、理性思維能力、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、表達(dá)和交流能力等。

1.4 社會(huì)責(zé)任

生物科技的迅速發(fā)展，使得高新技術(shù)越來(lái)越多地進(jìn)入人們的生活中，如試管嬰兒、克隆技術(shù)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、植物組織培養(yǎng)等。科學(xué)是一把雙面劍，高新技術(shù)的興起，一方面在醫(yī)療、衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)等諸多方面提高生產(chǎn)力，讓人們的生活和社會(huì)越來(lái)越美好；而另一方面也帶來(lái)不少隱憂，諸如轉(zhuǎn)基因食品是否安全、設(shè)計(jì)試管嬰兒嚴(yán)重沖擊人類道德底線、基因身份證會(huì)否引起新的社會(huì)歧視等。因此，教師應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生正確的認(rèn)知觀，辨別迷信和偽科學(xué)；積極主動(dòng)地參與社會(huì)討論中的生物學(xué)議題，并作出理性的判斷和解釋；能主動(dòng)向他人宣傳健康生活、關(guān)愛(ài)生命和保護(hù)環(huán)境等相關(guān)知識(shí)。

2 發(fā)展學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的途徑

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的重要途徑

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，高中生物學(xué)教材中也有很多探究性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。教師可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生深入理解相關(guān)知識(shí)，同時(shí)發(fā)展學(xué)生的理性思維和探究能力。

如，探究外界溶液濃度與植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離的關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)中，教師除了讓學(xué)生觀察到植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離和質(zhì)壁分離復(fù)原的現(xiàn)象外，還可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)素養(yǎng)。

2.1.1 在實(shí)驗(yàn)材料的選取上展開(kāi)討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師提出以下問(wèn)題供學(xué)生討論：

① 本實(shí)驗(yàn)為什么選用紫色洋蔥鱗片葉外表皮？?jī)?nèi)表皮可否？

② 利用洋蔥還可以做哪些高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)？

答案：① 紫色洋蔥鱗片葉外表皮為成熟植物細(xì)胞，細(xì)胞有紫色大液泡，便于觀察。內(nèi)表皮沒(méi)有色素，不便于觀察，故不可行。

② 洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮可用于“觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布”，培養(yǎng)洋蔥根尖可用于“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”和“低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化”，洋蔥管狀葉可用于“提取和分離綠葉中的色素”。

2.1.2 重視對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的分析，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展科學(xué)探究

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是在充分理解實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，在保證安全的前提下，結(jié)合現(xiàn)有的材料用具，科學(xué)地綜合性地設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)流程和預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)教師中已經(jīng)給出的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，學(xué)生可先按照教材實(shí)驗(yàn)操作，并觀察記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，然后嘗試對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。如本實(shí)驗(yàn)中，教師可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考：

① 能否用蘚類小葉做此實(shí)驗(yàn)（圖1）？

② 若可行，則在顯微鏡下觀察到A、B處顏色分別是什么？

③ 若在滴入的蔗糖溶液（0.3 g/mL）中加有伊紅（植物細(xì)胞不吸收的紅色染料），則在顯微鏡下觀察到A、B處顏色分別是什么？

④ 能否先做質(zhì)壁分離復(fù)原實(shí)驗(yàn)，再做質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)？為什么？

答案：① 能 ②無(wú)色 綠色 ③ 紅色 綠色 ④ 否 沒(méi)有質(zhì)壁分離，就沒(méi)有后續(xù)的質(zhì)壁分離復(fù)原，此兩步驟具有時(shí)間的先后和邏輯的因果關(guān)系。

2.1.3 圍繞實(shí)驗(yàn)結(jié)果開(kāi)展進(jìn)一步討論，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維

人們把引起50%左右的細(xì)胞發(fā)生初始質(zhì)壁分離的濃度稱為等滲濃度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可以測(cè)出洋蔥鱗片葉外表皮的等滲濃度。在此基礎(chǔ)上，教師可提出如下問(wèn)題，供學(xué)生思考討論：

（1） 為什么是50%左右的細(xì)胞，而不是100%？

（2） 為什么不是所有的細(xì)胞同時(shí)發(fā)生質(zhì)壁分離，而有先后之分？洋蔥的其他部位發(fā)生質(zhì)壁分離的等滲濃度也是該數(shù)值嗎？其他植物呢？

（3） 還可更精確的測(cè)出等滲濃度嗎？

答案：（1） 100%的細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離，說(shuō)明蔗糖溶液濃度明顯高于細(xì)胞液濃度；沒(méi)有細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離，說(shuō)明細(xì)胞處于吸水狀態(tài)，蔗糖溶液濃度明顯低于細(xì)胞液濃度；所以50%左右的細(xì)胞發(fā)生初始質(zhì)壁分離的濃度稱為等滲濃度

（2） 不同的細(xì)胞代謝狀況不同，細(xì)胞液濃度不同，滲透壓不同。不是。不是。

（3） 可以，進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，在本實(shí)驗(yàn)等滲濃度附近設(shè)置蔗糖濃度梯度更小的實(shí)驗(yàn)組。

評(píng)析：教科書(shū)中的實(shí)驗(yàn)通常有明確的實(shí)驗(yàn)原理、確定的實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)步驟。實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生往往會(huì)不假思索，按部就班地進(jìn)行操作，得到預(yù)期結(jié)果便算完成了任務(wù)，雖一定程度鍛煉了實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，但忽略了發(fā)散思維、理性思維和探究精神的培養(yǎng)。本例實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題設(shè)置，是圍繞培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求制訂的。問(wèn)題設(shè)置體現(xiàn)了“生命觀念”的要素，指向結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)，同時(shí)發(fā)展了學(xué)生的發(fā)散思維，反映了“理性思維”的要素。

2.2 探究性學(xué)習(xí)是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵舉措

在日常教學(xué)中，探究性學(xué)習(xí)一點(diǎn)一滴地滲透開(kāi)展，能很好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)、創(chuàng)新能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)合作能力以及表達(dá)交流等方面的能力。

如，探究溫度對(duì)酶活性的影響。在實(shí)施本實(shí)驗(yàn)之前，教師可和學(xué)生一起探究如下問(wèn)題：

（1） 本實(shí)驗(yàn)自變量、因變量、無(wú)關(guān)變量分別是什么？

（2） 有如下實(shí)驗(yàn)步驟：

① 取3支試管，編號(hào)1、2、3并各注入2 mL淀粉溶液；

② 另取3支試管，編號(hào)A、B、C并向各試管注入1 mL淀粉酶溶液；

③ 向各試管滴入1滴碘液；

④ 將3支試管分別放在冰塊、37℃水和沸水中維持溫度5 min；

⑤ 觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；

⑥ 將A、B、C試管溶液分別加入1、2、3試管中混合。

以上實(shí)驗(yàn)步驟最合理的順序應(yīng)為（ ）

A. ①④→②→⑥④→③→⑤

B. ①②→⑥④→③→⑤

C. ①④→②④→⑥→③→⑤

D. ①④→②④→⑥④→③→⑤

（3） 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的鑒定能否改為加斐林試劑水浴加熱？

評(píng)析：通過(guò)對(duì)（1）的討論，學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)變量的理解，明確本實(shí)驗(yàn)的對(duì)照原則。通過(guò)對(duì)（2）實(shí)驗(yàn)步驟的探討，學(xué)生明確對(duì)自變量處理的有效性，養(yǎng)成理性思維的習(xí)慣。問(wèn)題（3）的回答是否定的，原因是如果選用斐林試劑，反應(yīng)時(shí)需要水浴加熱50～65℃來(lái)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，那么可能置于低溫條件（冰塊）下的酶逐漸恢復(fù)活性而導(dǎo)致部分淀粉被水解生成還原糖，結(jié)果與置于適宜溫度條件的試管中一樣都會(huì)出現(xiàn)磚紅色沉淀的現(xiàn)象，從而不能達(dá)到檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的目的。

通過(guò)探討，最終可確定實(shí)驗(yàn)步驟如表1所示。

2.3 注重生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)，培養(yǎng)其理性思維和科學(xué)探究精神

生物學(xué)作為自然科學(xué)，包括了人類認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象和規(guī)律的一些特有的思維方式和探究過(guò)程，通過(guò)生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)，教師引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)悟生物學(xué)家的科學(xué)研究方法、科學(xué)思想、科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度。

如，對(duì)生物膜的探索歷程。教師提供科學(xué)史資料：

細(xì)胞膜不僅是細(xì)胞的邊界，而且還承擔(dān)著控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞以及實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間信息交流的功能，那么細(xì)胞膜的具體成分和結(jié)構(gòu)又是什么呢？在歷史上，為解決這些疑問(wèn)，生物學(xué)家先后開(kāi)展了很多的實(shí)驗(yàn)。

（1） 19世紀(jì)末，歐文頓用500多種物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞進(jìn)行上萬(wàn)次的通透性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)脂溶性物質(zhì)容易透過(guò)細(xì)胞膜，不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)透過(guò)細(xì)胞膜十分困難。這表明細(xì)胞膜的主要成分中應(yīng)有哪類物質(zhì)？（提示學(xué)生：化學(xué)課上學(xué)習(xí)的相似相溶原理）

（2） 歐文頓認(rèn)為，膜是由脂質(zhì)組成的。歐文頓的推論是否正確呢？細(xì)胞膜中還有其他物質(zhì)嗎？20世紀(jì)初，科學(xué)家將從哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞中分離出來(lái)的膜進(jìn)行化學(xué)分析，結(jié)果表明膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。

（3） 脂質(zhì)和蛋白質(zhì)是怎樣形成膜的呢？1925年，兩位荷蘭科學(xué)家用有機(jī)溶劑丙酮提取人的紅細(xì)胞膜中的脂質(zhì)，并將它在空氣-水界面上展開(kāi)時(shí)，測(cè)得單分子層的面積恰為紅細(xì)胞表面積的兩倍。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果能說(shuō)明什么問(wèn)題？

上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程可以很好地展現(xiàn)當(dāng)年科學(xué)家的研究思路；同時(shí)通過(guò)對(duì)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的推理分析，學(xué)生順其自然地理解細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)。

（4） 蛋白質(zhì)位于脂雙層的什么位置呢？20世紀(jì)50年代科學(xué)家羅伯特森利用電子顯微鏡觀察細(xì)胞膜，發(fā)現(xiàn)它由“暗—亮—暗”的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。于是他提出生物膜的“蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)”三層結(jié)構(gòu)模型，并描述為靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。

（5） 有什么證據(jù)證明細(xì)胞膜中的物質(zhì)是不斷運(yùn)動(dòng)的呢？1970年，科學(xué)家用綠色和紅色熒光染料分別標(biāo)記小鼠和人細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)分子，然后誘導(dǎo)兩個(gè)細(xì)胞融合。融合細(xì)胞一半發(fā)綠色熒光，另一半發(fā)紅色熒光。但在37 ℃條件下培養(yǎng)40 min，兩種顏色的熒光均勻分布。這一實(shí)驗(yàn)，又能證明什么？

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)分析，學(xué)生很容易得出細(xì)胞膜具有流動(dòng)性的特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，教師展示1972年桑格和尼克森提出的生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型，水到渠成。

2.4 開(kāi)發(fā)校本課程，培養(yǎng)學(xué)生人文情趣和社會(huì)責(zé)任

校本課程的開(kāi)發(fā)既能幫助學(xué)生更好地理解生物學(xué)知識(shí)，又能在自然與社會(huì)之間搭建溝通的橋梁，提高學(xué)生的人文素養(yǎng)和對(duì)學(xué)校對(duì)家鄉(xiāng)的認(rèn)同感，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任意識(shí)。

如目前我校生物組借助學(xué)校第二課堂平臺(tái)，在學(xué)生社團(tuán)“中山二中生物社”內(nèi)開(kāi)展了葡萄酒的釀造、紅樹(shù)林物種多樣性研究（資料查閱）、紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)策略研究、葉脈書(shū)簽的制作、制作生態(tài)缸、生物電影賞析等活動(dòng)。一方面可以拓展學(xué)生的視野和培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力，同時(shí)發(fā)展學(xué)生的理性思維以及對(duì)環(huán)境保護(hù)的責(zé)任意識(shí)和擔(dān)當(dāng)精神。校本課程的開(kāi)發(fā)，可一定程度上滿足學(xué)生的興趣發(fā)展和個(gè)性培養(yǎng)，同時(shí)能為學(xué)生的進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，為其職業(yè)規(guī)劃啟發(fā)萌芽，還可以培養(yǎng)學(xué)生關(guān)心家鄉(xiāng)、服務(wù)家鄉(xiāng)的情感。

2.5 學(xué)科融合，培養(yǎng)學(xué)生思考問(wèn)題全局觀，提高學(xué)生問(wèn)題解決能力

“核心素養(yǎng)”是跨學(xué)科素養(yǎng)，自然科學(xué)中的數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等各門學(xué)科，其研究方法、思想方法、基本原理等都有著密切的聯(lián)系。教師要注意學(xué)科間的聯(lián)系，充分體現(xiàn)自然界是一個(gè)統(tǒng)一的整體，有利于學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì)和研究方法，有利于學(xué)生建立科學(xué)的生命觀，發(fā)展生物學(xué)核心素養(yǎng)。

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