指向核心素養的高中生物實驗教學落實路徑探究

摘" 要：實驗教學是“素養本位”視域下提高學生實踐操作能力和知識遷移能力的有效途徑，有助于培養學生的生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任等生物學核心素養，進而提高生物學教學效果。盡管如此，高中生物實驗教學的開展效果并不理想，存在如實驗觀念滯后、實驗缺乏探究性、脫離日常生活等問題，在一定程度上影響了學生知識、能力和素養的生成。對此，文章先梳理高中生物實驗教學的價值、定位，以及存在的問題，再闡述如何借助實驗教學發展學生的生物學核心素養。

關鍵詞：高中生物；核心素養；實驗教學

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《標準》）明確指出，要培養學生的科學探究精神，提高學生觀察、提問、實驗設計、方案實施以及對結果的交流與討論的能力。由此可見，實驗教學既是課程改革視域下提高生物學教學效果的必然要求，又是涵養學生生物學核心素養的實現路徑。換言之，生物學科教學要始終圍繞生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任四個維度展開，尤其要通過設計有挑戰性的實驗項目發展學生的生物學核心素養，助力學生形成正確價值觀、必備品格和關鍵能力。基于此，文章將在梳理高中生物實驗教學價值、定位，以及存在的問題的基礎上，探討如何借助實驗教學落實生物學核心素養。

一、高中生物實驗教學的價值審定與教學定位

實驗教學是生物學教學的必要環節，是增強學生理論聯系實際能力的有效路徑，更是落實生物學核心素養的必然選擇。因此，科學審視高中生物實驗教學的價值、合理制訂實驗教學目標，有助于師生立足核心素養提高教學效果。

1. 價值審定

首先，增強學生的主體意識。在課程改革視域下，以“學生為主體”是《標準》的核心要求。一方面，作為實踐性較強的學科，生物學科自身的建設與發展往往依賴于探究性和科學性較強的生物實驗；另一方面，通過開展實驗教學，學生能夠進一步鞏固生物學理論知識，跳出單一理論學習的限制，進而在理論與實踐有機結合的過程中激發主體探究興趣。更重要的是，實驗教學的過程也是發揮學生智能優勢、思維創新、科學探究能力的過程，有助于學生通過觀察實驗對象、分析實驗數據、討論實驗結果等提高自我知識建構與觀點表達的能力。

其次，提高學生的實踐操作能力。實驗教學的首要任務是將教材中抽象的理論知識轉化為具體可感的動手實踐活動，讓學生在實踐操作過程中內化并遷移所學知識。這就要求教師基于實驗教學的實踐性屬性，聚焦學生的實踐操作能力，引導學生在具體操作中發現問題、提出問題、分析問題和解決問題，進而反作用于理論知識的吸收與鞏固。當然，除了實踐教材中的理論知識之外，教師還要善于引導學生發現生活中的生物學問題，并主動開展科學實驗與科學研究，助力學生在潛移默化中提高自我動手能力和實踐操作水平。

最后，發展學生的生物學核心素養。生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任是生物學核心素養的四個維度。理論教學往往能引導學生“知其然”，即了解、掌握實際生活中存在的某種生物學概念或生物學問題，但若要學生“知其所以然”，則需要借助科學性與探究性實驗，這也是“紙上得來終覺淺”的原因。因此，通過設計科學合理的實驗活動，學生能夠樹立嚴謹的實驗思維，形成科學的探究精神，并在聯系自然環境與社會生活的過程中發現其中的生物學問題，進而樹立正確的價值觀，提升自身的社會責任意識。

2. 教學定位

為了充分發揮實驗教學在彰顯學生主體意識、提高學生實踐操作能力、落實生物學核心素養等方面的教學價值，教師應該圍繞《標準》的內容要求，結合具體教學內容和學生認知規律制訂針對性的教學方案。

首先，激發學生的探究興趣。與其他學科相比，生物實驗教學在激發學生探究興趣方面具有得天獨厚的優勢。實驗教學以實踐操作為主，對于高中生而言，能夠有效助力其增強學習自信和學習成就感。與此同時，實驗教學又具有科學性、探究性和邏輯性等特點，有助于教師在寓教于樂中培養學生的生物學核心素養。因此，教師要充分發揮實驗教學的激趣價值，并以“激趣”作為實驗教學的第一要義。同時，結合高中生的認知基礎，教師還要設計不同類型和不同探究層次的生物實驗，保障實驗教學質量。

其次，助力學生明確能力目標。基于實驗教學的基礎性和嚴謹性，在開展實驗教學之前，教師要厘清生物實驗與能力提高之間的邏輯關系，并根據教材內容規劃好適合學生認知基礎的實驗流程和目標。例如，在生命觀念方面，能夠借助實驗教學提高學生對生命現象的理解與解釋能力；在科學思維方面，能夠嚴格遵循客觀事實和規律，堅持求真務實、嚴于律己的實驗態度，并運用科學思維提高解決實際問題的能力；在科學探究方面，能夠針對教材或現實生活中的生物學問題獨立或合作設計實驗流程，以此強化動手能力和問題分析能力；在社會責任方面，能夠有效遷移所學生物學知識，主動參與并解決實際生活中的生物學問題。

二、高中生物實驗教學中的問題梳理

盡管生物實驗教學的價值與定位已經明晰，但是當前高中生物實驗教學的開展效果并不理想，在一定程度上影響了學生知識、能力和素養的生成。下面進行具體原因闡述。

1. 缺乏實驗意識

在傳統“知識本位”的教學模式中，教師往往聚焦知識點的教學，以教師的單向知識灌輸為主，忽略了實驗教學在助力學生自主建構知識方面的重要價值。換言之，相比對理論教學的重視程度，師生的實驗意識相對滯后，實驗目的相對淺顯。顯然，這種重理論輕實踐的教學觀念不符合學科自身的實踐性和探究性特點，不利于生物學科的建設與發展，更不利于發展學生的生物學核心素養。缺少實踐的理論教學或探究性學習，往往止于理論，因而無法提高學生的動手操作能力和知識遷移能力。

2. 實驗探究性低

開展實驗教學不僅要鞏固、強化教材中的理論知識，還要培養學生的創新思維和探究能力，進而落實以學生為主體的教學觀。但是，基于教學任務和高考升學的壓力，教師設置的實驗活動往往是復制教材中的理論內容，缺乏問題情境的思維引領，以至于實驗教學形式化、機械化和膚淺化，無法促進學生的思維進階和問題解決能力的提高。顯然，這樣的實驗教學模式只能鞏固知識，不能生成素養。

3. 脫離生活實際

作為一門基礎學科，生物學課程與社會生產、生活的聯系密切。面對現實生活中的生物學問題，學生要主動觀察、分析，并借助所學知識解決生產、生活中的實際問題，發展社會責任素養。但是，從高中生物實驗教學現狀來看，部分教師在實驗教學中按部就班地以教材為參考，實驗教學的設計與實施脫離生活實際，與學生的生活經驗相去甚遠，無法激發學生的學習興趣，導致學生的生物實驗參與感較低，收不到預期教學效果，影響學生生物學核心素養的提升。

三、高中生物實驗教學中落實核心素養培養的基本路徑

為了體現高中生物實驗教學的價值，切實引導學生在課堂實踐中發展生物學核心素養，教師需要從不同視角設計實驗教學內容。

1. 巧用技術賦能，提升實驗意識

新時代背景下，技術賦能教學已經成為趨勢和主流，尤其是多媒體技術的應用，將抽象、枯燥的實驗教學變得更加生動、直觀，能夠有效地激發學生的學習興趣，提升學生的實驗意識，進而提高生物實驗教學效果。例如，在教學人教版《普通高中教科書·生物學》必修1（以下統稱“人教版教材”）“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質”一課之前，教師可以設置課前實驗任務清單，引導學生整體感知相關實驗方法并標注疑惑之處，這是把握學生學情的關鍵一環。在此基礎上，教師借助多媒體播放相關的實驗視頻。通過觀看直觀、形象的視頻資料，學生不僅能直接看到花生、大豆、紅薯等實驗材料，還能了解相關實驗器材和實驗過程。其中，花生是脂肪檢測原材料，大豆是蛋白質檢測原材料，紅薯是糖類檢測原材料。在觀看視頻的過程中，教師要適當拓展相關實驗知識并針對“實驗材料”提出思考問題：花生可否替換為其他堅果類原料？大豆可否替換為紅豆等其他豆類原料？紅薯可否替換為紫薯或其他含糖原料？帶著問題看實驗視頻并思考，有助于進一步增強學生的實驗意識，為接下來嘗試用化學試劑檢測實驗生物組織中的脂肪、蛋白質和糖類作準備。

2. 開展深度合作，培養探究精神

高中生具備相對成熟的自主思考和自我建構能力，能夠面對一些復雜的實驗問題。為了增強生物實驗教學的探究性和邏輯性，促進學生的思維進階，教師要善于組織學生通過小組合作交流實驗認知，進而深化學生對生物學知識的理解。這種思考和探究的過程也是發展學生生物學核心素養的過程。例如，在教學人教版教材“酶的作用和本質”這節課后，教師可以組織開展“酶的研究與應用”實驗。針對該實驗，學生以小組為單位，先在組內分享對“酶”的認識，進而拓展對“酶”這一活性物質的認知。其中，探究性問題依然是引領學生開展合作探究的關鍵。教師可以圍繞洗衣粉中的“酶”，引導學生思考洗衣服時為什么要加入些許熱水，以及水溫是否會影響酶的活性。這種與學生日常生活緊密聯系的生物學問題能夠有效激發學生的探究欲望，增強學生解決生活實際問題的動力。需要指出的是，教師在此過程中要善于下沉并及時點撥、指導，確保問題探究的方向正確，進而培養學生的探究精神。

3. 推敲實驗結論，發展高階思維

從邏輯思維能力發展角度來講，在實驗教學過程中，學生不僅要理解實驗器材、實驗材料、實驗過程和實驗方法，還要圍繞實驗結論進行推敲、揣摩，進而助力高階思維的發展。更重要的是，這種邏輯推敲能力正是培養學生科學探究和科學思維素養的關鍵。例如，在教學人教版教材“細胞的增殖”一課中的“有絲分裂”內容時，由于“細胞有絲分裂”實驗實施難度較大，故教師可以帶領學生利用相關的學術性實驗資料進行邏輯推演。在邏輯推演之前，學生要全面掌握該實驗的相關信息，即解離、漂洗和染色。首先，解離的關鍵是“浸泡”，即用濃度為15%的鹽酸浸泡實驗對象，以此促進細胞分離；其次，漂洗的關鍵是浸泡時間，即以清水浸泡9分鐘，以此清洗附著于組織表面的藥液；最后，在清洗干凈的基礎上進行染色處理，即用龍膽紫溶液染色3分鐘左右，確保染色體均勻著色。可見，這種推演方式有助于學生還原整個實驗過程，并在此過程中鍛煉科學的邏輯思維能力。

4. 遷移生活經驗，強化實踐操作

為了更好地培養學生的生物學核心素養，教師要精心設計生物實驗環節，以學生為主體，貼近學生真實的生活經驗，強化學生的實驗操作技能。例如，在教學人教版教材“探究植物細胞的吸水和失水”這一探究實驗時，教師可以引入學生生活中常見的事物開展實驗教學，增強他們的親切感和參與感。實驗教學前，教師先以生活中的真實情境導入新課：將辦公室里種植的鮮花帶入教室，讓學生對比觀察鮮花和干花的區別，并進一步引出新課內容，讓學生了解植物遇水后變得飽滿、硬挺，離開了水就會枯萎、凋零，說明水分能以一定的方式滲透到細胞中。以此為基礎，讓學生探究細胞的吸水和失水。隨后，教師帶領學生進行實驗操作，選用實際生活中常見的白菜作為實驗材料，并將干濕度差異較大的菜葉進行切片處理，觀察菜葉細胞在顯微鏡下的外形與大小。完成此步驟后，以少許鹽置于切片之上，觀察其融化過程和細胞的形態變化。實驗觀察及操作完成以后，教師繼續引導學生就整個實驗的過程及觀察的結果撰寫實驗報告，反思實驗中存在的問題，為后續實驗積累經驗，助力學生綜合素養的提升。教師通過選取貼近學生生活實際的實驗材料和操作方式，使學生對生物實驗教學產生了更加濃厚的興趣，既提高了學生的動手操作能力，又培養了學生的科學探究精神，有助于學生對生物學知識的內化與遷移。

綜上所述，在落實生物學核心素養教育的過程中，實驗教學是不可或缺的教學環節，有助于從生命觀念、科學探究、科學思維、社會責任等維度促進學生的素養生成。這就要求教師的“教”要兼具引導性和點撥性，學生的“學”要兼具創新性和探索性，引導學生在實驗教學中認識到現實生活中的生物學問題，并運用生物學知識加以解決，最終獲得知識和能力發展。

基金項目：2021年江蘇省中小學教學研究課題——以核心素養為本的高中生物學實驗教學的實踐與創新（2021JY14-XK10）。

參考文獻：

［1］孟玉珍. 高中生物實驗教學中核心素養的落實路徑［J］. 試題與研究，2022（32）：16-18.

［2］張萍. 生物學核心素養在高中生物實驗教學中的滲透策略［J］. 淮陰師范學院學報（自然科學版），2022，21（3）：266-268.