指向核心素養的高中生物學實驗教學實踐

黃麗麗

生物學是以觀察和實驗為基礎的自然科學。在教學過程中，教師可以根據教學和學生實際選取教材中相關實驗進行有效設計，引導學生親自動手實踐，通過實踐獲得認知，從而提升學生的素養。

一、概念教學實驗化，促進學生生命觀念的形成

新課程設計的基本理念之一是聚焦大概念，課程內容框架和體系是由許多核心概念組成的。在概念教學時，為幫助學生有效達成對相應概念的深入理解，新課程標準給出了相關活動建議。例如，“概念2細胞的生存需要能量和營養物質，并通過分裂實現增殖”包含3個重要概念，10個次位概念。為了讓學生理解概念2，新課標建議開展“通過模擬實驗探究膜的透性”等7個教學實踐活動，而這些則可以成為學生理解相關概念的實驗活動。

又如，為了讓學生理解“酶是一類能催化生化反應的蛋白質”，筆者將“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗引入教學活動，進行了如下設計和實踐：

首先，創設問題情境。例如，細胞代謝過程中會產生對細胞有害的物質，如過氧化氫。幸而細胞中含有一種物質，能將過氧化氫及時分解，變成氧氣和水。這種物質就是過氧化氫酶。俗話說，肝臟是人體的解毒器官，是因為肝臟中含有很多分解有害代謝產物的酶，新鮮肝臟中有較多的過氧化氫酶。酶是細胞代謝不可缺少的催化劑，與無機催化劑相比，酶催化化學反應的效率如何呢？其次，教師引導學生閱讀教材提供的參考資料：經計算，質量分數為3.5%的FeCl3和質量分數為20%的肝臟研磨液相比，每滴FeCl3溶液中的Fe3+數大約是肝臟研磨液中過氧化氫酶分子的25萬倍。提出疑問：如何設計實驗比較過氧化氫在過氧化氫酶和其他條件下的分解速率？再次，教師引導學生結合化學知識分析實驗原理，明確實驗目的。小組合作制訂實驗方案，教師引導學生分析實驗變量，提示學生控制無關變量。最后，教師提供如新鮮的質量分數為20%的肝臟（如豬肝、雞肝等）研磨液等實驗材料和用具供小組選擇進行實驗，觀察實驗現象，記錄的結果如表1：

通過“比較過氧化氫在不同條件下的分解速率”的實驗，學生親眼看到了過氧化氫酶的神奇效果，切實體驗到了肝細胞中過氧化氫的存在，感受過氧化氫酶催化過氧化氫高效分解，能深刻理解肝臟的解毒功效，認識到肝臟對人體的重要性。

二、數據分析精細化，培養學生的科學思維

生物學科的實驗教學是推動學生科學思維發展的有效載體。豐富多彩的實驗材料刺激著學生的感官，滿足了學生探索未知世界的需求;嚴謹的實驗操作能培養學生的實踐技能，真實可靠的實驗數據可以培養學生求真的科學態度;對實驗數據進行精細化處理和分析可以得出正確的結論，可以訓練學生科學的思維方式和方法。如筆者帶領學生進行“探究生長素類似物促進插條生根的最適濃度的預實驗”時，某小組記錄的實驗數據如表2：

有幾個小組記錄的實驗數據差距較大，得出的結論也各不相同。實驗數據是在嚴格控制自變量，無關變量相同且適宜的條件下得到的，反映因變量的數據可以幫助學生挖掘隱藏在現象和結果背后的科學原理和規律。實驗數據的可靠性與實驗原則、無關變量的控制、實驗室的環境、學生的操作等各種因素有關，教師可以用手機或相機等電子設備拍攝學生的操作過程，以備對實驗數據進行誤差分析。在對上述實驗數據分析中，筆者幫助學生回放當初的操作過程，各小組比較分析存在差距的原因，找到產生誤差的根源。通過分析發現，有的小組對實驗無關變量的控制不到位，如處理枝條時，實驗組每根枝條上留存的葉芽數不相等，枝條底部剪出的斜面大小不相同等。

在教學過程中，筆者發現一些學生實驗能力不足，不善探究，而是坐等教師告訴他所謂的“真相”和結論，即缺乏用邏輯思維分析問題的習慣。這就需要教師在教學過程中合理設計，適時引導，促使學生動手操作和實踐。盡管剛開始學生操作很不流暢，難免會出現較大的誤差，但教師可以抓住契機引導學生分析誤差以得出正確的結論。在實驗過程中如實記錄數據，分析誤差，是培養學生求真務實的科學態度的有效途徑，是鍛煉學生高階思維、發展學生科學思維的重要方式。

三、實驗設計情景化，培養學生的科學探究能力

教師在設計探究性實驗時可以引導學生在真實的情景中開啟探究之旅。例如，在學習光合作用時，筆者將教材中的驗證性實驗“提取和分離葉綠體中的色素”設計為探究性實驗，引導學生進行探究活動，具體做法如下：

1.根據常見的自然現象提出議題，如自然界中，絕大多數植物的葉片是綠色的;秋天到了樹葉會變黃;綠色幼苗中偶爾會出現白化苗，白化苗由于不能進行光合作用，一段時間后會死亡。在上述情景性議題下引導學生進行頭腦風暴提出探究的問題，有些學生說：“葉片為什么是綠色，綠葉中是否含有綠色的色素？”有些學生提出：“秋天葉片為什么會變黃，葉片中是否含有多種色素？”也有學生提出：“白化苗為什么會死亡，這與色素有關嗎？”對學生提出的五花八門的問題，教師要及時引導學生總結整理成一個問題進行探究，如：“植物葉片中與光合作用有關的色素有哪些，能不能從綠葉中提取和分離到呢？”

2.依據要探究的問題，引導學生閱讀教材提供的實驗原理，設計實驗方案。教師對學生設計方案時存在的問題進行解疑，幫助學生修正實驗方案，如學生從教材中得知，分離綠葉中的色素所用到的層析液是由20份在60℃～90℃下分離出來的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成，而這三種化學物質對人體有害，影響健康，不好配制。教師建議可以用93號汽油代替，并提示汽油有揮發性，注意做好防護。

3.利用課余時間或下一課時（課時充足的話），教師幫助學生準備實驗所需的材料用具，按照實驗方案中的步驟進行實驗得到圖2所示的結果。

從上述結果分析可以得出，綠葉中含有四種色素，濾紙條從上往下依次是橙黃色的胡蘿卜素、黃色的葉黃素、藍綠色的葉綠素a、黃綠色的葉綠素b;在層析液中溶解度最大的是胡蘿卜素，最小的是葉綠素b;含量最多的色素是葉綠素a，含量最小的是胡蘿卜素。此時，學生恍然大悟，葉片中因含有大量的葉綠素使葉片呈現綠色;除了葉綠素外，還有少量的類胡蘿卜素，秋天可能由于各種因素使葉綠素消失，葉片便呈現出類胡蘿卜素所具有的黃色。得到實驗結果后，很多學生被色彩分明的色素條帶所吸引，他們相互對比，相互交流。有學生提出不把圓形濾紙剪成教材所說的濾紙條，而是直接在圓形濾紙上進行色素的分離可得到圓形的色素環。在教師的指導下，學生積極動手，做出了美觀的色素環。這顯然是對濾紙條制備步驟進行了遷移應用和創新，使學生的創新能力得到了發展。

筆者在設計探究實驗時創設情境，引導學生進行探究實踐，解決真實問題。如何使探究活動有序順利地完成，需要教師在課前精心設計，課堂上耐心指導，這樣學生才能自主探究、學有所獲。

四、實驗活動實踐化，培養學生的社會責任

實驗教學中，將科學知識與相應的生活經驗和社會實踐相結合是培養學生社會責任的一種有效的措施。高中生物學選修一的課題一“果酒和果醋制作”是引導學生開展實踐活動的一個絕好題材，由此筆者創設情境，引入實踐活動主題：金秋十月，瓜果飄香，成熟的水果如果銷售不完就會腐爛，造成浪費，會帶來很大的經濟損失，如何解決這一問題？將剩余的水果釀制成果酒和果醋儲存不失為一個很好的辦法。

活動安排：此次活動安排在高二下學期，秋季的9—10月份，正值葡萄旺季，品種豐富，此時葡萄上的酵母菌數量多且活力強，發酵釀酒的效果極佳;對我們所生活的地區（甘肅省定西市岷縣）來說，此季節的溫度正適合釀酒，溫度適宜，發酵現象非常明顯。

實踐活動的實施：

1.材料及用具的準備：發酵瓶、紗布、榨汁機、盛葡萄汁的容器等，市場上購買的新鮮葡萄10斤。將盛放葡萄的器材和用具做好消毒處理。

2.將鮮葡萄去除枝梗和腐爛的籽粒，用清水沖洗1～2遍去除污物，注意沖洗次數不宜過多（避免沖走葡萄上的酵母菌）。

3.用榨汁機把葡萄榨成汁后裝入發酵瓶，或用干凈的手將葡萄捏碎流出汁液，用潔凈的紗布將汁液過濾到發酵瓶中，但注入的果汁量不要超過發酵瓶總體積的2/3，蓋好瓶蓋。也可以將一部分發酵瓶用潔凈的紗布封口（不蓋瓶蓋），用于果醋的發酵。

4.把發酵瓶放于適合的溫度下進行發酵：葡萄酒的發酵瓶置于自然環境溫度（18℃～25℃）下發酵，由于發酵旺盛期將會產生大量的CO2，因此每天要擰松瓶蓋2～4次進行排氣，以防止發酵瓶爆裂。葡萄醋的發酵瓶放入實驗室的恒溫培養箱中發酵，溫度設置為30℃～35℃。或者當果酒釀成之后，可以在發酵瓶中加入醋酸菌或醋曲，用干凈的紗布封口后轉移到實驗室的恒溫培養箱中（溫度設置為30℃-35℃）發酵。

5.10天以后可以進行果酒和果醋的檢測：筆者和學生進行了一次愉快的品酒嘗醋活動，品著自釀的酒和醋，學生臉上洋溢著幸福和自信的微笑。有些學生品酒后提出了新的問題，如有沒有新的技術來提高釀制葡萄酒的效率？發酵時加入白砂糖會改善葡萄酒的口味嗎？

通過此次自釀酒和醋的實踐活動，學生不但熟悉了傳統發酵技術，深刻理解了發酵的原理，而且認識到了傳統釀制技術給人們帶來的便利，體驗到了中華優秀傳統文化的魅力，更重要的是提高了學生學習的興趣。利用這一素材，激發學生動手制作的興趣，培養學生的實踐操作能力，滲透STS教育，讓學生將所學相關知識運用于實踐，真正體會到生物科學的意義所在。

實驗是提升學生生物核心素養的重要支撐。實驗教學為學生動手動腦提供了平臺，學生在“做中思，做中學，做中悟”中深刻地理解了科學概念，獲得了豐富的感性認識，加深了對科學原理、規律的理解，促使生命觀念形成;學生思維的系統性、靈活性、獨創性、敏捷性能在實驗設計、實施和修正實驗方案的過程中得到發展，提升科學探究能力;細致嚴謹的操作過程、如實記錄實驗結果，有助于培養學生嚴謹、求真的科學態度，發展科學思維;實驗設計過程中考慮實驗成本、廢物的產生和有毒物質的處理，將實驗活動與生活、社會實踐相結合等都有助于培養學生的社會責任和擔當。

（作者單位：岷縣第四中學）

編輯：李琴芳