基于學科核心素養的高中生物實驗改進策略分析

摘 要：生物學科核心素養是學生通過生物學科學習需要掌握的適應社會生存與發展的必備品格和關鍵能力。高中生物實驗是學生生物學科核心素養培養的重要渠道，但傳統生物實驗設計與實施存在諸多問題，學科核心素養培養受到阻礙。文章基于生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任等生物學科核心素養四個維度，探究實驗教學改進策略，以提高實驗效果，促進學生生物學科核心素養的培養。

關鍵詞：學科核心素養;生物實驗;改進策略

素養是指人的素質和修養。在教育部2018年頒布的《普通高中生物課程標準（2017年版）》首次提出“生物學科核心素養”概念，強調要求教師在生物課堂教學中必須重視培養學生的生物學科核心素養，并以此為生物學科課程教學目標。生物學科核心素養通常是指學生應具備的與自身終身發展且符合時代發展要求的生物學科素質和品質，是學生通過生物學科課程學習而逐步發展起來的，是學生在生物課程學習和生物實踐活動中解決生物實際問題所表現出來的知識、方法、價值、情感等因素的綜合體現，是當代公民必備的基本素質。《普通高中生物課程標準（2017年版）》將生物學科的核心素養概括為生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個維度，并將其列為高中生物學科教學的具體目標，將核心素養滲透到學科教育已成為推進課程改革和教育教學發展的新動力。實驗是生物學科作為自然學科的重要基礎，是教育教學最有效的形式之一，是推進學生學科核心素養目標培養的重要渠道。但是，就目前高中生物教學而言，唯成績論依然占據主流，實驗教學推進學生學科核心素養養成的重要價值開發緩慢。因此，本研究基于生物學科核心素養目標體系，基于高中生物實驗教學設計與實施，探究高中生物實驗改進策略。

一、 從生命觀念塑造視角，改進實驗要求

基于生物學視角，生命觀念即對生命現象之間的相關性及特異性進行分析與研究，對諸多生命現象及事件進行相關抽象實證后形成認知。將生命觀滲透到高中生物實驗，在生命現象觀察過程中，引導學生對生命結構、發展及活動規律的探究與認識，引導學生對生命價值的重新認識。教師在高中生物實驗教育教學過程中，應該樹立正確的生命觀，為學生搭建實驗觀察、實驗思考和實驗探究的平臺，引導學生從多維度對生命活動進行探究與認識。以“細胞吸水和失水（植物）”為例，通過實驗設計引導學生對植物細胞結構及其功能的理解，紫色洋蔥鱗片質壁分離和復原指明了成熟植物細胞滲透吸水和失水的條件，與此同時，引導學生思考深入問題：同一外界溶液條件下，不同植物細胞是否都會進行質壁分離以及效果是否一樣？基于此，教師提供實驗變量的三種材料：白色洋蔥、五葉地錦、植物三葉草，針對實驗設計及要求，學生通過分組合作進行實驗研究，思考三種不同植物在失水環境下能否發生質壁分離？程度如何？并利用顯微鏡對三種植物間的質壁分離現象進行觀察和記錄。結果顯示：洋蔥內表皮細胞和三葉草表皮細胞在5%NaCl溶液中發生質壁分離，而五葉地錦葉表皮細胞基本沒有發生。由此可知，植物葉片的保衛細胞對于吸水和失水過程的控制作用。在這個生物實驗的整個過程中，學生對植物細胞活動規律的理解建立在了微觀視角上，對生命結構和功能認識的視角得到拓寬，生命觀念逐步加強。

二、 從科學思維培養視角，注重實驗反思

科學思維是基于對事物的觀察、比較、分析和總結，通過邏輯推理和證據之間的思辨過程，不斷形成科學思維方式的過程。尊重客觀事實是生物實驗探究應遵循的基本原則之一。在高中生物實驗教學過程中，教師應秉持細致和嚴謹態度，提高學生通過在解決實際問題過程中運用科學方法及實驗反思能力，推進學生科學思維方式養成。在這個過程中，學生實驗動手能力培養，及實驗成功率引發的成就感，是學生實驗探究學習的動力，不斷提高實驗探究興趣。因此，在實驗設計、操作及結果分析的整個過程，需要根據學生的實際情況進行實驗反思，不斷改進實驗方法，提高實驗課堂教學質量。以“綠葉中色素的提取和分離”實驗為例，為了促進學生科學思維的培養，通過反復實驗操作及反思后，形成四個方面改進：第一，簡化實驗設計流程。通過烘干菠菜葉并制成粉末狀，并提取2克放置在研缽上。此步驟避免了新鮮菠菜葉直接研磨導致的色素含量低問題，提高了濾液色素含量;第二，試劑用量減少。試劑用量一般是藥匙四分之一的“碳酸鈣和二氧化硅”，外加5mL的無水乙醇，先加入無水乙醇3mL進行一分鐘的研磨，再加入2mL研磨成墨綠色糊狀效果更佳;第三，對劃線器材進行改進。嘗試使用“蓋玻片”進行劃線，在反復的實驗與思考中發現，濾紙條上的鉛筆畫線處，用蘸取濾液的蓋玻片畫上兩到三次，比教材中的毛細吸管畫的更加的細、直、齊，效果更加明顯;第四，改進層析裝置。小燒杯加培養皿的層析裝置設置，濾紙條在吸液后會變軟，加蓋培養皿時容易發生貼壁和接觸，使得濾紙條發生移位，層析效果受到影響。通過磨口廣口瓶的使用，能夠改進此不足，有效固定濾紙條位置，防止層析液揮發。通過引導學生對實驗過程及結果的反思，不斷改進實驗過程各個環節，使得實驗過程更加精確，實驗成功率得到提高，引導學生科學思維培養。

三、 從科學探究視角，改進實驗過程

科學研究是實驗研究的先決條件。通過科學化探究，激發學生對于生物實驗的學習興趣、學習能力，及對待科學實驗探究的嚴謹性。傳統的高中生物實驗課堂教學實施，教師為提高課堂教學效率，使實驗結論按照正確結論方向進行引導，實驗過程設計與安排會嚴格按照規范執行。在這個過程中，學生生物實驗參與探究能力較為被動，自主意識差，被動地接受實驗現象及實驗結果，難以進行深入學習。基于此，體現學生主體地位是高中生物實驗教學設計的重要理念，對實驗過程不斷進行優化，使科學化的實驗研究在“自主-合作-探究”的學習過程不斷強化。以“環境因素對光合作用強度影響”的探究性實驗為例。在實驗過程中，選取菠菜作為實驗對象，以光照強度對光合速率的影響為研究對象，采取“真空滲水法”進行實驗探究。通過科學的實驗設計，教師在實驗前與生物實驗優培組根據所選課題目標及要求，以及學生主體學習能力及學習情況，對實驗過程進行改進，包括所選實驗器材改進：注射器、二氧化碳溶液、光源的改進;實驗方法改進：通過光源與實驗設施之間的距離確立光照強度變量，研究光照強度對光合作用的影響等，確立更適合學生科學探究學習的生物實驗課堂。通過改進和創新實驗的過程中，學生對于整個實驗過程操作的科學性和嚴謹性有了更深一步的認識，對于數據闡釋和處理方法運用更加得心應手，在圖文表達及轉化方面的能力得到提高，在合作性的群體探究活動中，學生的科學探究能力得到不斷提高。

四、 從社會責任培養視角，推進實驗發展

社會發展彰顯社會責任，體現于生產生活，而生物學應用價值在這個過程逐步體現。社會責任，即在生物學基本認知基礎上，對于個人生活及社會事務參與的相關現象和事物具有一定認知基礎和辨識能力，并能夠主動承擔一定的問題解決能力。在高中生物學科課堂教學過程中，引導學生理清個人與社會發展關系，引導學生在生物學學習過程中認識推進社會生產生活進步的案例，將學科核心素養融入生物課堂。基于信息化的高中生物實驗課堂，教師應該注重發揮多媒體教學技術的各種優勢，將生物實驗過程在多媒體技術的支持下進行呈現和演示，學生對于實驗的認識在這個過程中會更加直觀、感性，對于整個過程認識更加清晰，對課堂教學內容掌握更加牢固，學習更加深入。生物學科的實用性特征，為提高學生學習專注度，生物實驗課堂教學的多媒體功能開發顯得格外重要。另外，教師在實驗課堂教學過程中，還可以拓展教材之外的補充知識，學生實驗視野得以開闊，對于生物知識的認知更加豐富，生物素養逐步提升。以“可持續發展理念”的課堂教學滲透為例，在高中生物實驗課堂教學過程中，基于綠色理念，教師可以引導進行相關的實驗探究;或者可以組織相關的植樹活動，提高植被在日常生活中的覆蓋率，引導學生對生物圈構建及完善過程中，認識植被的重要作用及綠色細胞對空氣凈化的重要價值。基于此，對學生綠色健康思維方式進行潛移默化的引導，明確人在節約能源、保護環境的正確態度，為構建人與自然和諧關系貢獻力量。

總而言之，生物實驗是高中學生生物學科核心素養培養的重要渠道。傳統實驗設計在學生學科核心素養發展上存在諸多限制，教師在生物實驗教育教學過程中，需要協調學生發展和應試要求，提高學生觀察、分析和反思能力，對教學設計進行改進，從生命觀念、學科思維、實驗研究、社會責任等方面，不斷推進學生學習效率提升，推進學生全面發展，實現生物學科核心素養的培養。

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作者簡介：戴秀麗，福建省莆田市，莆田哲理中學。