談核心素養視域下高中生物實驗探究教學

吳昊 王亞盈

【摘要】生物教學的內在規律決定了應重視實驗探究教學模塊，以對實驗的思考和實踐活動培養學生的核心素養。文章提出實驗探究可在科學思維、探究方法、情感價值觀的維度助力學生提升，并結合“綠葉中色素的提取和分離”實驗案例，論述了以實驗探究教學培養核心素養的方法，提出要引導學生的思維參與，通過師生交流形成實驗方案，要利用實踐過程中的操作細節提升學習深度，對觀察結果展開充分討論，并以知識拓展促進學習。

【關鍵詞】高中生物；核心素養；實驗探究；策略；“綠葉中色素的提取和分離”

【中圖分類號】G633.91【文獻標志碼】A【文章編號】1004—0463（2022）07—0099—04

在新課改下，高中生物教學的重心不斷從“知識本位”向“素養本位”轉變，強調教學不僅要讓學生積累外部知識，更要讓學生發展內在的素養，形成有助于適應社會與終身發展的必備品格和關鍵能力。實驗探究是高中生物教學中的重要教學模塊，集中體現了生物課程的科學性，是發展學生核心素養的關鍵途徑。以往的實驗探究教學側重于讓學生通過實踐操作驗證知識、強化知識印象，但是實驗探究本身的價值受到忽略。本文擬借鑒有關核心素養的理論，結合高中生物課程中的具體案例，探討如何開展實驗探究教學。

高中生物學課程是科學領域的重要學科之一，也是一門需要不斷開展實驗探究的學科[1]。實驗探究教學對于高中生核心素養的培養，具備多方面價值。

（一）主體全面參與，提升科學思維

《普通高中生物學課程標準》（2017年版）中提出：生物學不僅是一個結論豐富的知識體系，而且包括了人類認識自然現象和規律的一些特有的思維方式和探究過程。”整個實驗探究活動以科學思維為引領，只有在主體具備嚴密思維的前提下，實驗才具備效度。實驗探究教學中的各個環節都涉及思維活動，實驗設計、材料準備、操作、觀察等都離不開主體思維的運用。在實驗探究教學中，學生不再是單純地接收既有知識，而是以創設實驗模型的形式參與知識生成過程，提升科學思維能力。

（二）親歷實驗過程，掌握探究方法

笛卡爾曾經說過：“最有價值的知識是關于方法的知識。”實驗法重視精確地控制變量，開展嚴密的計劃與操作，從客觀事實中發現恒定的規律，是生物學的基本探究方法。通過親歷實驗過程提出問題、獲取信息、檢驗假設、發現結論等活動，讓學生在實踐的過程中具體了解如何開展科學探究，掌握實驗探究方法。對探究方法的掌握對應著布魯姆學習目標層次中的“過程與方法”層次，探究方法不是具體的知識本身，而是學生主體習得的用于解決問題的有效法則，是高中生物教學中一項重要的學習策略。

（三）促成自主體驗，發展情感價值觀

在生物實驗教學中，學生自主體驗了實驗的宏觀設計與微觀操作過程，對如何借助現實生活中的條件開展實驗探究會產生具體的認知，進而在情感價值觀層面得到發展。一方面，有關生物課程學習的情感價值觀會得到發展；另一方面，學生將在“社會責任”的角度得到發展。在新課標中提出，高中生物學科核心素養中包含“社會責任”一項。社會責任是基于生物學的認識，對個人和社會事物給出理性解釋和判斷的能力[2]。在實驗探究過程中，學生對實驗探究中的社會責任進行思考，進而形成積極的情感價值觀，實現全面發展。

對核心素養的培養，可體現在高中生物教學全階段的實驗活動中。教師要轉變以往關注探究結果的思維，以探究活動自身為中心，促進學生核心素養的發展。下面結合必修1教材中“綠葉中色素的提取和分離”實驗進行說明。

（一）多維思考，共同設計實驗方案

實驗設計是開展實驗的基礎，實驗設計要合乎邏輯，才會產生有意義的實驗結果。在教學中可以引導學生多方面展開探究，基于實驗目標共同設計方案。

1.以問為引，提出初步框架。在開展實驗教學之前，教師先創設情境，展示玉米地中綠色的玉米植株和白化玉米植株，以說明在健康的植物葉片中多數含有綠色的色素。然后教師提出問題：“那么，綠葉中究竟有哪些色素？請同學們根據以往的經驗，說說本實驗可分為哪兩個部分。”以此引導學生將實驗系統地分為“提取色素”和“分離色素”兩個環節。然后，教師引導學生觀察操作臺上的材料，并閱讀教材“材料用具”模塊的內容，結合“提取—分離”的基本框架說說材料的用途。教師重點引導學生認識無水乙醇、層析液、二氧化硅和碳酸鈣的作用。

2.調整優化，形成具體方案。教材中給出了提取和分離綠葉中色素的基本方案，并且已在舊版基礎上進行改進，但其中仍有部分可繼續調整優化，以培養學生的實驗創新意識。在開展教學時，可從以下三個方面進行分析，形成具體實驗方案。

（1）簡化環節，提升實驗效率。教材在提取色素中分為三步，首先稱取5g綠葉，然后在研缽中加入少許二氧化硅和碳酸鈣，再加入5-10mL無水乙醇研磨，然后使用單層尼龍布過濾到試管中。這樣獲得的提取液色素含量不高，點樣時容易印染，導致色素分離不明顯，而且研磨之后還要過濾。教師在課堂中可以和學生一起分析無水乙醇的量對提取液色素含量的影響，以及綠葉表面水分的影響。然后，提出改進后的研磨方案：將綠葉放入溫度設為70℃的干燥機中徹底干燥，然后直接使用5ml無水乙醇研磨成溶液狀，提取后靜置即可，無須過濾，待完成對濾紙條的制作后，再直接點樣[3]。經過簡化的研磨環節使用更少的材料，用時更短，能夠提升實驗效率。

（2）增設材料，豐富觀察方式。在教材提供的實驗方案中，將一個長條形的濾紙放在層析液中，讓學生通過觀察色素在濾紙上的擴散形態，以了解綠葉中包含的色素類型及其含量。用濾紙上的色素來觀察綠葉中的色素分布，是一種形式的轉換。在本次實驗中，教師可以提問：“是否還有其他觀察綠葉中色素分布的方式？”然后，有意識地讓學生觀察操作臺上的圓形濾紙，引導學生想一想如何使用圓形濾紙分離色素，并預測色素在圓形濾紙上的分布形式，領悟兩種材料帶來的觀察方式的不同。在本次實驗中，使用圓形濾紙進行觀察的環節僅在學生完成實驗操作和交流環節后，由教師操作復驗，以加深學生的印象，促進認知提升。

（3）關注責任，追求環保健康。本實驗中使用的層析液由石油醚、丙酮和苯混合而成，其中含有一些有毒物質。教材給出了兩種使用層析液的方式，教師可以讓學生展開聯想，細致分析其中每個步驟的操作難易度，以及由此帶來的問題。在方案一中將層析液倒入試管，不便于裝取濾紙條和加層液，濾紙較容易折疊，致使細線碰觸層析液。在方案二中，使用小燒杯代替試管，在加入濾紙后使用培養皿蓋住小燒杯，這個方案則有材料密閉不足的弊病，可能引起有毒物質溢出。學生完成分析后，教師展示“小試劑瓶”，引導學生觀察試劑瓶，并說出使用它作為層析觀察器皿的好處，然后共同確定經過優化的層析方案。

（二）實施探究，在實踐中提升素養

實驗探究的實施環節是學生自主展開操作的環節，在這個過程中，“教”“學”“做”“思”是一體的，能夠讓學生通過實踐提升素養。

1.創設小組，合作探究。高中生物實驗中操作步驟多，對每個步驟都有具體而精確的要求，因此可以小組合作的方式展開探究，以促進同伴之間的交流與互助。教師使用多媒體出示本實驗的流程圖，再由學生對照教材說明以及經過調整的方案，有序開展實驗。在小組合作探究的過程中，可注重體現以下兩個原則。一是“分工合作”，能夠讓操作整體更為妥當，使步驟與步驟之間的切換更加順利；二是“共同確認”，當一名組員在操作某些關鍵環節時，其他組員要觀察操作過程，共同確認操作方式符合要求，如在放入濾紙時不能讓濾液細線觸及層析液，重按蓋玻片時要待原有的濾液干涸等等。教師要關注各組學生的探究活動，及時幫助學生解決在實驗過程中遇到的問題。

2.聚焦細節，深度分析。在實驗操作中，對細節的把握非常考驗學生的整體素養。如果學生對實驗原理理解透徹，具備清晰的思維指引，就能夠有條不紊地處理好各個細節。反過來，在實驗操作過程中，聚焦細節展開深度分析，則可以彌補學生在實驗理解上的缺漏，促進學生的思維更加嚴密。在開展本次實驗時，教師可以提供自主學習單，讓學生將其與實驗報告單結合起來使用。每次在完成一個步驟前，先對有關實驗的細節展開探究，逐個排查問題。如在“分離綠葉中的色素”環節中，在自主學習單中提出了五個問題：①為什么色素會在濾紙條上分離？②為什么要將濾紙條一端剪去兩個角？③為什么濾液細線越細、越直越好？④為什么畫濾液細線要重復2-3次？⑤為什么濾液細線不能觸及層析液？對于學生普遍存在困惑的問題，教師要及時釋疑，也可由本班生物學業成績較為優秀的學生解答。通過這種方式，實驗探究不只是單純的操作過程，更是融入了自主性的思維，可以讓學生從科學研究方法的層面把握細節，提升領悟力。

（三）觀察記錄，展開實驗結果討論

學生使用層析液分離出綠葉中的色素后，教師先讓學生自主交流實驗結果，并查看其他小組的色素分離結果。其次教師讓兩個小組來報告自己觀察的結果，然后各小組公示本組的實驗結果，最后進行描述。如某組學生報告：“在濾紙最上方是橙黃色的色素帶，中部是黃色的色素帶，然后是藍綠色和黃綠色的色素帶。”另一組學生則根據色素帶的寬度說明綠葉中的色素含量。教師再補充知識，說明各種色素顏色對應的色素種類，并將色素液和層析液滴在圓形濾紙中間，引導學生觀察結果，再次驗證，最后展示探究結果列表，具體如圖所示。

在收集符合科學知識的證據基礎上，不應忽略那些“異常”的數據。本實驗對操作的要求很高，往往會出現一些不夠成功的例子[4]。如因為研磨不充分，導致色素并沒有充分溶解到無水乙醇中，最后濾紙上會缺少一兩個色素帶；有的學生濾紙條選取過短，也會導致缺少色素帶；如果有的學生在畫濾液細線時畫的次數不夠，濾液的量太少，濃度不高，很可能會導致色素帶過淡，色彩難以區別……教師要幫助學生分析導致實驗失敗的原因，以培養學生的自主反思能力。

（四）拓展練習，提升學生理解水平

在實驗結束后，學生積累了與之有關的生物知識，提高了科學思維能力、實驗探究能力。教師可以給出一些拓展性的練習題，以此讓學生從新的角度對實驗進行再思考，以提升學生的理解水平。

（一）重視設計環節，以思維引導實踐過程

設計實驗方案的實質是提出一個問題解決方案，要根據實驗的基本目標，從材料、流程等方面進行設計，體現科學探究的本質要求。因此，實驗設計環節中雖然并沒有“做”的活動，卻在整個實驗教學中具有引領性的作用，它在思維、方法以及情感價值觀培養方面都至關重要。在教學中要讓學生參與實驗設計，并讓學生根據自己的思考去理解方案，而不是直接讓學生根據方案逐步操作。

（二）調動課堂活力，促進學生主動探究

高中生物教學中的實驗探究課應當是充滿活力的，能讓學生體會科學探究的奇妙，經歷知識再發現的過程，感受自身能力提高的喜悅。如果只是教師單向講授，學生的主體性沒有被調動起來，教學效果實則有限。在課堂中，可以多使用提問法，促進師生互動；教師要多觀察學生的實驗過程，發現生成性問題，并適時解決；同時，注重同伴間的互動，學生的許多知識和經驗往往來源于其他同學，教師要多為學生提供課中分享經驗、交流觀點的平臺，提高他們的思維能力。

（三）巧用具體案例，展示普遍的探究規律

要以實驗探究教學培養學生的核心素養，就要超越對實驗主題本身的關注，讓學生感受其中恒定不變的思想和方法。在每個具體案例中，都融入了普遍的探究規律，教師可以多結合實驗案例，引導學生認知在實驗探究中如何進行條件控制、獲取信息、記錄結果等工作，讓學生既知其然，又知其所以然。

總之，基于實驗探究培養學生核心素養符合課改的趨勢，順應了生物教學的特質。教師在開展實驗探究教學時要提升理論認知的高度，讓學生在實驗過程中掌握科學探究的一般性原則與方法，以助力學生的核心素養發展。

[1]吳愛鳳.基于核心素養的高中生物實驗優化研究[J].高考，2020（30）：49.

[2]盛勤，馮少嫻.基于生物學學科核心素養的高中生物實驗教學策略[J].西部素質教育，2020（12）：71-72.

[3]鄒君，鄒崢嶸.“綠葉中色素的提取和分離”實驗改進[J].中學生物教學，2020（14）：66-68.

[4]黃寶星，陳紅芝.“綠葉中色素的提取與分離”實驗失敗原因分析及改進方案[J].福建基礎教育研究，2013（08）：124-125.

編輯：張昀