以課題設計為依托提高學生生物學核心素養

[摘 要] 理性思維和科學探究是生物核心素養的兩個重要方面，培養核心素養是新一輪課程改革的新指向。教學過程中引導學生設計相關課題，重點關注他們的實驗分組，可以讓學生深刻理解對照實驗和對比實驗的差異，鍛煉科學理性思維，培養科學探究能力。

[關鍵詞] 課題設計;對照實驗;對比實驗;核心素養

[作者簡介] 李娜（1985—），山東臨沂人，博士研究生，山東省日照第一中學一級教師，研究方向：高中生物教學。

[中圖分類號] G632.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）19-0115-02? ? [收稿日期] 2019-09-17

核心素養是指在課程學習過程中，學生應具備的、能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。它是國家教育目標的具體化，是課程標準制定的根本依據，是教育教學過程中三維目標對學生的綜合體現。

《高中生物學課程標準（2017年版）》指出：生物學學科核心素養是學生在生物學課程學習過程中逐漸發展起來的，在解決真實情景中的實際問題時所表現出來的價值觀念、必備品格與關鍵能力，是學生知識、能力、情感態度與價值觀的綜合體現[1]。生物學核心素養包括四個內容：生命觀念、理性思維、科學探究、社會責任。核心素養的培養已成為新一輪課程改革的新指向，也為新一輪課程改革提供了新動力。本文中我們結合“對照實驗和對比實驗”，引導學生通過設計相關課題，深刻理解兩類實驗的異同，重點培養學生的核心素養里的理性思維和科學探究。

一、緊扣教材，理解概念

（一）對照實驗

人教版高中生物學教材中對照實驗的定義是，“除了一個因素以外，其余因素都保持不變的實驗叫對照實驗”。在中學階段，對照實驗可以分為空白對照、自身對照、相互對照和條件對照（包括陽性對照和陰性對照）[2]。前三類實驗比較好區分，教學過程中可以每類實驗選擇一個實驗來講解，例如空白對照實驗——“比較過氧化氫在不同條件下分解”，自身對照實驗——“觀察植物細胞的質壁分離和復原”，相互對照實驗——“探究溫度對唾液淀粉酶活性的影響”。

條件對照相對難理解，是指為了更好地證實某一實驗因素的作用，在空白對照組的基礎上，再設置一組或多組對照，給實驗對象某種實驗處理，這種實驗處理的結果是已知的，因此實驗結束后通過比較實驗組和條件對照組來判斷實驗因素的作用。與單獨的空白對照實驗相比，條件對照能夠更好地反映定性和定量實驗因素的作用效果。根據實驗處理效果，可以把條件對照分為陽性對照和陰性對照。陽性對照指的是100%會出現預期實驗結果的對照組，而陰性對照是指100%不會出現預期實驗結果的對照組。例如，驗證一轉基因玉米是否有抗藥性，需要選擇同種的轉基因成功的抗藥玉米做陽性對照（100%會出現抗藥性），無轉基因的做陰性對照（100%不會出現抗藥性），通過陽性和陰性對照作用，能夠更好地判斷研究對象的相關性質，增強實驗結果的說服力。

（二）對比實驗

對比實驗在教材中的定義為，“設置兩個或兩個以上的實驗組，通過對結果的比較分析，來探究某種因素與實驗對象的關系，這樣的實驗叫對比實驗”。在典型的對照實驗中，會有對照組和實驗組的區分，由上述定義可知，對比實驗僅限于實驗組之間的比較。對比實驗中，一般不知道實驗中的處理因素對實驗結果的影響，屬于探究實驗，處理因素一般是藥物的濃度梯度，或處理時間長度，從中判斷最適宜的處理濃度或處理時間。對比實驗中的每一個實驗組都可以充當其他組的對照組，作用上等同于相互對照實驗。例如在“探究酵母菌細胞呼吸方式”的實驗中，未單獨設置對照組，兩個實驗組之間的比較構成了對比實驗。

二、開展課題設計，培養核心素養

通過上述對對照實驗和對比實驗的概念的剖析，大部分同學能夠記住這兩種實驗的差異，但是要形成以上生物學的理性思維，還需引導學生進行合理的科學探究實驗。在課堂教學中，由于條件的限制，教師可以提供課題讓學生去設計實驗方案。出于這種考慮，我們篩選了比較典型的課題讓學生去設計，重點關注他們的實驗分組。

課題1：驗證甲狀腺激素促進蝌蚪發育

方案一：空白對照組（甲組）：對蝌蚪不做任何處理;實驗組（乙組）：飼喂甲狀腺激素。

方案二：在方案一的基礎上加一組（丙組）飼喂甲狀腺激素的抑制劑。

這是一個經典的對照實驗，學生一般會出現以上兩種設計方案。方案一是典型的空白對照，方案二在空白對照的基礎上添加了條件對照（陰性對照）。如果我們用+表示甲狀腺激素的含量，則通過比較乙組（++）和甲組（+）丙組（微量）的蝌蚪的發育差異，形成甲狀腺激素含量和發育程度的對應關系，更能說明甲狀腺激素的作用。在點評環節，教師要肯定學生的對照思維，更要引導他們自己去體會方案二通過設置條件對照組更能證實甲狀腺激素的促發育作用，思維更嚴謹，實驗結果更有說服力。

課題2：探究藥物A對細胞凋亡的影響，確定最佳給藥濃度

這個課題由兩個子課題構成，其一是要探究藥物A對細胞凋亡是否有作用，是抑制作用還是促進作用;其二是探究藥物A影響細胞凋亡的最適濃度。相對于課題1，本課題綜合了兩大類實驗，更能鍛煉學生的科學思維。

參考方案：空白對照組：只培養細胞，不給予藥物處理（等量的藥物A的溶劑處理）;實驗組：根據情況給予一系列濃度梯度的藥物A處理。一段時間后檢測各組的細胞凋亡情況。根據凋亡情況，確定最佳給藥濃度。

點評中引導學生分析本課題中既有空白對照組和實驗組的對照實驗，用來定性;又有各個實驗組之間的相互對照實驗，即對比實驗，用來定量。教師還可以進一步拓展，如果已經確定了最佳給藥濃度，想研究某一個濃度的作用效果，那么這個最佳濃度就可以作為一個陽性對照，這時的實驗就屬于對照實驗。

課題3：探究藥物A對缺氧時細胞凋亡的影響，確定最佳給藥濃度

本課題在課題2的基礎上對實驗觀察的對象做了狀態限制，即缺氧狀態，因此在實驗設計上比課題2會更復雜。

參考方案：空白對照組：只培養細胞，不給予藥物處理（等量的藥物A的溶劑處理），同課題2。

缺氧對照組：缺氧狀態下培養，不給予藥物處理（等量的藥物A的溶劑處理）。實驗組：缺氧狀態下培養細胞，給予一系列濃度梯度的藥物A處理。一段時間后檢測各組的細胞凋亡情況。根據凋亡情況，確定最佳給藥濃度。

缺氧對照組和實驗組構成同一狀態下的對照實驗，實驗組中各個濃度的藥物A處理構成對比實驗。空白對照組可以觀察細胞在正常狀態下的凋亡情況，通過對比空白對照組和缺氧對照組，首先可以驗證缺氧對細胞凋亡的影響（已知），確定課題中所用的實驗材料和實驗方法科學可靠，這也是在科學實驗中最常用的驗證手段;其次，空白對照組從作用上分析，可以充當條件對照組。通過比較空白對照組、缺氧對照組和實驗組中的某個濃度下的藥物A處理，可以更有效地判斷該濃度藥物的作用，使實驗結論更有說服力。

有了課題2的設計經驗，絕大多數同學能夠結合對照實驗和對比實驗的思路，將實驗分為缺氧對照組和實驗組。通過對照實驗確定藥物A對細胞凋亡的作用，通過對比實驗確定最佳給藥濃度。而絕大多數同學會遺漏空白對照組，在點評中要引導學生思考空白對照組的作用，和學生一起分析，不同的組進行對照或對比可以得出什么樣的結論，使得學生慢慢理清思路，逐步形成理性思維。

最后引導學生進一步總結對照實驗和對比實驗關系，即雖然對比實驗從屬于對照實驗，但在課題研究中，二者并不是嚴格區分的，而是在保持單一變量原則的基礎上，根據實驗的需要合理地設計，有效地分組，增強實驗結果的說服力。

三、結語

通過教材概念剖析和以上三個課題的方案設計，學生能夠很好地區分對照實驗和對比實驗，而且實驗設計鍛煉了學生科學思維的形成，能夠針對特定情境下的問題，運用教材中的理論知識，進行共同體內分工合作，在解決問題的同時鍛煉了團隊合作意識，有效地進行了科學探究。因此，課題設計是介于課堂理論學習和實驗操作之間的一種有效的培養生物學核心素養的途徑。

參考文獻

[1]柳夕浪.從“素質”到“核心素養”——關于“培養什么樣的人”的進一步追問[J].教育科學研究，2014（3）：5-11.

[2]羅慶慶.淺談高中生物對照實驗[J].學周刊，2011（20）：172.

Improving Students' Biological Core Literacy Based on Subject Design：

Taking "Control Experiment and Contrast Experiment" as an Example

LI Na

（Rizhao No.1 Middle School， Rizhao， Shandong 276800， China）

Abstract：Rational thinking and scientific inquiry are two important aspects of biological core literacy， and cultivating core literacy is the direction of the new round of curriculum reform. In the teaching process， teachers guide students to design related subjects， focusing on their experimental grouping， and students can understand control experiments and contrast experiments deeply， which is good for the cultivation of students' rational thinking and scientific inquiry.

Key words：subject design; control experiments; contrast experiments; core literacy