以核心素養為導向的高中生物學創新實驗探究

摘 要：核心素養不僅是學生未來發展的重要基礎，更是應對全球化和科技快速發展的關鍵能力.實驗教學在高中生物學教育中具有獨特的重要性，不僅能夠幫助學生理解和掌握生物學知識，還能培養學生的科學探究能力和創新思維.基于此，本文將探討以核心素養為導向的高中生物學創新實驗開展的策略，以期提高學生的綜合素質.

關鍵詞：核心素養；高中生物學；創新實驗

中圖分類號：G632

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0333（2024）30-0137-03

收稿日期：2024-07-25

作者簡介：張開祥（1982.12—），男，江蘇省東海人，本科，中學一級教師，從事高中生物教學研究.

基金項目：連云港市教育科學“十四五”規劃2023年思政課程一體化專項課題“高中生物學科課程思政資源開發與應用的實踐研究”（課題編號：ZX/2023/12/087）.

傳統的生物學實驗教學往往側重于知識的傳授，卻忽視了對學生核心素養的培養.作為新時代教育工作者，要積極更新教學理念，重視實驗教學的創新開展，立足學生實際學情和教學目標的要求，為學生構建高效實驗課堂.教師在日常實驗教學中落實核心素養，讓學生真正感受到生物與生活之間的聯系，培養他們積極的學習態度.

1 以核心素養為導向的高中生物學創新實驗開展的意義1.1 激發學生生物學習熱情

創新實驗不僅僅是對已有知識的驗證，更是對未知領域的探索和發現^［1］.現階段，高考生物題目越來越多地涉及實際生活中的問題，如環境保護、健康與疾病、生物技術應用等，這種考查方式不僅讓學生能夠更好地理解和掌握知識，還能讓學生看到生物學在現實生活中的應用和價值.通過創新實驗，學生親身體驗和觀察這些與生活緊密相關的現象和問題，從而增強對生物學習的興趣和熱情.學生通過實驗設計和操作，探究課本以外的知識和現象，拓寬自己的視野，不僅培養學生的探究精神和創新能力，還能讓學生在動手實踐中獲得成就感和滿足感，進一步激發學生的學習熱情.

1.2 有效凸顯學科育人優勢

自然界中有豐富多彩的生物現象，如植物的光合作用、昆蟲的行為、動物的生殖等，都是極好的學習資源.將這些現象引入課堂，通過實際觀察和實驗操作，可以培養學生的觀察能力和科學探究精神.例如，學生可以觀察植物的生長過程，記錄和分析光照、水分等因素對植物生長的影響，這樣的實驗不僅能讓學生更直觀地理解課本知識，還能培養學生的觀察和記錄能力.在進行生物實驗時，學生還可以嘗試使用替代材料或改良實驗過程，以達到同樣的實驗目的.例如，用透明塑料瓶代替玻璃燒杯進行植物水培實驗，或使用家用蒸餾器代替實驗室的蒸餾設備，這樣的改良不僅能培養學生的創新思維和解決問題的能力，還能增強學生的動手能力和實際操作技能.

1.3 助推教師專業能力發展

創新實驗要求教師不斷探索和開發新的實驗資源，不僅包括教材中的實驗，還包括生活中的各種生物現象和材料^［2］.教師需要尋找、設計和實施這些實驗，過程中的探索和創新有助于教師積累豐富的教學資源.比如，教師可以利用本地特有的植物、動物或生態環境設計獨特的實驗項目，不僅拓寬學生的學習視野，也提升教師的資源開發能力和教學創新能力.生物學創新實驗的開展需要教師具備廣泛的知識儲備，包括生物學領域的知識，甚至是化學、物理、環境科學等相關學科的知識.通過設計和實施跨學科的實驗項目，教師可以不斷擴展自己的知識面，形成寬口徑的知識儲備.

2 以核心素養為導向的高中生物學創新實驗開展的策略2.1 創新實驗開展培養學生生命觀念

創新實驗使學生能夠親身體驗和觀察生命現象，通過實際操作加深對細胞、組織、器官和系統等生命結構的認識^［3］.探究生命活動中，學生能夠認識到生命的復雜性和多樣性，從而增強對生命的敬畏和尊重.實驗過程中，教師應注重探究和發現，引導學生主動思考和提出問題，并鼓勵學生在實驗中大膽嘗試和探索，發現和解決問題.

以“植物細胞質壁分離及復原實驗”為例，教師可以使用虛擬仿真實驗平臺中的植物細胞樣本，如洋蔥表皮細胞.學生在虛擬平臺上選擇不同濃度的鹽溶液，將植物細胞置于不同濃度的鹽溶液中，觀察細胞質壁分離的過程，記錄不同溶液環境下細胞的質壁分離和復原情況.教師引導學生對比觀察植物細胞和動物細胞在吸水和失水過程中的表現，強調細胞壁在植物細胞中的作用，以及動物細胞因缺乏細胞壁在相同條件下的不同反應.接著教師提出拓展思維的問題：在相同的外界溶液環境中，不同植物細胞的質壁分離是否會產生相同的結果？學生分組進行實驗，探究以下幾類植物細胞在不同環境條件下的質壁分離情況：不同種類植物（如洋蔥、菠菜、藻類等）；不同濃度溶液（如低濃度、中等濃度、高濃度鹽溶液）；不同溫度條件（如常溫、低溫、高溫）.通過虛擬仿真實驗和實際操作，學生可以直觀觀察和理解植物細胞在不同環境中的質壁分離和復原過程，從而加深對生命現象和細胞結構功能的理解.

2.2 創新實驗開展培養學生科學思維

創新實驗促使學生質疑現有知識和理論，提出新假設和問題.在實驗過程中，學生需要分析實驗結果，判斷其合理性和可靠性，從而培養批判性思維^［4］.通過實驗，學生還能夠理解生物系統的復雜性和各組成部分之間的相互作用，從整體上把握生物現象.

在“綠葉中色素的提取和分離實驗”中，教師準備實驗材料如菠菜葉片、研缽和研杵、碳酸鈣和二氧化硅（少量）、無水乙醇、紙層析用濾紙等.學生將干燥的菠菜葉片放入研缽中，加入少量碳酸鈣和二氧化硅，用研杵研磨成細膩的粉末，然后向研缽中加入3毫升無水乙醇，繼續研磨，待糊狀物基本均勻后，再加入2毫升無水乙醇，研磨至獲得細膩的墨綠色糊狀物.將研磨后的混合物轉移到濾紙上，利用漏斗和玻璃棒進行過濾，收集濾液于試管中.學生觀察并記錄實驗結果，如色素溶液的濃度、顏色等.根據實驗結果，教師引導學生討論可能的改進措施.例如，若色素含量過低，可以考慮烘干葉片后再研磨，以提高提取效率；若試劑用量過大，可調整碳酸鈣和二氧化硅的用量至藥匙的1/4.根據討論結果，學生進行改進后的實驗操作，記錄新的實驗數據和結果.學生根據改進方案進行多次實驗，觀察不同操作步驟對色素提取效果的影響.通過多次實驗操作和優化過程，學生學會了如何提出假設、設計實驗、記錄數據、分析結果，從而提升了科學探究能力.

2.3 創新實驗開展培養學生科學探究

科學探究是生物學學習的重要組成部分，通過創新實驗，學生可以學會提出問題、設計實驗、進行觀察、收集數據、分析結果和得出結論的全過程，使學生具備主動發現問題和解決問題的能力.科學探究離不開實際操作，實驗設計應注重實踐性，培養學生的動手能力和實際操作技能，且實驗內容貼近實際生活，使學生能夠將所學知識應用于解決實際問題.

學習“土壤中纖維素分解菌的分離”實驗時，教師先講解纖維素分解菌在自然界和動物胃腸道中的作用，提出問題：大熊貓的體內是否存在纖維素分解菌？激發學生實驗探究興趣.然后準備土壤樣本、牛羊糞便樣本、大熊貓糞便樣本（模擬或假設樣本），以及纖維素培養基、無菌水、試管、培養皿等實驗器材.學生取適量土壤樣本，用無菌水制備土壤懸液，取適量牛羊糞便樣本和大熊貓糞便樣本，用無菌水制備懸液，將制備好的土壤懸液、牛羊糞便懸液和大熊貓糞便懸液分別接種到纖維素培養基上，將接種好的培養皿放置在適宜溫度下培養，觀察并記錄纖維素分解菌的生長情況.學生對不同樣本中纖維素分解菌的數量和生長情況進行統計和分析，各組學生展示實驗結果，討論大熊貓糞便中是否存在纖維素分解菌.如此一來，通過趣味性的實驗主題，可以激發學生的學習興趣和好奇心，增強學生對生物學的熱愛和學習動力.

2.4 創新實驗開展培養學生社會責任

通過生物學實驗，學生能夠深入了解生態系統和生物多樣性的價值，認識到環境保護的重要性，并培養社會責任感，積極關注生態環境問題，積極參與環境保護行動^［5］.社會責任的培養離不開實際行動，因此，實驗設計應注重實踐性，并能夠通過實際操作和實驗體驗，理解和承擔社會責任；實驗內容也要貼近實際生活，使學生能夠將所學知識應用于解決社會問題.

學習“玫瑰精油的提取”實驗內容時，教師介紹植物精油的概念和應用，講解玫瑰精油的提取方法，并引出本節課的創新實驗：用丁香代替玫瑰進行精油提取.先將花瓣剪碎并稱重，記下重量，然后將剪碎的花瓣放入蒸餾燒瓶中，加入適量的水，安裝好蒸餾裝置，開始加熱，進行蒸餾提取.蒸餾過程中，保持穩定加熱，直到有液體蒸餾出來，接著收集蒸餾出的液體，使用無水乙醇進行二次提取，分離出精油部分，記錄提取出的精油量，并進行觀察和記錄精油的顏色、氣味等性質.然后，學生將玫瑰精油和丁香精油的提取數據進行對比，分析兩種花瓣的精油含量及其提取效率，觀察和記錄兩種精油的顏色、氣味等性質，討論其經濟價值和潛在應用.最后，教師引導學生討論在提取精油過程中如何減少對環境的影響，如廢棄物處理、資源節約等，以及討論丁香的廣泛分布及其精油的經濟價值，探索如何利用本地生物資源進行生產和開發.實驗過程中，學生了解了如何在提取過程中減少對環境的影響，增強了環境保護意識和社會責任感.

3 結束語

綜上所述，以核心素養為導向的高中生物學實驗教學的創新開展，是培養學生綜合能力的關鍵渠道.教師在實際教學中應注重實驗設計的探究性、實踐性和關聯性，鼓勵學生積極參與實驗、自主探究和創新思考.只有真正將創新實驗與核心素養有機融合，才能夠全面提升學生的綜合素質，真正培養適應未來社會需求的全面發展的人才.

參考文獻：

［1］ 沃玉峰.基于學科核心素養的高中生物進階實驗教學中培養拓展性思維的策略［J］.天津教育，2024（18）：84-86.

［2］ 王磊.基于立德樹人理念的高中生物實驗教學［J］.學苑教育，2024（17）：55-57.

［3］ 張娟妮.高中生物實驗教學中開放式教學方法的應用研究［J］.高考，2024（16）：112-114.

［4］ 董占軍.高中生物實驗教學策略的理性設計［J］.教育實踐與研究（B），2024（5）：56-58.

［5］ 王會.高中教學中生物學科核心素養的培養策略研究［N］.山西科技報，2024-05-13（B05）.

［責任編輯：季春陽］