優(yōu)化高中課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)生物學(xué)科核心素養(yǎng)

黃佳倩

【摘 要】實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為一種重要的課堂教學(xué)形式，貫穿了高中生物課程。優(yōu)化高中課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力。本文提出通過(guò)更新實(shí)驗(yàn)材料用具、抓住實(shí)驗(yàn)異常現(xiàn)象、注重實(shí)驗(yàn)的再探究和創(chuàng)新探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】高中生物;實(shí)驗(yàn)教學(xué);學(xué)科核心素養(yǎng)

隨著《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》的提出，我國(guó)的課程改革又向前推進(jìn)了一步。有關(guān)學(xué)科核心素養(yǎng)內(nèi)容的具體闡述，使教師對(duì)培養(yǎng)學(xué)生終身可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵能力有了更加明確的認(rèn)識(shí)。生物學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任[1]。即學(xué)生要有生物學(xué)的思想方法，能夠求真務(wù)實(shí)，善于合作，勇于探究，以生物學(xué)的視角關(guān)注社會(huì)問(wèn)題，嘗試用生物學(xué)的方法解決問(wèn)題。筆者對(duì)通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行了探討。

1? ?更新實(shí)驗(yàn)材料用具，培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念

學(xué)生生命觀念的形成，需要在較好理解生物學(xué)概念知識(shí)的基礎(chǔ)上才能完成。學(xué)生能夠運(yùn)用生命觀念認(rèn)識(shí)生命世界、解釋生命現(xiàn)象的前提是要能夠領(lǐng)悟生物結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)、生物的進(jìn)化是對(duì)環(huán)境的適應(yīng)等生物學(xué)的基本觀念。生物實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生理解生物概念起著重要作用，而實(shí)驗(yàn)材料及用具的選擇對(duì)于實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。孟德?tīng)栔阅軌虺晒Πl(fā)現(xiàn)分離定律和自由組合定律，其中一個(gè)原因就是選擇了豌豆作為實(shí)驗(yàn)材料;摩爾根能夠成功證明基因在染色體上，也是因?yàn)樗_選擇了果蠅作為實(shí)驗(yàn)材料。可見(jiàn)實(shí)驗(yàn)材料的選擇對(duì)于實(shí)驗(yàn)的成敗、科學(xué)探究乃至生命觀念的形成起著舉足輕重的作用。教師引導(dǎo)學(xué)生不拘泥于書本上給出的實(shí)驗(yàn)材料，并善于更新實(shí)驗(yàn)材料及用具，可以進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和生命觀念[1]。

如在人教版高中生物教材必修一植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的實(shí)驗(yàn)中，教師可以提出以下問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生探究。第一，書本實(shí)驗(yàn)用的是0.3g/ml蔗糖溶液，而生活中常用食鹽腌黃瓜，那么NaCl可以使洋蔥表皮細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離的現(xiàn)象嗎？第二，若用不同濃度的蔗糖溶液進(jìn)行細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)有什么不同？第三，如果不用洋蔥表皮細(xì)胞，而用其他植物的細(xì)胞，質(zhì)壁分離和復(fù)原現(xiàn)象明顯嗎？第四，是不是洋蔥的所有細(xì)胞都能觀察到質(zhì)壁分離和復(fù)原現(xiàn)象呢？然后把學(xué)生分成4組，分別探究不同溶液（如0.3g/ml蔗糖溶液、0.3g/mlNacl溶液等）對(duì)洋蔥表皮細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的影響，不同濃度（如0.1g/ml蔗糖溶液、0.3g/ml蔗糖溶液、0.5g/ml蔗糖溶液、0.7g/ml蔗糖溶液等）的蔗糖溶液對(duì)洋蔥表皮細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的影響，不同植物細(xì)胞（如洋蔥表皮細(xì)胞、白菜葉肉細(xì)胞、蘿卜根細(xì)胞等）對(duì)質(zhì)壁分離和復(fù)原的影響，洋蔥不同細(xì)胞（如根尖細(xì)胞、外表皮細(xì)胞、內(nèi)表皮細(xì)胞等）對(duì)質(zhì)壁分離和復(fù)原的影響。學(xué)生通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)的自變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最終得出了結(jié)果和結(jié)論：三種溶液都可以使植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離和復(fù)原，其中0.3g/mlNacl溶液可以使植物細(xì)胞發(fā)生自動(dòng)復(fù)原;溶液濃度太低，不能使植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離，溶液濃度越高，質(zhì)壁分離現(xiàn)象越明顯，而溶液濃度太高，無(wú)法發(fā)生質(zhì)壁分離與復(fù)原，植物細(xì)胞因過(guò)度失水死亡;白菜葉肉細(xì)胞和洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞質(zhì)壁分離現(xiàn)象看不清。教師可以繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生探究：如果實(shí)驗(yàn)材料是無(wú)色的洋蔥內(nèi)表皮，那如何做這個(gè)實(shí)驗(yàn)？

2? ?抓住實(shí)驗(yàn)異常現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力

科學(xué)思維是指運(yùn)用科學(xué)的思維方法，在事實(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行邏輯推理，進(jìn)而解決實(shí)際問(wèn)題的一種思維習(xí)慣和思維能力。在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)非預(yù)期性的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，即“異常”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果時(shí)，就需要理性分析、推理其產(chǎn)生的原因。教師應(yīng)抓住契機(jī)，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑能力和科學(xué)思維能力[2]。

如在人教版高中生物教材選修一中酵母細(xì)胞的固定化實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生得到的凝膠珠形狀并不為橢球形或球形，凝膠珠顏色過(guò)淺，也不易彈起，用手?jǐn)D壓很容易破裂。這時(shí)教師需要引導(dǎo)學(xué)生反思和討論，歸納可能存在的問(wèn)題。第一，配置溶液時(shí)用的是自來(lái)水而不是蒸餾水。第二，海藻酸鈉濃度過(guò)高或過(guò)低。第三，氯化鈣溶液濃度過(guò)低或過(guò)高。第四，凝膠珠在氯化鈣溶液中浸泡的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或者過(guò)短。第五，注射器的出口可能太粗或太細(xì)。然后把學(xué)生分成5個(gè)小組，讓他們分別針對(duì)5個(gè)問(wèn)題設(shè)計(jì)合理的探究方案。第1組分別用自來(lái)水和蒸餾水活化酵母菌、配制CaCl2溶液和海藻酸鈉溶液以及沖洗凝膠珠;第2組分別稱取0.2g、0.7g、2g海藻酸鈉配制海藻酸鈉溶液，最后用蒸餾水定容至10ml，從而得到低濃度、適宜濃度、高濃度的海藻酸鈉溶液用于實(shí)驗(yàn);第3組將海藻酸鈉和酵母細(xì)胞混合液分別滴加到蒸餾水、0.05mol/LCaCl2溶液及0.5mol/LCaCl2溶液中;第4組將凝膠珠在CaCl2溶液中分別浸泡3分鐘、30分鐘和3小時(shí);第5組選用大注射器和小注射器分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。5個(gè)小組獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，觀察凝膠珠的形狀、顏色、彈起情況和手捏是否容易破裂等，找出非標(biāo)準(zhǔn)凝膠珠產(chǎn)生的可能原因，最后匯總實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)完善好的實(shí)驗(yàn)方案再次實(shí)驗(yàn)，最終得出預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果。

3? ?注重實(shí)驗(yàn)的再探究，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究品質(zhì)

采用課本上的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法在實(shí)踐操作過(guò)程中可能會(huì)存在一定的問(wèn)題，這時(shí)候就需要對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行再設(shè)計(jì)、再探究，從而優(yōu)化實(shí)驗(yàn);或者在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，延伸出新的實(shí)驗(yàn)課題，做進(jìn)一步的探究，從而深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，更好地培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題并自主探究的能力與品質(zhì)。

如在人教版高中生物教材必修一探究溫度對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)中，先讓學(xué)生完善預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)方案，并完成實(shí)驗(yàn)操作，見(jiàn)下表1。

學(xué)生發(fā)現(xiàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)并不能觀察到預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。引導(dǎo)學(xué)生思考、回答問(wèn)題——本實(shí)驗(yàn)中如何控制變量，并討論實(shí)驗(yàn)中的變量：自變量（溫度）、因變量（淀粉的分解量、是否出現(xiàn)藍(lán)色和藍(lán)色的深淺）、無(wú)關(guān)變量（淀粉和淀粉的用量、溶液的濃度、PH等）。學(xué)生通過(guò)解決以上問(wèn)題，能進(jìn)一步完善此實(shí)驗(yàn)方案（步驟四與步驟五對(duì)調(diào)）。再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以檢測(cè)完善好的實(shí)驗(yàn)方案，得出結(jié)論：酶催化需要適宜的溫度，高溫和低溫都會(huì)影響酶的活性。教師還可以進(jìn)一步提問(wèn)：60℃是不是淀粉酶的最適溫度？如果要確定淀粉酶的最適溫度，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究？通過(guò)對(duì)探究實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步探究，一個(gè)實(shí)驗(yàn)就變成了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。這樣也增強(qiáng)了學(xué)生自主探究的能力，加深了其對(duì)本實(shí)驗(yàn)的理解，有利于培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑思維能力。

4? ?創(chuàng)新探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)

生動(dòng)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)軜O大地激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，調(diào)動(dòng)學(xué)生的探究積極性，同時(shí)也能培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展。教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)對(duì)探究性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，探究問(wèn)題或者破除偽科學(xué)，從而激發(fā)學(xué)生參與社會(huì)議題討論的熱情，增加學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和對(duì)生活的熱愛(ài)。

如市場(chǎng)上常見(jiàn)的保健品中有一種核酸類保健品，廣告宣傳其可以增強(qiáng)免疫力和人體的調(diào)節(jié)功能。但實(shí)際上核酸廣泛存在于所有動(dòng)植物細(xì)胞、微生物體內(nèi)，從食物中就可以獲得豐富的核酸，無(wú)需另外補(bǔ)充。而且核酸作為遺傳物質(zhì)也不具有調(diào)節(jié)免疫的作用，核酸徹底水解后會(huì)變成磷酸、五碳糖和堿基（嘌呤和嘧啶），嘌呤也是導(dǎo)致人類尿酸增高和痛風(fēng)的主要原因。因此，核酸不是越多越好，對(duì)于痛風(fēng)患者而言，過(guò)多補(bǔ)充核酸甚至是有害的。教師可以提出人體是否需要額外補(bǔ)充核酸、我們吃的食物中是否含有核酸等一系列問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。還可以選取日常生活中常見(jiàn)的食物進(jìn)行DNA（核酸）的提取，如花菜、鴨血等。

總之，在教學(xué)中，教師要善于挖掘教材，把生物學(xué)知識(shí)的“生成過(guò)程”通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)出來(lái)，讓學(xué)生在潛移默化中習(xí)慣于探究性思考，在活動(dòng)中探究發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用中拓展反思，在探究過(guò)程中體驗(yàn)探究的快樂(lè)。這樣能更好地促進(jìn)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)和關(guān)鍵能力的

提升[2]。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]宋靜.初中生物探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略初探[J].速讀（中旬），2019（2）.