指向生物學實驗素養提升的任務單設計和使用

摘要：實驗素養是重要的跨學科素養，在明確中學實驗教學中師生必備的實驗素養基礎上，通過精心設計任務單、精細實施任務單、反思優化任務單，高效實施實驗教學，為提升師生生物學實驗素養的共同成長提供有效教學支架，進而推動學科核心素養的發展。

關鍵詞：任務單；實驗素養；生物學

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094（2024）12-0113-04

*本文系江蘇省教育科學“十四五”規劃2022年度重點課題“運用任務單促進高中生物學深度學習的實踐研究”（B/2022/03/263）、江蘇省中小學教學研究2021年度第十四期重點自籌課題“高中生物教師實驗教學能力的測量與評價研究”（2021JY14-ZB147）的階段性研究成果。

收稿日期：2024-06-19

作者簡介：王進，江蘇省清江中學，高級教師，淮安市學科帶頭人，淮安市優秀教師，主要研究方向為高中生物教學。

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》明確指出，“讓學生領悟生物學家在研究過程中所持有的觀點以及解決問題的思路和方法”[1] 。生物學是一門基于實驗不斷發展的自然科學，中學生只有在主動參與、積極思維、動手實踐的過程中才能有效習得生物學知識，建立科學完備的概念，養成科學思維指導實驗探索的習慣，形成積極主動質疑和科學探究的態度，提升創新實踐能力，發展核心素養。中學生物教師自身的實驗素養在很大程度上影響著學生實驗素養培養的能力，進而影響生物學核心素養的發展。

實驗素養是一類跨學科素養，不僅在科學學科中非常重要，同時也被廣泛應用于工程設計、醫學技術等其他領域。實驗素養是一種通過實踐探索、實證研究來發現問題、解構問題、建立策略、獲取知識、解決問題的能力，它強調嚴謹地設計、實施實驗，科學地觀察、測量實驗現象，準確地收集、分析數據，謹慎地得出結論，并將結論用于解決實際問題。

一、師生生物學實驗素養的現狀和原因

當下中學生物學教學中，各個地區不同學校實驗開設率有較大的差異，生物學教師和學生實驗素養更存在著顯著差異。究其原因，主要有以下幾個方面：

（一）不同年齡段教師實驗素養發展的差異

自然科學特別是生物科學近二十年來迅猛的發展，實驗思想和實驗方法、實驗設備和實驗技能飛速發展，導致很多教師缺乏必要的實驗技能和知識：一些教師可能在自身學習過程中沒有充分掌握實驗技能和知識，或者缺乏必要的培訓和實踐，導致在實驗教學中感到困難。例如很多老師缺乏現代分子生物學的實驗技能和實驗思想，很多中年教師甚至沒有使用過移液槍、PCR擴增儀等。

（二）高中生物學實驗開設條件的差異

由于地域、城鄉等差異，各個地區學校經濟條件上有很大的差異，相當多的學校實驗設備不足或落后，未及時更新，無法滿足當前實驗教學的需求。經費不足也導致生物學教學中實驗的開設率存在較大的差異。硬件的差異直接導致教師和學生參與生物學實驗的設計、實施、反思和改進的積極性和投入程度有很大差異，必然導致教師和學生的實驗素養存在巨大差異，進而影響到學生生物學素養的發展。

（三）師生對生物學實驗的關注視角的不同

在過去相當長的時間中，中學生物學教學始終重知識、輕過程，重結論、輕推理，導致了在實施生物學實驗過程中，教師和學生多數重視實驗的原理、現象和結果，輕視實驗的設計和修正、輕視實驗的過程細節反饋，最終表現為師生實驗素養的參差不齊。相對一部分教師對實驗教學的重視程度不夠，還有一些教師認為實驗教學不如理論教學重要，或者認為實驗教學只是理論教學的一種輔助手段。這種觀念可能導致他們缺乏實施實驗教學的動力和研究力，最終導致師生實驗素養的缺失。

（四）學校對實驗課程設置和時間安排的不同

相當多的中學，實驗課程設置和時間安排不夠合理，導致實驗課程的時間不足，或者實驗課程與理論課程的安排不夠協調，基本沒有課外實驗實踐拓展的課程，這些都會影響教師進行實驗教學的效果。

二、師生必備的生物學實驗素養

生物學實驗素養就是教師和學生在分析問題、進行實驗設計以及完成實驗活動中所表現出來的特殊素養，其內涵具體包含生物學實驗知識、生物學實驗技能、生物學實驗思維和生物學實驗態度四個部分。顯然，生物學實驗知識和技能是基礎素養，能夠推動實驗思維和方法的提升，最終達成的是生物學實驗態度的內化和生成。對于中學教師和學生而言，必備的生物學實驗素養如表1所示。

值得注意的是，在當下的中學生物學教學過程中，教師們普遍關注的是生物學實驗知識和生物學實驗思維。安全意識、溝通交流、創新思維、問題解決、團隊合作、倫理意識往往是中學教師和學生容易忽略的。我們必須認識到生物學實驗態度在素養層面恰恰是最核心的東西，是科學實驗解決問題的實質關鍵。團隊合作要求師生在多人合作的實驗中，能夠積極參與團隊合作，共同完成實驗任務。倫理意識則強調實驗中師生遵守科學研究的倫理原則，尊重實驗對象和實驗參與者的權益。安全意識是指師生了解實驗室安全規范，主動正確佩戴個人防護裝備，遵守安全操作程序，確保實驗過程安全。溝通交流要求師生能夠清晰、準確地表達實驗過程和結果，編寫實驗報告。思維創新與問題解決希望師生具備創新思維，能夠理性對待實驗實施過程中遇到的問題，利用科學思維和方法提出改進方案。

三、借助任務單發展師生生物學實驗素養

任務單不同于傳統的學案、導學案，變知識立意為素養立意。任務單是圍繞特定單元或主題進行設計的學習活動支撐性文本，通過系列探究式、合作式的學習任務（包括實驗、實踐任務），達成激發學生主動積極、深度沉浸式參與學習活動的目的。以問題解決或者挑戰性任務創設情境，通過多種形式、逐步深入的任務實現對學生深度學習的引領和高階思維能力的培養，同時通過任務逐步達成對知識、能力、思維和情感的有效整合，最終實現學生知識深度遷移能力的提升。以任務單為支架組織的教學能規范教師的教學行為，鼓勵學生大膽實踐、反思質疑、形成批判性思維，激發學生學習積極性。

基于學生學習規律的，指向提升實驗素養的實驗教學任務單，能夠在實驗前設計和準備、實驗中引導和評價、實驗后總結和優化等方面給教師和學生提供有力幫助，達成發展實驗素養、落實學科核心素養的目標。

（一）精心設計任務單

傳統的中學生物學實驗，不管是演示實驗還是分組實驗，教師只需關注實驗的正確實施、實驗結果的順利生成即可。傳統的實驗報告單重在實驗的原理、實驗步驟和實驗結果記錄，做得比較好的也只是進行較多的實驗結果分析和討論，并不能真正促進教師實驗素養的提升。

教師借助任務單進行實驗教學，就要求教師優先從學生學習的角度進行思考，從發展學生生物學核心素養、提升學生實驗素養的基本點進行教學設計，必須綜合考慮實驗的各個方面，根據素養提升的方向設計實驗教學中的任務，以具體情境中的合理任務為抓手，引導學生進行科學思考，規范操作，保證安全。在任務單的設計過程中，教師必須提前考量，預做實驗，預設探究任務，組織和引導學生進行有意義的生物學實驗，以在實驗實施過程中真正提升能力，發展素養。

一般情況下，實驗課的任務單基本設計體例見表2。

具體實施時，教師根據學校的實際條件和學生認知水平、實驗能力，在任務單設計階段，適當地改進課本實驗，以創設問題情境、激發學生興趣、鼓勵團隊合作和同伴互助達成人人參與實驗、勇于展示結果的目的，推動學生實驗素養和學科核心素養的提升。

需要重視的是，教師基于學生實驗素養發展和生物學素養提升的出發點進行任務單的設計，要求教師既站在學生的視角思考生物學實驗的目的和要求，又站在課標和教師視角考量實驗的設計和實施，兼顧實驗的過程和結果。這樣設計出來的任務單既提高了可操作性、趣味性，又對教師實驗素養提出了高要求，能夠促進師生實驗素養的共同成長。

（二）精細實施任務單

傳統的生物學實驗課堂，由于實驗課題的簡單性、實驗內容的單調性、實驗結果的確定性，往往導致學生輕視原理、粗糙操作、急于求成、思維和行動發散?；钴S的學生包辦替代，內斂的學生舉步維艱，困難的學生游離事外。教師在實驗課堂中的觀察往往關注實驗結果，忽視實驗過程、不能兼顧全體學生。

由于任務單的設計是基于學生學習視角和團隊合作實驗進行設計的，實驗課上每個小組的每個成員都要參與到本組實驗的目標分析和指定、材料選擇和處理、實驗設計和細節操作、安全風險防范、實驗分工和細節實施、現象觀察和記錄、結果分析和討論等活動中。學生實驗操作有依據、有方向，教師指導有抓手、有重點，師生評價有標準、有機會。這樣的實驗課堂，學生的活動是充實和有效的，教師的指導是實時和精細的，師生的評價是積極和有意義的。依托任務單精細實施的實驗課，無疑優化了實驗教學過程和評價，實現了師生實驗素養共同生長。

例如探究酶的特性的實驗課，將實驗任務設計為探究不同生物材料中過氧化氫酶活性的比較和影響因素。在設計任務單的時候，必須考量實驗操作過程中的對照性問題、現象放大方法、安全性問題，必須提前實施相關實驗，以做好實驗課的保障工作，提升學生的實驗素養。在課堂實施教學的過程中，教師在任務單實施的各個環節，通過組織學生思辨、討論和交流，讓學生思維全面，操作細致，精確實施。尤其是本實驗使用的過氧化氫有一定的腐蝕性、強氧化性，借助任務讓學生提前思考，預先防護，保證安全。

可以預見，基于任務單實施的生物學實驗，教師和學生都必須從多個角度考量實驗的目的和過程，必須從各個層面精細實施實驗以達成實驗目標，必須對實驗誤差進行深入分析以尋找對策。在此過程中，師生的實驗素養可得到全方位的提升，進一步促進生物學核心素養的養成。

（三）反思優化任務單

中學生物學實驗在知識層面上是簡單的，在發展學生素養方面又是復雜的，在不同地域、不同季節，相同的實驗也可以有不同的設計。教師在實施任務單指導的生物學實驗課中，一方面可以體會到實驗成功、學生進步的喜悅，另一方面也會發現一些遺憾和不足。這些不足既可能是實驗設計上的不足，也可能是任務設置的不足。不管是教師還是學生，在完成的實驗基礎上，進行深入的反思，對任務單的設計進行優化，往往能夠更有效地提升師生的生物實驗素養。

例如，在DAN粗提取和鑒定實驗中，在植物材料提取DNA的基礎上，提出新任務：提取人體口腔上皮細胞的DNA。學生用清水或生理鹽水漱口的同時揉捏臉頰即可獲得人體口腔上皮細胞，很好地激發學生對實驗的濃厚好奇心與積極性，同時也更具有挑戰性。但是學生的實驗有的成功，有的失敗，激活了學生的探究思維和探索積極性。教師反思實驗結果復雜的原因進行改進，在任務單中給出問題引導學生思考有哪些方法可以獲得更多的口腔上皮細胞，有效激活了學生的思維熱情和實驗熱情。在后續實驗中，有學生發現在獲取口腔上皮細胞DNA時，溶液加入酒精后竟然出現了分層，像是出現了不符合科學原理的現象，因為水和酒精是完全互溶的，那么問題究竟出在哪里？經其他同學的重復試驗和大家對實驗步驟逐步核查才發現，該學生口含的是高濃度NaCl溶液，該溶液幾乎是飽和的鹽溶液，自然和酒精出現了分層現象。

總而言之，生物學實驗和課外生物學實踐是發展學生核心素養的重要手段，有著豐富的場景和任務設計內容，值得廣大教師進行探索和研究?；趯W生立場的任務單設計和使用，有助于實驗知識和技能從單純的技能訓練到作為科學探究的綜合運用，實驗思維和方法從觀察分析到具有高階思維的創新設計和實施，實驗情意和態度從基本的實驗習慣到科學態度和精神，最終實現師生生物學實驗素養共同成長。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標準（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020：1.

責任編輯：石萍