核心素養導向下初高中生物銜接實驗研究

摘" 要：高中生物教學的主要任務是培養學生的學科核心素養，其中科學探究占有重要的地位和作用。文章以高中生物實驗“探究黃豆種子萌發的條件”為例，總結了在學生剛進入高中時，教師如何設計一個基于探究的生物銜接實驗，從而讓學生親歷科學探究的過程，更好地理解探究實驗，為后續的學習奠定堅實的基礎。整個研究過程包括研究現狀、研究緣由、創新點、研究的思路和方法以及問題的解決等。研究過程強調教師應讓學生親歷實驗和探究的過程，領悟科學的探究方法，培養學生的創新能力、實踐能力以及解決問題的能力。

關鍵詞：核心素養;探究性實驗教學;高中生物

一、初高中生物實驗教學概述

（一）教學現狀

長期以來，我國的教學都是以知識傳授為主，忽略了提高學生綜合能力的探究性實驗。盡管初中生物學課程標準將“科學探究”作為“內容標準”中的一個獨立主題，要求生物學課程學習的主要方式應包括科學探究，尤其要重視一些探究性實驗，但在初中階段教師的重視程度不足，學生探究性實驗的開展情況并不理想。而高中生物學課程標準卻對學生提出了更高要求，要將探究作為基本的學習方式貫穿必修和選修的各個模塊。在這種背景下，探究性實驗教學的重要性不言而喻。

所謂探究性實驗教學就是讓學生在教師的指導下由被動學習轉為主動學習，積極參與科學探索，嘗試模擬科學家在生活實踐中提出問題、解決問題的方式，學會搜集和加工所需資料，養成主動探索，大膽質疑、發散思考的習慣，進而培養創新和實踐能力。在這種背景下，盡管探究性實驗教學的重要性已經得到了廣泛認可，但由于種種原因，如主觀意識不足、客觀條件限制等，這一教學模式在許多學校中并未能得到很好的實施和推進。這無疑限制了學生在生物學核心素養方面的形成和發展，使他們無法充分體驗到科學探究的樂趣和價值。

（二）研究緣由

高中生物學課程特別強調學生動手開展實驗和活動，強調學生觀察和獲取一手數據的過程，并要求學生在主動參與的學習經歷中深入理解知識、發展能力。如何在這種背景下搭建一個更好的平臺，使教師在日常教學中深化探究教學，在提高教師專業素養的同時，又提升學生的綜合能力。這是值得教育研究者深入思考的問題。本文立足于案例開發的情境性和研究性，確立了一項基于核心素養的初高中生物銜接實驗——“探究黃豆種子萌發的條件”。

研究內容的選題來源于初中生物，學生并不陌生，但初中階段真正做過該實驗的學生不多，而且由于部分學校對初中生物教學的忽視，學生甚至不清楚該實驗是一個探究實驗，以及它與驗證性實驗有何不同。這種知識結構的局限，很可能會導致部分學生在嘗試完成這一探究實驗時遇到重重困難。高中階段對學生各方面的能力要求更高，本研究從簡單的實驗入手，考慮到學生的興趣及接受程度，提出了該研究內容。

（三）創新點

思路上的創新是本研究的最大特點。傳統探究實驗多就某一項探究內容開展，通常給出具體思路，實驗后就將所探究內容進行總結概括，即使有所延伸，內容方面也有所限制。而在本研究中，實驗本身是個重點，但更為關鍵的是對實驗背后更深層次內容的挖掘。本研究充分考慮學生的認知特點，引導他們完整地參與一次初步的科學研究實驗。在這個過程中，學生需要不斷反思并構建新的問題解決策略，通過實踐不斷提升自己的能力。

在整個研究過程中，教師能夠及時發現學生在實驗設計、實驗操作等各個環節的問題，并及時進行糾正和指導。這種探究能力的培養過程，是一個從淺入深、從模仿到創新再到升華的遞進過程，對激發學生的創新意識和創新能力起到了極大的推動作用。

二、“探究黃豆種子萌發的條件”實驗的研究方法及步驟

（一）研究方法

該研究的重點是探究性實驗本身及實驗后內容的拓展，研究按照探究性實驗的步驟讓學生親歷探究的過程，鼓勵他們在探索過程中持續進行反思，并自主總結解決問題的策略。這一過程充分彰顯了學生的主體地位，教師則扮演著引導和輔助的角色。在實驗的后續階段，教師指導學生進行更深層次內容的挖掘，并引導學生展開充分的討論與交流，讓學生在思想碰撞中激發出更多的靈感與創意，最終由學生自己確定研究的方向和內容。

（二）研究步驟

1. 提出課題

教師提供一些背景材料，引導學生從日常生活或生產實踐中發現與種子萌發相關的問題，讓學生口頭表述或以書面的形式展示這些問題，引導學生講述他所了解的科學知識與所發現的問題沖突是什么。最后教師提出研究課題：影響黃豆種子萌發的條件有哪些？教師可以讓學生自主討論，讓學生自己確定探究范圍，如光照、溫度、水、氧氣等。

2. 確定探究內容

教師引導學生應用已掌握的知識對問題的答案提出可能的設想，并預估假設檢驗的可行性。待學生確定好探究內容后，再要求學生制訂詳細的探究計劃，包括實驗步驟，列出所需要的實驗材料與用具，如何控制變量，設計對照實驗等。教師可以抽取部分學生的實驗設計查看是否合理，如果出現問題，教師不用著急指出，而是先讓學生按計劃實施實驗，通過實驗讓學生自己發現問題。

3. 實施實驗

學生按計劃實施實驗，觀察實驗現象，收集實驗數據，評價這些實驗現象和數據的可靠性，得出合乎實驗的解釋，形成結論，結果以實驗報告的形式上交給教師。

4. 總結及改進實驗

完成初次實驗后，教師會認真審視學生的實驗設計，并梳理出其中存在的各類問題，進行系統的歸納和總結。在初次實驗的基礎之上，教師會積極與學生展開深入的交流和討論，收集他們對實驗過程與結果的看法和建議，從而有針對性地改進實驗設計，并讓學生再次設計實驗、實施實驗，完成后教師和學生再次進行歸納總結，進一步拓展和深化探究內容。

5. 拓展研究

為了深化學生的實驗技能，教師組織了一系列富有創新性的實驗拓展活動。在策劃和實施這些拓展實驗時，緊密結合現實環境，審慎考量實驗的可行性與實效性，以確保活動的順利進行。除拓展實驗外，教師還指導學生搜集關于種子萌發的各類資料，通過查閱文獻、觀察記錄等方式，全面了解種子萌發的生物學原理和生態意義，并結合高考要求，為學生設計了一系列與種子萌發相關的練習題。

三、“探究黃豆種子萌發的條件”實驗中的問題及解決方法

（一）問題

在查看學生的實驗設計時，教師發現學生所探究的影響因素基本上是圍繞一些外部因素，如光照、水分、溫度等，甚至有些學生還設計了關于無機鹽對種子萌發條件的影響，研究這些外部因素較容易入手，但學生在實驗的過程中仍遇到了不少問題，如選材、設計的原則、方案的合理性，以及如何獲取結論等方面都存在一些問題。問題如下：

1. 材料方面

部分學生反映實驗用的大豆種子在適宜條件下仍不萌發，為了培養學生的獨立思考能力，教師鼓勵他們自我探究其中的原因。然而，部分學生仍未能想到選材可能存在的問題，比如，所選用的種子并非當年新鮮收獲的，甚至可能種子已經失去了生命力。還有部分學生反映，在實驗過程中一些尚未萌發的種子出現了腐爛現象，甚至一些已經成功萌發的種子在培養一段時間后也出現了腐爛的現象。面對這種情況，學生顯然感到困惑，不清楚究竟是何原因導致了這樣的結果。針對這些實驗中遇到的問題，教師并沒有立即給出答案，而是建議學生回去查閱相關資料，自行尋找答案。

2. 實驗設計原則方面

實驗設計未遵循對照原則、單一變量原則、重復性原則，每組所用材料太少等問題在不少學生的實驗中都有所反映。有的學生只設計了一組常溫下的實驗，說明大豆種子的萌發需要適宜的溫度，未考慮實驗設計的對照原則。還有一些學生設計了每組只用一粒或兩粒大豆種子的實驗，未考慮到實驗材料用量的問題。

3. 其他方面

在實驗結論方面，部分學生的語言表達不準確。比如有學生做了一個冰箱內低溫及室內常溫下兩組比較的實驗，通過這兩組實驗得出了結論：溫度較大時種子萌發較快。這時教師提出問題引導學生思考：“環境溫度達到100℃，種子也會萌發嗎？”通過這個提問，學生很快就明白了結論的不足之處，然后給出正確結論：黃豆種子萌發需要適宜的溫度。教師進一步提問，“黃豆種子萌發的適宜溫度是多少？”引導學生認識到，要得出準確的答案，還需要設計一系列以溫度為變量的實驗進行探究。在交流評價環節，部分學生缺乏問題意識，在試驗中遇到問題不會深究其原因、深入思考等。

（二）解決方法

教師積極主動地與學生展開對話交流，還可以將部分學生的實驗設計方案以投影形式展示給其他學生觀看，鼓勵學生共同剖析其中潛在的問題。在集體智慧的匯聚下，達成對問題的共識后，教師可以引導學生進一步構思更加科學合理的實驗方案，例如深入探究黃豆種子萌發所需的外界條件。在此過程中，要強調外界因素對實驗內容的細化作用，包括溫度、水分、光照等關鍵因素。同時，教師要給學生發放統一的實驗報告表格，指導學生按要求完成，使他們在新一輪的實驗操作中，能夠不自覺地與自己先前的設計方案進行比較，從而認識到自身的不足，并激發他們進一步探索更優的設計方案。

在實驗過程中，常常會出現與預期不符的現象，面對這些新生成的問題，部分學生可能會感到迷茫，而更多學生則難以根據觀察到的現象作出準確的判斷。此時，教師可以利用交流評價環節，引導學生分組開展熱烈的討論，確保每位學生都能深度參與實驗分析。通過層層遞進的分析過程，學生對問題的理解將逐漸深化。最終，在提出新問題的基礎上，教師可以鼓勵學生自主設計新的實驗方案，以進一步探究問題的解決方案，并給出合理的解釋。

例如，本實驗探究內容還可以延伸如下：探究黃豆種子的萌發率;探究種子的儲藏條件（水、氧氣、溫度）;探究種子的呼吸作用和氧氣濃度的關系;探究種子萌發時的物質變化等。以上多個探究內容，學生可以選擇一至兩項來開展探究。其他研究內容包括：嘗試解釋這些影響黃豆種子萌發的外界條件如何發揮作用？種子萌發過程中有激素變化，可以使用激素處理嗎？教師要繼續收集整理近年來高中階段與種子萌發有關的題目，特別是高考題。

四、結語

首先，通過探究性實驗培養了學生的生物學核心素養。正如課程標準強調：“組織以探究為特點的主動學習是落實生物學學科核心素養的關鍵。”探究性實驗正是實現這一目標的理想方式。在黃豆種子萌發條件的實驗中，學生親歷探究的過程，自主設計新實驗，并對結果做出合理解釋，有助于培養學生的生物學核心素養。

其次，此次活動不僅拓寬了學生的知識視野，更提升了他們的綜合能力。在探究黃豆種子萌發條件的過程中，學生鍛煉了分析問題的能力，提高了觀察能力，學會了信息的收集與處理。同時，實驗過程中的團隊合作與記錄交流，進一步豐富了學生的實踐體驗，有助于提升他們的綜合素質，真正實現了“全能型人才”的培養目標。

最后，活動還為學生帶來了豐富的情感體驗和成功的喜悅。本次實驗具有較強的實踐性和操作性，學生在親手操作的過程中，從設計方案到選材、實驗、總結評價，都由被動學習者轉變為主動探索者。實驗過程中，他們不僅感受到創造的快樂，更通過解決新問題，意識到智慧的力量，收獲了成功的喜悅。

參考文獻：

[1] 劉恩山，曹寶義. 普通高中生物學課程標準（2017年版）解讀[M]. 北京：高等教育出版社，2020.

[2] 楊玉蘭. 基于核心素養下的初高中生物學教學銜接的研究與實踐[D]. 長沙：湖南科技大學，2020.

[3] 范其昌. 高中生物探究性實驗教學中學生拓展性思維培養研究[J]. 高考，2022（23）：74-77.

[4] 周麗云. 核心素養視域下高中生物探究性實驗教學設計策略研究[J]. 教學管理與教育研究，2022（21）：92-94.

[5] 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.

[6] 于偉. 新課程改革背景下高中生物實驗教學探討[J]. 新課程研究，2022（32）：38-40.

（責任編輯：孫曉林）