基于生物學學科核心素養的教材實驗二次開發實踐探索

陳玉梅 楊春 吳依妮

摘要：針對浙科版教材實驗的二次開發，以舉例的方式從完善教材實驗方案、改進教材實驗效果和教材實驗的創新三個方面進行了闡述，為更好地開展實驗教學，發展學生的生物學學科核心素養提供了思路。

關鍵詞：教材實驗 二次開發 生物學學科核心素養

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：B

生物學是一門以實驗為基礎的自然科學。生物學實驗以其直觀形象性為學生認識和掌握生物知識提供了感性材料。學生親歷實驗過程，仔細分析，使感性認識上升到理性認識，能更好地理解和掌握生物學知識，其發現問題、分析和解決問題的能力也會得到較好的發展。在生物學實驗中，教師還可以發展學生探索求真的科學精神和科學態度。生物學教學重視實驗教學，不僅充分體現《普通高中生物學課程標準（2017年版）》的基本理念“教學過程重實踐”，也有助于發展學生的生物學學科核心素養。因此，浙科版教材中安排了觀察、模擬、探究和調查等多種類型的實驗。

但是在實際教學中，部分教材中的實驗因課時限制或教材實驗本身的局限性等原因無法開展。有些教材實驗時間過長，無法在一節課開展;有些教材實驗結果不明顯，打擊了教師進行實驗教學的積極性;有些教材實驗，在教材中只有簡單的描述，沒有具體的實驗原理、實驗變量和操作過程，可操作性差。除此之外，教材實驗大多數是驗證性實驗，學生只是通過實驗簡單地驗證了某個實驗現象，缺乏深入的思考和遷移。同時，教材實驗多是定性實驗，學生通過實驗過程可以觀察到具體的實驗現象，而科學探究能力中“利用數學方法處理、解釋數據”的實現必須要依靠定量實驗。針對上述情況，筆者對部分教材實驗進行了二次開發，以期改善實驗教學現狀，發展學生的生物學學科核心素養。

1從“無”到“有”，完善實驗方案

部分教材實驗缺乏完整的實驗方案，從而限制了實際教學過程中相關實驗的開設，如浙科版必修1中的“探究環境因素對光合作用的影響”、必修2中的“制作DNA雙螺旋結構模型”、必修3中的“探究2，4-D對插枝生根的作用”等活動。因此，教師借助校本選修課程，反復實踐，完善了相關實驗的完整方案。例如，對“探究2，4-D對插枝生根的作用”的實驗，教材對于該實驗只提供了2，4-D和盆栽植株，沒有指出具體濃度和操作細節。按照教材上的水培方法，一些木本枝條如迎春花、杜鵑花，很難扦插生根，常溫下浸泡一周左右就會腐爛。而采用土壤扦插，增加了實驗難度，測量周期比較長，一般要30d以上，測量起來比較困難。因此經過摸索，將本實驗材料改為高中學生熟悉的洋蔥，取得了較好的實驗效果。經過完善，本實驗方案如下：

實驗材料與試劑：燒杯若干，大小、生長狀態相同的洋蔥若干。濃度依次為10¹²、10^-11、10^-10……、10^-3mol/L的2，4-D溶液。

實驗步驟：

①取若干燒杯，編號。一組燒杯中裝入蒸餾水，其余燒杯中分別裝入等體積的不同濃度的2，4-D溶液。

②將生長狀態相同的洋蔥放置于燒杯上，洋蔥底部接觸溶液，放置于相同且適宜的環境中培養。

③每天更換燒杯中的溶液，每天定時測量洋蔥的生根數和根的長度，并記錄實驗數據。

經過完善后的實驗，實驗材料更加簡單，實驗時間可以控制在一周內完成，實驗效果明顯。

除此之外，對于模型類實驗，如制作DNA雙螺旋模型、減數分裂模型的制作研究等活動，通過茅根、紙、黏土等教具的使用，也達到了很好的教學效果。完善后的教材實驗可操作性更強，為實際教學中開設相關實驗提供了實踐依據。

2從“有”到“精”，縮短實驗時間，改進實驗效果

針對部分教材實驗時間過長或實驗結果不理想，通過改進實驗材料與裝置進行嘗試，收到了較好的實驗效果。

例如，浙科版必修1“制作并觀察植物細胞有絲分裂的臨時裝片”。制作并觀察植物細胞有絲分裂的臨時裝片主要包括解離、漂洗、染色和制片四個環節。按照教材的操作要求，解離20min，漂洗10min，耗時比較長，在一節課上完成該實驗非常倉促，且實驗效果往往不明顯，難以清晰地觀察到有絲分裂各時期的顯微圖。通過實踐，將鹽酸的體積分數由10%提高到20%，可將解離時間縮短為10min，解離效果基本相同;同時，將染色劑更換為苯酚品紅，染色體著色效果更好，觀察更清晰。

又如，浙科版選修1的“α-淀粉酶的固定化”實驗中，按照教材要求，α-淀粉酶的固定及洗柱過程各需要40min的時間，整個實驗需要2h左右才能完成。通過實踐，改進實驗裝置，將簡易注射器改為既便宜又能輕易買到的夾套保溫層析柱，采用酶活為10000U/g的α-淀粉酶，將酶量提高到6g，可以將酶的固定過程縮短為5min同時可以將洗柱過程更改為蒸餾水用量8mL，洗柱速度1.5mL/min，從而將洗柱時間縮短到10min以內。這樣可以將整個實驗壓縮在一節課內完成，既提高了實驗課效率，又能取得理想的實驗結果。

3從“少”到“多”，從定性到定量，改驗iY性實驗為探究性實驗

多數教材實驗是定性實驗，也是驗證性實驗。因此在實際教學中，教師對學生分析解釋實驗數據、繪制坐標曲線等重要能力的培養只能“紙上談兵”，通過試卷上題目的反復練習來完成。這顯然有悖于新課改的精神，不利于學生科學探究能力的培養。因此，教師可以有針對性地將教材中的部分驗證實驗創新為探究性實驗，創造條件讓學生自己親自設計與分析實驗。

例如，對浙科版必修1“驗證活細胞吸收物質的選擇性”的實驗教材描述得比較簡單，通過比較煮沸與未煮沸的玉米種子經過紅墨水染色后，胚和胚乳的著色情況驗證活細胞的細胞膜具有選擇透性。通過創新，實驗材料選擇甜菜塊根，用打孔器將甜菜塊根打成直徑0.5cm的長條，然后切成1cm的小段，清水中漂洗數次后放入裝滿清水的燒杯中靜置過夜，使破損細胞的甜菜素充分釋放。然后，在每個試管中放入相同數量的甜菜根塊，控制不同的水浴溫度或pH進行實驗，通過分光光度計測定溶液的光密度值。這樣可以探究不同溫度或pH對生物膜選擇透性的影響。創新后的實驗在一節課內可以順利完成，教師可以引導學生利用得到的數據進行坐標圖的繪制，以及實驗誤差的分析與討論等，充分發展了學生的科學探究能力。

實驗課的開設對生物學教學至關重要，教材實驗的二次開發有助于提高實驗課效率，改進實驗效果，同時通過適當的創新，可以更好地發展學生的生物學學科核心素養。但是，教材實驗的二次開發需要大量的時間和精力，需要團隊合作，也可以開發成校本選修等課程，以期達到更好的系統性和操作性，與非實驗教學相輔相成，共同促成學生生物學核心素養的發展。