淺談基于核心素養(yǎng)的中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)變革

□劉 軼

2016年9月，《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》正式發(fā)布，所謂核心素養(yǎng)是學(xué)生應(yīng)具備的，能夠適應(yīng)終生發(fā)展和社會發(fā)展的必備品格和關(guān)鍵能力，發(fā)展核心素養(yǎng)將會成為未來教育的核心。在教學(xué)實(shí)踐中，將核心素養(yǎng)轉(zhuǎn)化為學(xué)科素養(yǎng)才能讓核心素養(yǎng)真正得以落實(shí)?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) （征求意見稿）》便提出了生物學(xué)課程從生命觀念、理性思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任等方面發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

隨著 《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》和 《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) （征求意見稿）》的推行，生物學(xué)科教學(xué)發(fā)生著翻天覆地的變化，以學(xué)生為主體，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)活動(dòng)，在新型教學(xué)資源與多種形式的課堂活動(dòng)輔助下歷練學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力、探究能力、分析問題和解決問題的能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，從而全面培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為生物學(xué)科教學(xué)的重要組成部分是培養(yǎng)核心素養(yǎng)的重要途徑。然而，現(xiàn)階段生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍面臨諸多問題：學(xué)生對學(xué)科興趣不大，學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力不夠；學(xué)生對知識掌握不全面，仍然通過講、記、背的形式掌握理論知識；課本知識、考試知識掌握得較好，對于課外的知識了解太少，知識的應(yīng)用、理論聯(lián)系實(shí)際的能力欠缺；學(xué)生動(dòng)手能力不強(qiáng)，對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方法、步驟只知其然，不知其所以然，創(chuàng)新意識缺乏；教師在教學(xué)過程中過分看重實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)試功能而忽略了實(shí)踐功能，課堂上忽視了學(xué)生的主體作用，導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)踐能力和動(dòng)手能力差，科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)探究能力較弱。在這些問題的影響下，目前生物實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效率不高，教學(xué)效果不佳。核心素養(yǎng)、新課標(biāo)甚至新高考都對生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了更高的要求，故實(shí)驗(yàn)課程改革與創(chuàng)新迫在眉睫。

在中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)明確學(xué)生的主體地位，設(shè)計(jì)豐富有趣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓學(xué)生主動(dòng)思考、深入探究，在思考問題與解決問題中把握生物學(xué)科學(xué)習(xí)的真諦。同時(shí)，要?jiǎng)?chuàng)新學(xué)習(xí)形式與教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐運(yùn)用能力，激活他們的創(chuàng)新思維。

一、創(chuàng)新教學(xué)形式，寓學(xué)于樂

創(chuàng)新學(xué)習(xí)形式是新課標(biāo)的要求，如何在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中達(dá)到這一效果呢？興趣是最好的老師，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容趣味化、生活化，寓學(xué)于樂，以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)科樂趣，讓停留于教材的生物知識真正走進(jìn)學(xué)生，讓枯燥無趣的實(shí)驗(yàn)課變得多姿多彩。教師可帶領(lǐng)學(xué)生開展生物模型與標(biāo)本制作、植物敲拓染、人工琥珀制作等活動(dòng)，開設(shè)精油提取、精油皂制作、酸奶制作、生態(tài)瓶制作等學(xué)生感興趣的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生真正參與到實(shí)驗(yàn)中來，真正發(fā)揮學(xué)生的主體作用，讓他們在活動(dòng)與實(shí)驗(yàn)中體驗(yàn)生物學(xué)科的樂趣，內(nèi)化生物學(xué)知識，進(jìn)而培養(yǎng)生物學(xué)科核心素養(yǎng)。例如，生態(tài)瓶的制作能讓學(xué)生深入理解生態(tài)學(xué)知識，將人與自然、科學(xué)緊密聯(lián)系在一起，融入生態(tài)教育、生命教育。

此外，還可以改變教學(xué)模式來創(chuàng)新教學(xué)形式。翻轉(zhuǎn)課堂作為近年來興起的一種新型教學(xué)模式，是指重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時(shí)間，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生。課前讓學(xué)生通過以教學(xué)視頻為主的教學(xué)資源實(shí)現(xiàn)知識的傳授，課上通過同學(xué)討論、個(gè)別化輔導(dǎo)、自主探究或者測驗(yàn)題等方式完成知識的內(nèi)化的一種教學(xué)模式。利用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的優(yōu)勢，設(shè)計(jì)基于翻轉(zhuǎn)課堂的生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。例如，將 “練習(xí)使用顯微鏡”和 “饅頭在口腔中的變化”兩節(jié)內(nèi)容分別作為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和探究性實(shí)驗(yàn)的案例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，能達(dá)到理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合的效果，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式新穎，學(xué)生參與度高，教學(xué)效果較佳。[1]

二、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)材料、方法與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

創(chuàng)新力的提高是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要保障，而實(shí)驗(yàn)是提高創(chuàng)新力的有效方式。實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新從核心素養(yǎng)的角度來看，能培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和科學(xué)素養(yǎng)。從學(xué)生的終生發(fā)展而言，能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新潛能，引導(dǎo)學(xué)生思考，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性和諧發(fā)展；從學(xué)科教學(xué)而言，可以提高學(xué)生的參與度，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。在生物實(shí)驗(yàn)開展中，可從以下方面進(jìn)行創(chuàng)新：

1.實(shí)驗(yàn)材料創(chuàng)新。“葉綠體中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)分為提取和分離兩個(gè)過程，提取材料為菠菜，根據(jù)實(shí)際情況可用生菜、韭菜等鮮嫩綠色較深的植物材料代替。分離過程中濾紙條放入試管中容易接觸到試管壁上的層析液，可以將試管換為小燒杯，底部放適量層析液，將高于燒杯的濾紙條頂部折彎掛在燒杯上稍微傾斜即可。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)材料可以利用身邊的資源，就地取材。例如，在 “綠葉在光下制造有機(jī)物”實(shí)驗(yàn)中，所用到的天竺葵并非所有地方都有，可使用常見的酢醬草或蔓花生等野生小植株替代天竺葵，效果良好；在 “觀察小魚尾鰭血液流動(dòng)現(xiàn)象”時(shí)，可使用常見的蝌蚪替代小魚，就地取材，方便適合并節(jié)約購買經(jīng)費(fèi)。[2]

2.實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新。教材上的有些實(shí)驗(yàn)過程緩慢、耗時(shí)長，且實(shí)驗(yàn)效果不佳，可以通過一定手段對其進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)與創(chuàng)新，提高實(shí)驗(yàn)效率。用料理機(jī)或打漿機(jī)替代人工研磨、用恒溫可調(diào)節(jié)水浴鍋代替酒精燈進(jìn)行水浴加熱。

借助新技術(shù)對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新，例如，利用傳感器開展生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，可將實(shí)驗(yàn)中不可見的現(xiàn)象成為可見，把難以測定的數(shù)據(jù)變得方便測定，還能實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，展現(xiàn)生命現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)過程，且用傳感器測得的數(shù)據(jù)較精確，靈敏度高，能捕捉到微弱的變化。[3]目前傳感器已被用于 “探究生物的呼吸方式” “生物體維持PH穩(wěn)定的機(jī)制” “環(huán)境因素對光合作用強(qiáng)度的影響”[4]等實(shí)驗(yàn)。又如，對于顯微鏡觀察類實(shí)驗(yàn)可借助于顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)。通過顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)，教師能在終端計(jì)算機(jī)中看到每組學(xué)生的操作情況，并及時(shí)對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。而且利用配套操作軟件能將事先準(zhǔn)備好的顯微形態(tài)結(jié)構(gòu)、生命活動(dòng)等進(jìn)行數(shù)碼攝像，儲存于計(jì)算機(jī)內(nèi)，待需要時(shí)通過多媒體投影到學(xué)生課堂銀幕上或每組學(xué)生的計(jì)算機(jī)終端上。

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新。探究性實(shí)驗(yàn)較驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)更能培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，教師在教學(xué)過程中可對課本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新，將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為探究性實(shí)驗(yàn)。例如。將檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)的實(shí)驗(yàn)融入種子萌發(fā)的過程中，在學(xué)生掌握理論知識的基礎(chǔ)上，帶領(lǐng)學(xué)生鑒定種子萌發(fā)過程中不同階段的有機(jī)物，讓學(xué)生通過顏色的深淺判斷出種子萌發(fā)過程中糖類、脂肪、蛋白的變化趨勢。這種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能讓學(xué)生對糖類、脂肪和蛋白質(zhì)的鑒定及種子萌發(fā)過程的理解更深入。又如，將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn) “唾液淀粉酶對淀粉的分解作用”變?yōu)樘骄啃詫?shí)驗(yàn) “探究唾液淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解”，也改變了實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，改變學(xué)生學(xué)習(xí)方式。[5]此外，教師還可讓學(xué)生對教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。如 “綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)中可引導(dǎo)學(xué)生對色素提取方法改進(jìn)進(jìn)行探究。[6]教材實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)既能增強(qiáng)學(xué)生對學(xué)科知識的理解，也提升了學(xué)生分析問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。

三、拓展實(shí)驗(yàn)寬度，豐富實(shí)驗(yàn)課程

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) （征求意見稿）》對生物學(xué)科教學(xué)內(nèi)容作了較大幅度的調(diào)整，教學(xué)內(nèi)容少而精。課程是教學(xué)的生命，生物實(shí)驗(yàn)課程豐富，開設(shè)有必修與選修課程。其中，必修主要是課本實(shí)驗(yàn)，選修實(shí)驗(yàn)可設(shè)置成進(jìn)階式的課程，包含興趣課程、拓展課程、專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程。興趣課程開設(shè)諸如精油提取、精油皂與精油潤唇膏制作、酸奶制作、植物敲拓染等課程；拓展課程主要是結(jié)合教材知識點(diǎn)開設(shè)新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如植物向性運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以要求學(xué)生不局限于課本上的實(shí)驗(yàn)材料和用品，自己選擇合適的實(shí)驗(yàn)材料和用品開展實(shí)驗(yàn)；專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程主要是讓學(xué)生掌握植物組織培養(yǎng)、微生物的培養(yǎng)與分離、微生物鑒定、凝膠電泳、基因擴(kuò)增、分子雜交等實(shí)驗(yàn)技術(shù)。多元化的課程設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在掌握課本知識的基礎(chǔ)上，更深入掌握科學(xué)研究的思路與方法，有利于學(xué)生的終生發(fā)展。

四、增加實(shí)驗(yàn)深度，引導(dǎo)學(xué)生開展課題研究

實(shí)驗(yàn)探究既是生物學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)在要素，又是綜合培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的一種有效方法。如果生物實(shí)驗(yàn)僅限于教材中的內(nèi)容，就不能達(dá)到新課標(biāo)的要求，所以，生物實(shí)驗(yàn)教師除了完成常規(guī)實(shí)驗(yàn)課程，還需引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注現(xiàn)實(shí)世界中的生物學(xué)問題，在課余時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究、課題研究，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)更深刻地理解專業(yè)知識。通過此種形式培養(yǎng)學(xué)生提出問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、合作意識、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度。對于課題方向的選擇，我們可以從日常生活中與生物學(xué)相關(guān)的問題入手，如環(huán)境保護(hù)、食品營養(yǎng)與安全、社會倫理、醫(yī)藥衛(wèi)生等，這些研究內(nèi)容能充分體現(xiàn)生物學(xué)科核心素養(yǎng)的社會責(zé)任。

生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生能力的重要途徑，既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鞏固理論知識，又能培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手操作能力、科學(xué)探究與創(chuàng)新能力。在新時(shí)代背景下，教師在日常教學(xué)中要善于挖掘能培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的實(shí)驗(yàn)，開發(fā)相關(guān)課程與活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提升，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。