基于學科核心素養的高中生物學實驗進階教學的實踐研究

摘" 要：本文針對當前高中生物學實驗教學普遍存在的難以開足、開好、開齊的現實問題，通過轉變教師的教學理念，探索并構建高中生物學實驗教學進階體系、生物學實驗進階教學課堂范式和實驗教學教師共同體，以期提高生物學實驗教學質量，達成發展學生生物學學科核心素養的目標。

關鍵詞：核心素養；高中生物學實驗；進階教學

文章編號：1003-7586（2024）12-0043-03" 中圖分類號：G633.91" 文獻標識碼：B

基金項目：

第十四期江蘇省中小學教學研究課題重點自籌課題“基于學科核心素養的高中生物實驗進階教學的實踐研究”（2021JY14-ZB41）。

1" 當前實驗課程開展的問題

《教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見》明確指出，實驗教學作為國家課程方案和學科課程標準規定的重要教學內容，是培養創新型人才的重要途徑。［1］筆者通過問卷調查發現，高中生物學實驗教學難以開足、開齊、開好的主要原因是大部分教師課時緊張而采用的“講實驗”教學模式。［2］因此，當前的高中生物學實驗教學難以有效支撐學生生物學學科核心素養的發展。針對以上問題，筆者構建了高中生物學實驗教學進階體系，以期解決實驗課時不足導致的生物學實驗開展困難和時間分配問題。

2" 實驗課堂開設問題的解決

2.1" 改變教學理念，提升生物學實驗教學質量的重要性

教師應從學情出發，深化學生對生物學實驗的認識和理解，逐漸提升實驗教學在生物學教學中的地位，保證生物學實驗教學的有效實施，進而促進學生生物學學科核心素養的發展。

2.1.1" 實驗教學能夠培養學生的科學思維能力

在生物學實驗教學活動中，學生需要經歷提出問題、做出假設、設計方案、進行操作、收集并分析數據及得出結論等實驗過程。這些實驗內容能夠充分鍛煉學生觀察、思考及動手操作的能力，引導學生模仿科學家的思考方式和探究行為，逐步構建知識體系，進而充分培養自身的科學思維能力。

2.1.2" 實驗教學能夠提升學生的高階思維

生物學實驗教學并非機械地重復教材中的實驗步驟。在實驗過程中，學生可能會遇到各種問題與挑戰，需要突破常規思維，嘗試通過新的方法與途徑解決問題［3］，如改進生物學實驗裝置、優化實驗步驟等。這種創新思維的培養能夠幫助學生在復雜多變的社會環境或科研工作中提出獨特的見解、創造出新的價值。

2.1.3" 實驗教學能夠培養學生的創新實踐能力

教材中的理論知識往往較為抽象，而實驗教學可以將知識具象化。通過動手操作，學生能夠更加深入地理解和掌握知識并學會運用所學知識解決實際問題。例如，在“驗證酶的特性”實驗中，學生能夠利用所學知識探究植物生長素類似物的最適濃度。這種創新實踐能力的鍛煉有助于學生更好地適應不斷發展的社會，進而培養其社會責任意識。

2.1.4" 實驗教學能夠培養學生的團隊協作精神

部分生物學實驗需要學生以小組合作的方式完成，小組成員需要分工協作并進行交流討論及評價。在實驗過程中，學生需要傾聽他人意見、發揮自身優勢、合作完成實驗并達成目標，進而發展自身的團隊協作精神。

2.2" 重組實驗體系，構建高中生物學實驗教學四級進階體系

筆者根據《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）中提出的“學科核心素養水平劃分”標準，將“科學探究”素養分為四個水平，并據此將高中生物學實驗教學劃分為四個層級。

第一級為基礎性實驗階段，主要適用于高一年級全體學生，旨在引導學生掌握一定的生物學基礎實驗技能。第二級為提升性實驗階段，主要適用于高二年級選修生物學的學生，要求學生根據《課程標準》的要求完成相應的選修實驗，包括驗證性實驗和探究性實驗。第三級為拓展性實驗階段，學生在教師的指導下合作完成教材中的探究性實驗和實踐性實驗。第四級為研究性實驗階段，學生在教師指導下利用生物學及其他學科知識創設、開展并合作完成實驗課題。

教師通過構建高中生物學實驗教學進階體系將高中生物學實驗分為四類，進而根據學生的培養層次進行分級教學。

在基礎性實驗教學中，教師培養學生基本的實驗操作技能，帶領學生對教材知識進行驗證，從而幫助學生鞏固所學知識、拓展思維。提升性實驗以選擇性必修教材中的實驗為主，學生需查閱資料并獨立完成實驗，教師在教學過程中以指導和評價為主。拓展性實驗則需要教師通過課外學習和社會實踐途徑，結合學校資源、地方特色和學生學情，設計并開展具有實踐意義的實驗，教師在教學過程中需要積極鼓勵學生針對科研問題自主設計實驗和探究活動。研究性實驗中，教師根據學生的科研興趣確定研究方向，引導學生完成課題研究。教師在課題研究過程中需要充分激發學生的探究興趣，提高學生應用所學知識解決實際問題的能力，進而發展學生的生物學學科核心素養。

2.3" 改革課堂模式，構建高中生物學實驗進階課堂教學范式

教師可以根據不同實驗層級的具體要求組織教學，構建滿足不同層次培養要求的課堂模式。

2.3.1" 基礎性實驗教學

基礎性實驗教學以課堂實驗教學為主，需要學生在實驗過程中明確實驗步驟和原理，并完成實驗驗證。此類實驗可在正常課時內完成，主要以教師講授為主，教學過程中教師需要講授實驗儀器、實驗方法及實驗步驟，并對實驗儀器的操作及實驗原理進行講解并引導學生進行操作。

2.3.2" 提升性實驗教學

提升性實驗教學階段以教學活動和實踐為主，鼓勵學生走出課堂，自主理解實驗原理，以培養自身的科學探究能力和社會責任意識。該層級的實驗主要包括選擇性必修教材中的實驗內容，學生在開展實驗之前需查閱資料，自行設計實驗、完善實驗步驟并做出假設，小組成員分工合作，最終在教師指導下科學地進行實驗。實驗過程中教師應引導學生做好實驗記錄和數據分析，促進學生高階思維能力和生物學學科核心素養的形成與發展。

2.3.3" 拓展性實驗教學

拓展性實驗是學生利用社團和課外時間進行的研究性學習。通過開展以高中生物學知識為核心、符合學生學情的生物學實驗教學，教師能夠促進自身專業素養提升的同時培養學生的生物學學科核心素養。

實驗的順利開展需要學生根據學校現有條件分組進行討論，創設實驗情境后查閱相關資料確定解決問題的方案，設計實驗內容并合作開展實驗。各小組根據得到的實驗結果進行討論交流，共同分析得出結論。教師在討論過程中進行總結評價，引導學生遷移拓展所學知識，培養其合作探究能力。

2.3.4" 研究性實驗教學

研究性實驗是指以解決社會和自然問題提出的實驗。［4］該層級的生物學實驗以科研實踐為主題，以創新課題為組織形式，引導學生直接參與新實驗的設計和傳統實驗的優化。學生根據自身興趣選擇課題方向，確定研究課題并查閱相關資料后開展預實驗并在實驗過程中優化、完善實驗方案，之后在教師的指導下進行實驗操作，分析數據、得出結論并最終形成實驗報告。

2.4" 融合教師隊伍，構建實驗教學教師共同體

實驗教學進階體系的內容不再局限于單一學科范疇，而是需要學生以跨學科的知識作為指導開展實驗。為了便于指導，筆者邀請物理、生物學、化學、地理等多學科教師，從目標、組織、學習、實踐、溝通五個方面構建教師共同體。在此過程中，筆者開展專業教學活動以提升教師的專業素養并邀請教育學專家研討教學創新理念；組織教學實踐交流會，讓各學科教師取長補短；開展各學科實驗公開課，由教師之間進行互評；組織聯合備課，整合不同學科知識和教學方法。

2.5" 依托實驗教學進階，提升學生的核心素養

根據核心素養的不同維度，筆者以實驗教學進階體系為基礎，設計不同層次的核心素養培養目標（見表1）。

2.5.1" 改革實驗教學思想以促進學生生命觀念的構建

生命觀念是生物學學科核心素養的基礎，對學生的未來發展至關重要，而實驗教學思想的改革能夠從多個方面促進學生對生命觀念的深入理解。在實驗教學過程中，教師對“結構與功能觀”相關內容進行篩選、挖掘和整合，幫助學生認識生命活動及其發展規律。例如，在微生物學實驗操作中，學生通過拓展性實驗，不僅能夠掌握實驗操作技能，還能深刻領悟生物進化的過程，充分體現了實驗教學對學生生命觀念的培養。在實驗教學過程中學生能夠掌握并運用所學知識并在此基礎上構建結構與功能觀等生命觀念，明確生物的多樣性等內容，進而運用生命觀念觀察并解釋生活中的生物學現象。

2.5.2" 改革實驗教學方式以實現學生科學探究能力和科學思維的提升

實驗教學方式的改革能夠顯著提升學生的實驗探究能力和科學思維。［5］例如，在微生物學實驗操作中，教師可以組織學生開展拓展性實驗，探究不同抗生素對大腸桿菌的殺菌作用及細菌抗性增強的機制。在此過程中，學生不僅能夠熟練掌握稀釋涂布平板法等微生物學實驗操作技能，還能夠直觀地觀察到菌落透明圈與抗生素抗性之間的關系。這種實驗教學方式鼓勵學生主動參與、積極探索，旨在通過實踐提升其科學探究能力，并培養其科學思維，使學生能夠以科學的方法去分析和解決問題。

2.5.3" 改革實驗教學觀念以達成學生社會責任意識的培養

在社會責任意識方面，實驗教學則能夠有效幫助學生構建責任感與認同感。例如，在環境科學相關實驗中，教師可引導學生開展本地水質監測實驗，學生通過采集水樣、運用化學分析方法檢測各項指標深入了解家鄉水資源現狀。在實驗教學過程中，教師引導學生思考減少污染、保護水資源的策略，并向社區居民宣傳環保知識。

3" 實踐成果

筆者通過成果推廣開發了系列教學資源，并在不同學校和班級的實驗教學中進行使用，為一線教師的實驗教學提供了可參考的案例，促進了學科質量與學生核心素養的提高。生物學實驗教學進階體系能夠充分發展教師的專業素養，從生命觀念、科學探究、科學思維及社會責任意識方面培養學生的生物學學科核心素養。

參考文獻

［1］教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見［J］.中華人民共和國教育部公報，2019（12）：19-21．

［2］朱喬.新課程背景下高中生物探究實驗教學策略［J］.高考，2023（26）：138-140．

［3］王文禮，胡倩倩.高中生物學實驗的創新設計——以“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質”為例［J］.生物學通報，2023，58（4）：47-49+79．

［4］黃惠濤，丁奕然.基于格斯丁翻轉教學模式的生物學實驗深度學習［J］.天津師范大學學報（基礎教育版），2021，22（4）：46-50．

［5］趙玥，張燕.科學思維在高中生物學實驗教學中的進階培養——以“還原糖的測定”為例［J］.生物學教學，2021，46（5）：46-48．