實驗教學在生物核心素養中的應用

黃華英

摘 要：實驗教學是培養學生的動手能力、獨立思考能力、自學能力以及綜合處理生物學信息的能力的重要途徑，針對現有生物教學存在重課堂教學輕動手實驗等不足，本文分別從培養學生積極參與的意識、驗證實驗上升為探究實驗、培養學生注重細節善于分析的能力、培養學生收集和處理生物學信息的能力和培養學生設計簡單實驗方案的能力等5個方面進行了探討。

關鍵詞：實驗教學;能力培養;實驗方案設計;科學探究

現今的素質教育改革強調學科核心素養，她是學生在解決真實情境中的生物學問題時所表現出來的必備品格和關鍵能力。生物學核心素養主要包括生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任。其中“科學探究”是指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、實施方案以及結果的交流與討論的能力。在探究中，樂于并善于團隊合作，勇于創新。生物核心素養中的“科學探究”體現在生物教學中即是“實驗教學”。但目前的實驗教學由于受各方面的制約而顯得過于形式化，尚未達到教育部在《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》（教材[2017]4號）中明文要求的高中階段關于價值體認、責任擔當、問題解決、創意物化等4個具體目標。那么怎樣培養學生的實驗探究能力進而達成上述目標呢？根據多年的生物教學實踐，筆者認為可以從以下幾個方面入手：

一、培養學生積極參與的意識

在以往的學生實驗中，實驗材料全都是書本上指定的，課前由教師準備好的。實驗時，學生完全按規定的步驟進行。這樣學生完全成了不用思考的機械操作者，以致整個實驗下來沒有留下什么印象，也沒有給學生留下積極思維的空間。這種實驗教學達成的結果僅僅是學生“練練手”，不但抑制了學生的主動性，更禁錮了他們的創新思維。而教育部印發的《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》中指出活動的實施要注重學生主動實踐和開放生成，即倡導學生積極主動地參與。因此，教師在實驗教學中可因人、因地、因材制宜，教會學生一些基本的實驗研究方法，發揮他們的主觀能動性，積極思考、弄清實驗原理，選擇合適的實驗材料和實驗方法。這樣，就可使學生加深對實驗全過程的認識，提高實驗課的效果，也可以培養他們的興趣和特長。在高中生物教材（人教版）中就有很多對照實驗，例如“比較過氧化氫在不同條件下的分解”、“影響酶活性的條件”、“環境因素對光合作用強度的影響”等等，在開設這些實驗時，如果只是讓學生照本宣科操作一番，非但不能很好的調動學生的積極主動性，更不能讓他們很好的掌握對照實驗的精髓。如果老師在這里多擺出幾個非對照實驗的素材，通過設問引導學生思考為什么要控制無關變量，而突出自變量的變化，并讓學生自主設計實驗去探究的話。不僅可使學生獲得某種程度上的成就感，培養了他們的動手能力，更調動了學生的積極主動性，甚至達到喜歡這門學科的目的。筆者承擔生物教學班級2012屆胡同學，對生物課程興趣濃厚，曾榮獲湖南省生物奧林匹克競賽國家二等獎，并考取武漢大學臨床醫學專業。2013年假期來校看筆者時，筆者邀請他在生物興趣小組班上跟學弟學妹們進行交流，他就特別強調指出培養積極參與生物實驗意識的重要性。

二、培養學生通過設計實驗來解決問題的能力

教育家布魯納指出，教學不應該“奉送真理”，而應該“教人發現真理”。傳統的生物實驗很多都只是驗證課本上的知識，學生在整個教學過程中處于從屬的、被動的地位，他們關注的僅僅是實驗結果，而非對實驗原理的理解分析。這種重“果”輕“因”的實驗課不僅沒有激發學生的積極主動性更是不利于學生能力的培養。而教育部在《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》特別強調高中生要增強創意設計、動手操作、技術應用和物化能力。形成在實踐操作中學習的意識，提高綜合解決問題的能力。因此，在實驗過程中，要有意識地培養他們的逆向思維能力，鼓勵他們大膽設想，并且盡可能為他們創造條件，去探索、實施他們想要做的實驗，讓驗證性實驗上升為探究性實驗甚至是創新實驗。從而培養他們的觀察、推理以及創新能力。這是一項艱巨地教學任務?？赡苡械膶W生會因創新而困難重重，此時教師應倍加呵護他們的創新意識，鼓勵并引導他們分析、設計并實施實驗，從而使科學探究的素養得到升華。例如，我的學生在探究外界因素（溫度、PH等）對酶活性的影響時，我并沒有一味要求學生對著教材按部就班地操作，而是提供淀粉溶液、碘液、現配斐林試劑、H2O2溶液等實驗材料，留給他們充足地空間去探索他們的心中所想。這樣不僅僅培養提升了學生的實驗設計能力，還從實驗現象及分析過程中的發現了為什么不能用H2O2溶液探究溫度對酶活性的影響;為什么在探究PH對酶活性的影響實驗時，不能用斐林試劑來檢測;而在利用淀粉酶、淀粉、蔗糖來驗證酶的專一性時，為什么不能用碘液來檢測。這樣的創意設計不僅鞏固了學科知識，還培養解決問題的能力。又例如在學習光合作用的歷程時，教材對“CO2是光合作用的原料”的探究僅僅是穿插了卡爾文利用同位素標記法驗證，這樣的編排只能讓學生被動接受，非但沒有起到鞏固知識點的效果，更沒有達到鍛煉學生設計實驗培養科學探究能力的目的。但如果在這里我們稍加拓展，讓學生通過自主設計對照實驗來探究CO2是光合作用的原料。效果就大不一樣了。當然這樣安排的結果肯定會加大駕馭課堂的困難，但卻滿足了學生的好奇心和求知欲，同時也培養了學生的創新意識和科學探究能力，從而提高學生的科學素養。筆者承擔生物教學班級2015屆的吳同學和黃同學就受益于此，培養出較強的探究精神，他們曾合作開展探究實驗，撰寫的科普論文《關于郴江河水質問題的調查報告》獲市級一等獎。

三、培養學生注重細節善于分析的能力

一個較為復雜的實驗過程是設計人員長期辛勤勞動的結晶，它往往是經過幾十次甚至上百次的反復摸索。所以在實驗教學中，老師還應注意培養學生注重細節善于分析實驗程序。注意指導學生在實驗時不能單純地實行“本本主義”，而要引導學生去分析實驗中每一步驟的作用，每一個處理意義以及各步驟之間的聯系，從中學習解決問題、研究事物的方法。例如，在觀察植物細胞有絲分裂實驗過程中，大致為：培養、取材→解離→漂洗→染色→壓片。要讓學生理清根尖放在解離液中是為了溶解細胞間的果膠質，使根尖細胞間變得松散，便于壓片，否則根尖細胞很難壓散，不利在鏡下觀察。另外，通過解離液的處理，使細胞迅速死亡，讓細胞分別保留各自的分裂狀態。漂洗是為了沖洗解離液（10%HCL），否則影響染色效果。又如用龍膽紫或醋酸洋紅溶液染色的目的是，這兩種染料易使細胞核內的染色體著色，從而增大細胞核與周圍部分的反差，便于觀察染色體分布和變化，壓片的目的是使細胞分散開，變成單層，否則光線無法透過會影響觀察。壓片的目的是利于細胞分散，壓片時，在蓋玻片上再加一片載玻片的目的是防止手指與蓋玻片直接觸壓，會將極薄的蓋玻片壓碎（在鏡下觀察前應將載玻片取下，并注意不要讓蓋玻片移位）。在葉綠體中色素的提取和分離實驗中，制備濾紙條時，應讓學生了解將濾紙剪成長10厘米是因為胡蘿卜素在紙條上擴散的距離約為9厘米左右;寬1厘米是利于劃出齊而均勻的濾液細線，去兩角為了使層析液在紙條上擴散速度均衡，后兩者都是為了擴散出四條平行的色帶。在距去兩角的一端1厘米處用鉛筆畫一橫線，目的是為劃濾液細線提供參照線并且防止層析時在盛有3毫升層析液的燒杯（100毫升）中，濾液細線被層析液浸沒。劃濾細線時還應讓學生知道干燥后重復劃2—3次，是為了增加色素的含量，以便在紙條上擴散出四條明顯的色素帶來。如果在不干燥的情況下連續劃線，色素會隨濾液中的液體（提取液）在紙條上的擴散而擴散，劃出的濾液細線較寬，其結果是相鄰的兩條色帶會發生部分重疊。因此，在實驗中，應根據學生認知水平和涉及原理的難易不同，由教師講清或提出問題讓學生思考，使學生既知道實驗應怎么做，也知道為什么這樣做。筆者對生物考試試卷分析發現，實驗細節的注重和嚴謹地分析推理是學生不會在考試中因大意而丟分的重要法寶。

四、培養學生收集和處理信息的能力

在科學領域中，很多成就都是科學家在預先設計的實驗中通過收集和處理“意料之外”的信息而發現的。但我們高中生物實驗教學中，往往存在著只對實驗最后結果的記錄，而輕視對實驗過程中間出現某些現象的記錄，重視書本結果而不重視實驗分析結果，重視對成功實驗的肯定，而不重視對實驗中的失敗查找原因等現象。這不利于學生實驗能力的提高。例如，在觀察植物有絲分裂的實驗中，不能只是找到細胞周期只各時期的細胞即可，往往還可以引導學生記錄處于哪個時期的細胞數目最多？為什么？在質壁分離和復原的實驗中除了通過觀察紫色團變化得出質壁分離與復原的現象，還要引導學生分析紫色團代表著什么？用洋蔥內表皮代替實驗可否？水綿等其它植物細胞行嗎？等等。在做葉綠體中色素提取和分離實驗時，很多學生分不清實驗中色素的提取原理和分離原理是什么？但如果老師啟發學生對無水乙醇、層析液和四種色素的物理性質進行分析，以及了解濾紙的特性，通過分析因四種色素在濾紙上吸附能力不同，在層析液中（展開劑）溶解度不同，進而推導出四種色素隨著層析液在濾紙條上的擴散速度不同，胡蘿卜素溶解度大而吸附力小，擴散速度快，葉綠素b溶解度小而吸附力大，擴散速度則慢。這樣學生對這個實驗的原理可謂了如指掌。同樣是這個實驗，某些學生可能因某種原因，導致實驗結果不明顯或失敗，如某些學生的實驗結果是四條色素帶部分或全部不明顯或類胡蘿卜素比葉綠素多等等。這時，老師應指導學生通過收集和處理相關信息查找原因，如研磨時是否加了無水乙醇或者無水乙醇用量過多，是否加入石英砂或者碳酸鈣，如材料葉片的成熟度或者新鮮程度，又如劃濾液細線時是否重復次數過少或者劃線不在一條線上，再如層析時濾紙條上的濾液細線是否被層析液沒過等。

結語

綜上可見，在培養學生的生物學核心素養的過程中，生物實驗教學對于培養學生的科學探究能力尤其重要，從另一個角度來看，實驗教學同樣可以加強學生對學科知識的掌握及應用能力。

參考文獻

[1]劉恩山.中學生物學教學論[M]北京：高等教育出版社，2003

[2]施憶.中學生物課程標準中的活動與探究[M]北京：高等教育出版社，2003