促進高中生物學實驗教學的實踐探究
——以“生殖和生命的延續”一課為例

馮碧薇 （上海市建平中學 上海 200135）

生物學是一門實驗性極強的學科，而實驗教學也是高中生物學教學的重要組成部分［1］。我國課程改革高度重視對實驗的改革，例如，上海市二期課改新教材將探究體驗等生命教育內容放在十分重要的位置上，使實驗的教和學成為一個很好的平臺和載體，將實驗過程變成一種“再認識，再組合，再發現，再探索”的過程，從而提高學生分析和解決實際問題的能力［2］。《普通高中生物學課程標準（2017年版）》也提出：“科學思維”和“科學探究”是重要的學科核心素養。學生科學思維和科學探究能力的培養都離不開實驗教學。

常規生物學理論教學強調知識點的記憶和理解，相對忽視了知識的遷移應用和實踐體驗。這種模式下學生對一些抽象的概念和過程較難形成直觀認識，影響學生對生物學的興趣和對知識的遷移應用能力。而實驗教學則更注重學生的實踐體驗（表1），注重培養學生興趣和創新思維能力，將實驗與教材知識相結合可提高知識的實用性，幫助學生深刻理解生物學的基本原理、規律，形成規范、嚴謹的思維方法。

表1 生物學實驗教學與常規理論教學的主要差異

1 實驗教學存在的問題

目前部分高中生物學實驗教學存在以下幾方面的問題：1）常規教學中演示實驗較少。教材中幾個實驗可用演示實驗的方式呈現，例如，觀察牛蛙的脊髓反射現象、酵母菌的呼吸方式、探究影響酶活性的因素、小麥胚芽鞘的向光彎曲等，然而由于課時缺乏、實驗準備繁瑣、教師自身實驗水平有限等原因，日常教學中較少進行實驗演示。2）實驗教學方法相對單一，探究性薄弱，缺少真實情境。目前實驗教學通常以教師講解或演示實驗操作步驟，學生按部就班操作的模式為主。這種實驗操作一定程度上可減少學生出現錯誤，但也有可能會使學生完全喪失自主性，科學思維和科學探究能力無法獲得提高。3）實驗教學課時數明顯不足。雖然生物學教學實驗的標準和內容在不斷增加，但生物學教學的課時卻依然未變，一些教師不愿削弱理論知識的講解，忽視實驗操作［3］。4）學校實驗室條件欠缺，缺乏儀器和設備，限制了實驗教學的進一步發展。5）創新實驗較少，激發學生思維不足，實驗設計環節也常被忽略。

這些因素最終導致實驗教學效果不佳，上課以教師傳授實驗方法為主，學生自主思考、實驗設計、數據處理、綜合分析能力不強。

2 促進高中生物學實驗教學的實踐探究——以“生殖和生命的延續”一課為例

為了解決目前實驗教學所面臨的困境，同時不影響常規生物學教學，通過自身的實踐經驗總結了幾種方法，例如，在教學過程中，將常規理論課通過實驗課的方法呈現，不但可加強實驗教學，也不會影響正常教學進度。本文結合課例“生殖和生命的延續”進行詳細闡述和分析。

“生殖和生命的延續”是滬教版《生命科學》第2 冊第7 章第1 節的內容，通常是一節常規理論課程。由于知識點簡單，學生很容易記住各種生殖類型。然而，由于生殖方式抽象，學生很難形成直觀認識。若能讓學生顯微鏡下觀察到生物的生殖方式，不僅能幫助他們對知識點形成直觀認識，更能培養學生學習的興趣、理性思維、科學探究精神和生命觀念，因此設計將此節理論課改為實驗課。課前學生閱讀教材進行自學，課上讓學生親歷實驗設計、實驗操作、觀察分析、理性推理等過程，培養學生的學科核心素養，同時感受實驗和前沿科學的魅力。

實驗課分為3 個主題探究活動和1 個課后興趣實驗，以下是具體實驗教學設計（表2）。

表2 “生殖和生命的延續”實驗課教學設計

圖1 裂殖酵母和釀酒酵母顯微形態

圖2 根霉菌孢子囊和孢子顯微形態

此實驗課是將1 課時理論課“生殖和生命的延續”改為1 課時實驗課，課時數沒有發生變化。實驗課包含了教師演示實驗、學生自主實驗和學生興趣實驗。課堂上通過實驗設計、小組合作實驗探究、網絡資料查詢、材料分析等過程以加深學生對生殖類型的了解，提高實驗技能，培養科學思維和生命觀念。此外，探究活動改變常規的“教師演示、學生操作”的實驗課模式，圍繞問題展開，學生帶著問題自主設計實驗，查閱資料，實施實驗，得出結論。由于微生物培養方便、生殖方式觀察直觀、實驗操作簡便，使得課程實施和推廣可行性強。

在實施的過程中，發現學生目前存在的問題：①由于滬教版《生命科學》實驗課程集中在高一第1 學期，而第2 學期實驗較少，本次課程實施時學生明顯對顯微鏡使用生疏，技能掌握不熟練；②市屬實驗性師范類高中的學生中依然有30%～40%的學生無法判斷芽殖酵母和裂殖酵母，說明通過學習理論知識，并不能幫助所有學生在真實科學探究過程中建立理論與實際的聯系，只有通過實驗進行直觀觀察才能形成正確認知，這更說明了實驗教學的重要性；③通過實驗教學，學生普遍對本節內容的學習表示感興趣，相關知識點更容易形成記憶和理解，這表明通過精心設計的材料分析、實驗設計、啟發式教學和小組討論，有利于學生形成生命觀念，培養對科學的熱愛和社會責任。

3 促進高中生物學實驗教學的策略

實驗教學是生物學課程的靈魂，由“生殖和生命的延續”這一課例的設計和實施，發現實驗教學目前面臨的困境可通過多種手段加以改進。

首先，對高中教材中的實驗課程框架可進行重置，增加演示實驗的次數，培養學生的學習熱情。以滬教版高中《生命科學》第1 冊為例，可設計的教師演示實驗如表3，通過演示實驗呈現的特定生物學現象，進行觀察、提問、進一步實驗設計及對結果的交流討論，逐步形成科學思維。在演示實驗時，應當以一個情境引導學生思考，避免單純以觀察現象呈現知識點為主的教學模式。在演示實驗時，使用移動多媒體技術，可方便將教師實驗過程投影放大呈現給學生，也能增加實驗的有效性。

表3 生物學教學中教師演示實驗設計（以滬教版高中《生命科學》第1 冊為例）

其次，通過設計將理論課改變為實驗課程，不但可加強實驗教學，也不會影響正常教學進度。除了“生殖和生命的延續”這一課之外，“酶”“原核生物與真核生物的比較”等教學內容也可通過學生實驗探究課培養學生的學科核心素養。

再次，學校應加大建設創新實驗室，鼓勵學生在課外進行生物學課題研究，培養其創新思維和科研精神。同時鼓勵教師改革和創新教學實驗，使實驗教學效果更優。

最后，在實驗教學設備和器材欠缺的情況下，也可借助一些虛擬仿真軟件進行學習。例如，在拓展型教材微生物章節的學習中，學生通常對特定細菌菌種鑒定感興趣。國際上微生物菌種鑒定主要采用分子生物學方法，依賴PCR 技術擴增細菌16S rDNA 序列，測序后利用GeneBank 數據庫對序列進行比對（https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi）和鑒定細菌種屬。整套過程周期長、操作難度較大，高中實驗室較難實現，而通過常規的講授式課程又很難使學生理解整個過程。利用網絡現有的學習軟件就能很好地解決這一問題。學生可利用iPad 下載移動終端軟件“The Virtual Bacterial ID Lab”，模擬整個微生物菌種鑒定的操作過程。整個過程學生如同親身經歷，教師配合講解可讓學生理解如何使用接種環挑取菌落、酶切、PCR 和DNA 測序等原理。

隨著教學改革的深入，在北京、上海、深圳等地區實驗教學改革已有一定成效。在中國知網的期刊論文中以“高中”“生物”“實驗”等關鍵詞進行檢索，2010—2017年生物學實驗教改論文每年所占比例均在10%以上［4］。此外，根據上海市教委教研室2017年6月的一項調查表明：上海超過

60%的學校建有創新實驗室或科學實驗室，同時每周開設拓展課或研究型課程。然而，目前生物學基礎實驗教學依然存在許多問題需要改進，需要教師投入精力并用心揣摩，以有效提高教學效率，提高學生的整體綜合素質。