高中生物學實驗教學的現狀與對策

周初霞

摘要：對“第七屆全國中小學實驗說課活動”中展示的高中生物學實驗案例進行分析，以探討目前高中生物學實驗教學的現狀，并提出基于生物學學科核心素養落實的實驗教學的相應對策。

關鍵詞：實驗教學 生物學教學 核心素養 案例分析

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：B

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》中明確指出：“要加強和完善生物學實驗教學”“實驗教學是促成學生達成生物學學科核心素養的重要支撐”。實驗教學是生物學教學的重要部分，有利于完整、正確地理解生命科學;有利于幫助學生確立辯證唯物主義自然觀;有利于促進學科融合，落實STEM教育，加強對科學本質的理解。實驗技術手段的發展促進了實驗教學的不斷改革，使教學的效率和效果顯著提升。全國中小學實驗教學說課活動的成功舉辦，為推進我國中小學實驗教學，發展學生核心素養，提高學生創新精神和實踐能力，發揮了重要作用。2019年10月“第七屆全國中小學實驗教學說課活動”中，來自全國不同省、市、自治區的19位高中生物教師進行了現場展示。展示的實驗課題研究面較廣，涉及必修和選修模塊的教學實驗，其中必修的占68%，選修的占32%。下面對這19個實驗案例的特點及存在的問題進行分析，并提出了基于生物學學科核心素養落實的實驗教學的相應對策。

1實驗教學理念新，立意高

教師能以新課程理念來指導實驗教學，關注學生核心素養的發展。

1.1教學目標指向生物學學科核心素養

大多數教師在制訂教學目標時，能從生物學生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任等學科核心素養進行設計。這說明教師已轉變觀念，認同將三維目標的落實轉向核心素養目標的全面達成，特別是在注重學生建構核心概念，發展科學思維和科學探究的同時，也注重發展學生的社會責任。例如，借助分析耐旱植物細胞的細胞液濃度，關心農業發展，嘗試用所學來解決現實問題;通過對蒙塵葉片的探究，引導學生關注大氣污染，樹立環保理念和綠色發展理念;課后探究減肥酵素能否用于減肥，讓學生體會利用生物學知識解決生活中問題，等等。

1.2實驗教學過程引導學生主動參與

教師能開展“自主、合作、探究”學習、項目式教學法、STEM教學等教學方式，能關注學生在活動中生成的問題，以問題為研究的導向，引導學生思考、討論、查閱文獻，設計方案，師生共同創新改進實驗，解決問題，發展科學思維能力。

1.3實驗教學關注過程性評價

有的教師開發了實驗評價量表，通過學生自我評價、生生互評及教師評價來幫助學生認識自我，改進學習方式。有的教師在實驗探究中鼓勵學生使用電腦、手機等移動端輔助學習，利用Excel進行圖標制作，錄制實驗視頻，用PFF等形式進行實驗成果匯報等。教師通過評價促進學生實驗探究能力的提升，發展學生的生物學學科核心素養。

2實驗創新方法多，效果優

實驗創新是這次說課展示活動的一個主要特色。教師在實驗材料、裝置、方法、方案、技術等方面進行了多維度的探究，創新方法多樣，效果優良。

2.1材料、試劑的合理選擇

教師選取合適的、可操作的生物材料進行研究，充分利用當地資源，因陋就簡地開展好實驗教學。例如，選用當地的人參果來替代豬肝研磨液;用人口腔上皮細胞替代雞血進行DNA的提取;以活化處理的玻璃紙（水浴加熱10 min）作為半透膜;用重鉻酸鉀檢測酒精改成酒度計檢測，將定性檢測改成定量分析;蒸餾水活化酵母細胞改進為用質量分數為5%的葡萄糖溶液活化以提高實驗效率，等等。選取合適的實驗材料，能使實驗進展順利，并獲得明顯的實驗現象或可靠的實驗數據。

2.2實驗裝置、儀器的改進

教師在先進教學技術的運用中表現出了較高的水平，智慧教育設備使用率近50%。例如，在實驗中使用紫外分光光度計、數碼顯微鏡、手機助手投屏、紅外線光電傳感器等先進儀器，特別是運用數字化實驗技術進行定量分析，使實驗中不可見的現象成為可見，把難以測定的數據變得方便測定，還能實時采集到較精確的實驗數據。另一方面，有的教師沒有利用最先進的儀器，而是因地制宜地使用廢棄的物品進行實驗裝置的改進，體現綠色環保的思想。例如，自制光譜儀觀察葉綠素、類胡蘿卜素的吸收光譜;自制瓊脂糖凝膠電泳裝置來替代二苯胺試劑鑒定DNA;酵母細胞的固定化中，將注射器改進為小型蠕動泵，制作凝膠珠;觀察顏色、摔打法檢測凝膠珠質量改進為砝碼檢測，實現了自動化、標準化。改進實驗裝置，不但達到更好控制實驗變量、容易操作、結果明顯的效果，而且將統計分析、建構數學模型的思想方法融入實驗教學中。

2.3實驗時間的優化

高中生物教科書上有些實驗過程緩慢、耗時長，不利于一節課來開展，在一定程度上抑制了學生參與實驗的積極性。教師通過創新手段，縮短實驗時間，提高實驗效率。例如，酵母細胞的固定化中，錐形瓶發酵裝置改進為“注射器+輸液器”裝置，將發酵時間由24 h縮減至15min;探究酵母菌呼吸作用的方式中，將酵母菌懸液改為高活性酵母菌干粉，縮短反應所需的時間，由38 min縮短至8 min。還有的教師利用“互聯網+”，線上與線下相結合，課前、課堂、課后相融合開展實驗教學，使得時間較長的實驗也能完成。

2.4實驗內容的拓展

有的教師將定性實驗拓展為定量實驗，如探究pH對酶活性影響的實驗創新與實踐、STEM理念下酶的高效性實驗的創新與改進。有的教師將驗證實驗提升為探究實驗，如“探究植物細胞的吸水和失水”。有的教師將單因子變量實驗拓展為雙因子變量實驗，如“探究影響光合作用的因素”，利用自制實驗裝置探究光照強度、光質、C02濃度、溫度以及葉齡等因素中的兩種因素對光合作用的影響。有的教師將不同實驗進行整合，如“PCR獲取并擴增目的基因及電泳檢測”，將PCR實驗與DNA電泳實驗整合到一起，讓PCR結果的檢測更加準確和直觀。有的結合教科書內容開設新的實驗內容，如“用基因工程技術進行環境監測的實驗設計”。教師適當開設創新性、拓展性的實驗課程，豐富課程資源，讓學生在建構概念的基礎上，更深入掌握科學研究的方法，有利于學生生物學學科核心素養的發展。

3實驗教學存在的問題與策略分析

3.1教學目標的定位與落實：從實驗教學走向實驗教育

教師展示的教學目標不具體，空洞、高大、虛設的現象不在少數，特別是社會責任目標無法在課堂上落實的現象比比皆是，如“致力于改善工業生產體系，設計工業生產裝置”“學會運用生物學的知識解決現實生活問題”“傳承非物質文化遺產，厚植愛國情懷”。也存在實驗的創新形式化，為了創新而“創新”的現象。例如，有的教師盲目拔高課標的要求，將定性實驗拓展為定量實驗，驗證實驗提升為探究實驗;有的是實驗方案的簡單羅列或堆砌;有的將本來簡單的實驗裝置改進得很復雜，而沒有較好地提升學生的思維力度;有的用其他版本教科書介紹的或經典的實驗方法來替代，等等。這些現象造成的原因是教師脫離實驗教學的目標定位，對實驗教學目的理解得不夠明確，不夠深入，停留在讓學生動手實驗操作的層面。

實驗教學目的要明確。實驗教學的目的是達成教學目標，而不是為做實驗而做實驗，應從實驗教學走向實驗教育，發展學生的生物學學科核心素養，實現教書育人。教師提供必要的、有代表性的事實，使學生在親歷實驗過程中主動構建概念，并深入理解、內化科學概念。同時，學生在實驗過程中逐步發展科學思維，提高科學探究能力，滲透社會責任，樹立正確的科學本質觀。因此，教學目標的制定要依據課標，符合學生學習的實際情況，以促成學生達成生物學學科核心素養。目標要合理化、科學化、具體化，并能在課堂中有效達成，實現教學評的一致。

3.2實驗教學過程的設計與開展：從淺層學習走向深度學習

展示的實驗獲取信息多、但對信息分析少的現象比較普遍。實驗教學中信息的獲取很重要，但信息的分析整合更重要，因為分析的過程是一個對獲取信息的去粗取精、去偽存真的思維加工過程，是實現概念建構、發展科學思維的必然途徑。教師要研究通過透徹分析實驗內容，促進學生從單純做實驗的淺層學習走向實驗原理理解、分析的深度學習。特別是實驗課課堂中交流匯報環節至關重要，有時甚至比實驗本身更重要。因為準確表達觀點或將觀點表述出來的過程、呈現資料的過程都可以促進學生反省思考并建構新的知識，教師應該引導學生查閱文獻資料，對實驗中出現的異常問題進行討論，甚至爭論，借以促進學生深度學習。

實驗教學中圍繞重要概念進行問題設計是促進深度學習的前提。提出問題、解決問題是科學研究的基本模式。“以指向核心概念的問題為起點”是幫助學生深入理解生物學知識的一種教學設計思路。實驗為學生更好地形成和理解重要概念提供了豐富的事實性知識和情境。實驗教學過程是學生獲取事實性的證據，圍繞問題提出自己的觀點，并進行深入解釋論證，從而建構概念的過程。教師圍繞重要概念設計問題，圍繞解決真實問題設計活動，促使學生帶著問題在做中思、做中學、做中悟，形成對生物學概念的理解，促進思維的發展。教師設計課堂教學問題時，應從實驗條件、實驗操作和實驗結果出發，從對概念的理解上設置問題的答案。學生在思考、分析問題時，不斷回顧實驗操作和實驗結果形成的條件，有助于深入理解概念，從而更有效地幫助實現從淺層學習走向深度學習。

3.3實驗教學評價的落實：從感性評價走向精準評價

展示的實驗教學重基于實驗報告的終結性評價而輕形成性評價的現象較為突出，甚至有的教師沒有評價環節。少數教師開發了評價量表，但評價量表的評價也是基于師生的感性評價，缺乏科學的、精準的評價，且著重是對知識與技能的評價，而不是素養的評價。實驗教學沒有考慮教、學、評的一致，這也是導致教師盲目提升實驗教學目標，增加實驗教學內容的根本原因。

精準的評價能幫助教師轉變教學觀念。認同“講了，不等于學了”“學了，不等于學會了”的教學觀念，也是促進學生反思學習的重要途徑。沒有反思的學習是淺表的學習。反思學習不僅是學生將所學的知識、技能內化成為關鍵能力、必備品格與價值觀念的必經之路，也是形成自己的元認知、心智習慣、成長型思維的唯一路徑。

研究基于人工智能達成精準的評價。充分利用智能設備，增強課堂學習的交互性、合作性與探究性，記錄過程數據，特別是對素養的評價，單靠紙筆評價是不完整的。大數據技術在高中生物學實驗教學中實現了實驗評價的量化分析，使得實驗成效評估更精準、科學。教師借助大數據技術進行實驗數據的跟蹤與記錄、處理與分析，從而確保評價的真實與全面。研究信息技術與實驗教學的深度融合，建立線上線下混合學習的智能系統，使得教學從原來線性的資源支持轉向豐富的情境建構，從單向的師生交互轉向多向的單元協作探究，從接收信息的載體轉向收集學習數據的工具，從一次性教學流程轉向個性化的教學評一致。同時，通過智能技術與課堂教學的深度融合，保證實驗教學的充足時間，真正把學科核心素養落在課堂教學中。