在高中生物實驗教學點滴中培養核心素養

張少玲

一、生物實驗在培養學生核心素養中的重要性

高中生物學是一門自然科學，絕大多數的知識都是以實驗為基礎進行講解的，因此實驗教學在高中生物教學中占據非常重要的地位。近年來的高考生物試題也加重了對實驗的考察。如2021年廣東省普通高中學業水平選擇性考試中，實驗題所占的分數比例達到30%，在實驗創設的情境中考察學生的生物核心素養，也將成為未來命題的方向。生物實驗具有直觀性、探究性等特點，能作為培養學生生物核心素養非常好的素材。

二、生物實驗教學中培養學生核心素養的具體策略

1.深挖實驗助學生形成生命觀素養。生命觀念是人們認識了生命的本質后，形成的抽象認知。生命觀念屬于抽象的認知，實驗教學具有直觀性，教師可在課堂中可以利用實驗現象把抽象的認知轉化直觀形象的認知。幫助學生形成一些基本的生命觀念。例如，對于“結構與功能觀的理解”，可以讓學生嘗試制作動物細胞的三維結構模型。根據模擬制作模型的種類選擇材料用具。如制作計算機三維動畫模型，需要配備安裝了制作三維動畫軟件的計算機;制作實物模型，可用不同顏色的橡皮泥等材料;有條件也可以嘗試3D打印技術制作細胞模型。教師評價內容包括以下方面：各個小組制作的模型還需要進行哪些修補？各小組的模型中有哪些相同點和不同點？各個小組制作出的模型線粒體、核糖體、核仁的大小、核孔的數量一樣多嗎？與功能有什么關系？如果把動物細胞模型變更為植物細胞模型，需要進行哪些修改？為什么要做出這樣的修改？通過嘗試構建細胞的三維結構模型，讓學生對細胞的結構有了直觀的認識，再設計一系列的問題串引領學生思考結構與功能的關系，從而幫助學生形成結構與功能觀。

2.拓展實驗助學生養成科學思維素養。科學思維是從物理視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式，是基于經驗事實建構理想模型的抽象概括過程。科學思維需要運用分析、綜合、推理、論證等方法，敢于對不同觀點或結論提出質疑、批判、檢驗和修正，進而提出自己創造性的見解。例如，在“觀察植物細胞的質壁分離與復原”實驗中，教師可通過改變實驗選材或實驗試劑來提升學生的科學思維能力，如可提出“用洋蔥鱗片葉內表皮代替外表皮，實驗結果有何不同？用乙二醇溶液替代蔗糖溶液對實驗結果會造成什么影響？”學生依據原理做出合理猜想，再通過實驗來驗證自己的猜想是否正確。

3.設計實驗助學生提升科學探究素養。生物科學探究能力是學生終身發展的必備能力，生物實驗教學是提升學生科學探究能力的重要載體。高考中生物實驗設計題主要考察的基本能力有如下方面：理解實驗原理;設計對照實驗或分析對照實驗的作用;設計實驗步驟，其包括分析實驗的自變量、控制無關變量、檢測因變量;分析實驗數據和實驗現象;得出或預測實驗結果和結論等能力。生物教師應結合階段學習內容，引導學生自主設計生物實驗，培養科學探究能力。例如，“探究光照強度對韭菜和韭黃光合作用的影響”的拓展實驗中，有同學說造成同一光照強度對韭菜和韭黃的光合速率不同的原因是葉綠素含量不同，也有同學說是因為類胡蘿卜素的含量不同。怎樣設計實驗驗證這個問題？學生以小組為單位寫出實驗方案并完成實驗。教師在上課過程中不僅要滲透實驗設計的基本原則，還要重視實驗后結果的分析及實驗結果的歸納與展示，使學生在討論中認識到自己的不足，不斷提出新的優化方案，最終使學生掌握研究生物學問題的科學方法，形成合作意識，為以后更深層次的學習奠定基礎。

除了在平時的實驗教學中注重培養學生實驗設計的能力外，有時習題出現的背景材料也是訓練學生實驗設計能力很好的素材，教師在要注重引導思考，形成方法，寫出實驗方案。例如：高脂飲食會引起過度肥胖，過度肥胖會使W蛋白過度表達，大量W蛋白會使得β-cat蛋白進入細胞核，從而激活T基因轉錄，導致結腸干細胞增殖失去控制，形成癌細胞。而維生素D能抑制β-cat蛋白進入細胞核，使T基因無法轉錄，從而不利于結腸干細胞增殖，因此有人認為，維生素D能有效緩解高脂飲食導致的結腸癌的發生。請用小鼠為材料設計實驗證明這一結論。教師可做以下的引導：該實驗的自變量是什么（食物是否添加維生素D）？維生素D作用的對象是什么（高脂飲食的小鼠）？如何排除結腸癌的發生是高脂引起，而是不是食物的其他成分？從分子水平（T基因的表達量）和個體水平（結腸癌的發生率）如何檢測因變量？實驗的無關變量有哪些？最后引導學生生成實驗方案。

4.借助實驗素材助學生領悟社會責任素養。社會責任是個體對社會整體承擔的責任，在每一位公民所具備的同時，也成為學習生物學的最終目的，它是指在生物學的認知的基礎上，對個人與社會事物進行合理討論，并對結果作出理性解釋以及判斷，解決生活中的問題，對各項活動有能力及擔當責任。學生要形成造福人類的價值觀和為人類做貢獻想法，運用所掌握的生物學知識及方法，參與社會的議題，能夠對討論的結果并作出合理解釋，走出一條正確的道路。例如，在“探究抗生素對細菌的選擇作用”實驗中，通過實驗結果可以看出濫用抗生素會使細菌耐藥性增強，甚至可能導致超級細菌的出現。讓學生充分認識到合理使用抗生素的重要性，將實驗目的上升到社會責任。通過這樣的學習，學生就能在生活中會主動向身邊的親朋好友宣傳濫用抗生素的危害。

生物實驗教學是落實學生核心素養生成的非常重要環節，在具體的教學過程中，要仔細斟酌每個實驗的落腳點，讓每個實驗的價值都得以實現。

【本文系廣東省2021年度中小學教師教育科研能力提升計劃項目：課題名稱：科學探究素養視域下生物實驗教學實踐研究（2021年8月4日立項;課題編號：2021YQJK159）】

責任編輯 徐國堅