基于核心素養的實驗教學模式的應用

虞珍珍

【摘要】本文以探究影響有絲分裂因素的二次實驗為例，闡述了新的實驗教學模式——二次實驗的教學流程和教學意義。二次探究實驗是指教師在保證傳統實驗教學的知識體系和基本技能培養的基礎上，針對學生在初次實驗中發現的問題，引導學生進行第二次探究實驗的教學模式。實驗的目的讓學生完全參與實驗探究、拓展思維，培養學生搜集和處理信息能力、分析和解決問題的能力、交流傾聽與合作學習的能力，從而落實生物學核心素養的培養。

【關鍵詞】實驗教學 二次探究教學 核心素養

【中圖分類號】G633.91 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）44-0162-02

浙江省新一輪的課程改革已經指向核心素養的培養。生物學科核心素養中有一項表現就是科學探究，能夠發現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及結果的交流與討論。根據浙科版課標要求必修教材中有19個學生必做實驗，其中屬于探究性活動的是6個，其余均是觀察類或驗證性實驗，而新的選考試題中基本以探究性質的實驗設計題在為主。

二次實驗探究教學法是對教材實驗的一種改編，一種新的實驗課堂模式，其過程就是針對教材中的一個實驗，進行兩次，甚至多次，以便給學生不同的體驗，第一次是驗證性實驗或是依據教材的模仿探究實驗，第二次則是針對第一次實驗中產生的問題，從不同角度或同一個角度，嘗試重新設計探究性實驗來解決問題。這是實驗教學實施過程中對于學生學習方式的一項變革，是針對傳統實驗教學不利于培養創新型人才和當前探究性實驗教學的可操作性差等缺點而提出的[1]。

一、二次實驗探究教學實例

下面筆者以浙科版生物高中必修1中“觀察植物細胞有絲分裂”為例，來闡述二次實驗探究法在生物學實驗教學中的應用。該實驗操作步驟多，每一步驟的不確定因素都可能影響實驗結果，初次實驗的效果往往不理想。從探究活動上看，該實驗屬于“零級水平探究”。若通過開展二次探究實驗來探究操作步驟中對實驗結果的影響因素，既可深化教學目標，又能加強對學生自主探究能力的培養。現以此實驗為例，論述二次實驗探究法在實驗教學中的應用。

上述是二次探究實驗的操作流程圖。整個實驗教學過程由“理論知識的學習——第一次驗證性實驗——第二次探究性實驗——實驗評價”等幾個階段組成，將原本的觀察類驗證性實驗改編成探究性實驗。這樣的實驗教學模式既鞏固理論知識，又培養學生實驗動手和探究能力，提高實驗課堂的教學質量。

1.初次實驗，發現問題。第一次實驗過程基本按照教材提供的方案進行，通過實驗讓學生初步了解實驗的方法步驟及操作中的注意事項。根據筆者以往的教學實踐，學生的實驗結果往往不佳：較多裝片細胞之間重疊較多，內部細胞染色效果較差，有些裝片則根尖壓得過爛，難以找到分生區細胞。從學生實驗結果可引出許多進一步探索的問題，如：①洋蔥根尖是不是觀察有絲分裂實驗的最佳材料？②培養時間過久會不會導致洋蔥根尖老化細胞分裂變少？③取材時間會不會影響實驗結果？④教材中的解離時間、漂洗時間夠了嗎？⑤內部細胞染色效果差是不是因為染色時間不足？等等。

2.提出假設，制定方案。針對學生提出的問題，把二次探究的問題范圍分為若干組，分別從材料和步驟反思等分析第一次的實驗結果。每個小組圍繞著如何更清楚的觀察到植物有絲分裂圖像，提出自己的各種看法并設計的新的實驗方案。現以分為兩大組為例，第一大組主要圍繞植物材料選擇和固定時間進行探究。從很多資料文獻中查閱到洋蔥、大蒜、蔥、蠶豆、風信子、水仙花、綠豆等根尖都曾做過有絲分裂的研究，并且發現不同的根尖材料在不同時間段的分裂情況也不一樣，于是選擇常見的易培養的幾種植物材料，在不同的時間取樣固定來探究有絲分裂情況。另一大組同學針對有絲分裂的操作步驟進行改良探究。通過將室溫下解離改為水浴加熱解離，又因為不知合適的水浴時間，所以探究不同水浴時間的解離效果，同時探究不同的染料的不同效果。將兩大組同學的實驗方案合并如表：

3.二次探究，得出結論。由于課堂時間有限，二次探究分為課前準備與課內實驗。課前完成材料準備如植物根尖的培養和不同時間段的取材固定（圖1，圖2），還需對設計的操作步驟進行預實驗，作出適當的調整。課堂內，將學生分成多個小組，每個小組2～3人，完成對材料、取材時間、3種不同的水浴時間解離。利用每一步驟的等待時間，引導學生思考相關的問題，比如解離完成的標志、壓片的技巧、結果如何分析等，盡量保證學生在課堂有事可做，控制課堂紀律。最后學生用數碼顯微鏡觀察現象，相互比較討論分析，填寫實驗記錄表。教師用主機臺屏幕觀察學生的實驗結果，并將清晰的圖片進行投影、點評。實驗結果發現這4種材料相比較發現：比起洋蔥（圖3），大蒜根尖材料最好（圖4），能看到較多的分裂細胞。蠶豆根尖較粗，漂洗、染色時間需要更久，壓片難度大，觀察效果不佳。蔥根尖比較纖細，學生不易操作，容易夾碎，細胞較小，有絲分裂特征圖像難以觀察到。操作步驟將鹽酸常溫解離改為水浴加熱解離，確實能加快解離速度，將教材原過程的10～15 min解離時間縮短為8 min，且得到較好效果。用流動的清水漂洗后染色效果更佳。因為課堂時間有限，在已有的實驗結果基礎上探究不同的染料的染色效果可在課后完成。

4.總結評價，深化拓展。評價是二次實驗法教學必不可少的一環，需要建立起一種能夠激勵和促進學生在知識、技能、思維、心理、觀念態度和創新精神等方面協調發展的評價理念。教師在實驗總結階段要引導學生進行綜合評價和自我反思。

“二次”實驗教學模式不是只進行兩次實驗，它是一種探究式課堂，對于有興趣的學生來講還可以繼續進行第三次、第四次，直至達到理想效果。學生在探究過程中發現一些感興趣但來不及或者中學實驗條件尚不具備，但很值得繼續探討的問題，可以進一步拓展延伸到課堂外。如本實驗因為還有好幾組裝片觀察到的圖像并不清晰，不完美的結果可以引發學生新的探究思維，部分學生提出可以繼續探究染色時間，染色劑濃度，和染料種類等等。在課外，部分學生探究了不同染色劑對染色體效果，發現苯酚品紅作為染料效果比龍膽紫更佳（圖5）。

二、二次實驗探究的教學意義

1.二次探究實驗對學生的影響

在二次探究實驗教學中，第一次實驗對象為全體學生，教學目標讓學生熟悉實驗步驟，掌握臨時裝片制作技能。第二次實驗對象為選考學生，圍繞著如何才能看清細胞分裂圖像對本實驗進行不同角度的探究。二次探究實驗需要學生在實驗前翻閱資料，自主設計，實驗過程中分工合作，仔細操作，實驗后討論反思。這樣的實驗教學潛移默化的強化了學生的實驗設計思路，多次嘗試之后大多數學生都能在規定的時間內寫出一份較完整的實驗設計，格式規范，語言科學嚴密。

2.二次探究實驗對教師的影響

二次實驗法實驗教學模式中重視學生的自主體驗和探究，但這并不意味著放棄教師的指導，而是對教師的要求更高。對教師而言，首先要選擇教材中哪些實驗適合開展二次探究，在生物必修教材中，比如可以探究觀察葉綠體的影響因素，探究質壁分離和質壁分離復原實驗影響因素，探究哪些溶液適合提取和分離光合色素，探究影響光合色素的分離因素等等。其次新的探究實驗操作步驟可能是第一次接觸，教師有必要進行預實驗，事先了解實驗的安全隱患，在學生進行實驗操作時的巡回指導。教師要保證學生安全操作，糾正操作錯誤，提升操作技能。最后，因為二次實驗教學過程不再完全按照教師的設計程序和思路進行，教師將面對的是學生突然提出的五花八門的實驗方案和層出不窮的問題，教師引導學生全面多角度看待、分析、解決問題，不偏離正題。所以這種教學模式是對教師的指導能力、自身的實驗操作能力、解決實際問題的能力、判斷能力和應變能力的一個巨大挑戰。上完這樣的一堂課，事先的準備工作遠遠大于課堂時間，對教師自身的專業發展有明顯的促進作用[2]。

二次實驗教學模式對于克服當前中學驗證性實驗教學不利于培養學生創新思維與探究性實驗教學制約因素多，開課率低的弊端具有及其重要意義。該教學模式不僅有助于培養學生勇于質疑、樂于探究的科學精神，而且可以鍛煉學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，這與當前新課改的核心素養教育的出發點是相契合的。

參考文獻：

[1]謝潔奕.高中物理教材實驗二次開發的教學研究[J].中學生數理化學研版，2011（12）：54

[2]陳曉清.二次實驗法教學的探索與實踐 [J].生物學通報，2013（2）：51—53