生物实验对培养学生生物学核心素养的作用

焦兴佳 赵婷婷

【摘要】教师在生物实验教学中有意识地渗透生物学核心素养教育，有利于提高学生的生物学核心素养。学生参与生物实验，经历探究历程，能够掌握生物学知识，形成勇于探究的精神和终身学习的能力，形成正确的生命观念。用科学的思维进行科学探究可提升学生的综合素质，适应社会发展，为终身学习奠定基础。

【关键词】生物实验；生物学核心素养；生命现象；科学思维；科学探究能力；社会责任感

【基金项目】天津市2017年度哲学社会科学规划课题“基于学科核心素养的生物教师教育行动研究”，课题批准号：TJJXQN17-006。

2014年，教育部发布了《关于全面深化课程改革，落实立德树人根本任务的意见》，首次提出了“核心素养”这一教育顶层设计，“核心素养”也成了课程改革的标准和依据。核心素养指的是受教育者应该具备的，在一定的教育过程中逐步形成的，适应终身发展和社会发展所需要的必备品格和关键能力，它包括责任担当、实践创新、人文底蕴、科学精神、学会学习和健康生活六个方面。学生的核心素养可以在具体的教学过程中发展和形成，各门学科可以根据学科特点和核心素养的要求，形成本学科的核心素养。生物学核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个方面。生物是一门以实验为基础的学科，生物实验在教学中有非常重要的作用，学生在参与实验操作的过程中，主动提出问题，做出假设，设计实验，实施方案，得出结论和规律，并对结论进行讨论，在这个过程中学生能够掌握生物学知识，形成勇于探究的精神和终身学习的能力，形成正确的生命观念，用科学的思维进行科学探究，增强自身社会责任感。因此，生物实验对学生生物学核心素养的培养具有非常重要的作用。

一、生物实验有利于学生生命观念的形成

“生命观念”指的是对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是人们经过实证后的观点，是能够理解或解释生物学相关事件和现象的意识、观念和思想方法。学生应该在较好地理解生物学概念的基础上形成生命观念，如结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观，指导探究生命活动规律，解决生活中的实际问题。在实验操作过程中，学生能够自己动手实践，实践操作能力得到锻炼的同时也加深了对生物学概念的理解，从而可以更好地形成生命观念。例如在“探究植物细胞的吸水和失水”实验中，以紫色的洋葱鳞片叶作为实验材料，观察植物细胞的质壁分离与复原现象，将细胞膜和原生质层的结构与功能统一起来。教师可以向学生渗透结构与功能相适应的观点，让学生逐渐形成结构与功能观。在探究实验“自然选择对种群基因频率变化的影响”中，学生通过做出假设，实施探究方案，分析结果，得出结论，明白自然选择在生物进化过程中的作用。结合学习的关于生物进化的知识，最后形成进化与适应观。通过实验“生物体维持pH稳定的机制和内环境稳态”的学习，学生可以直观感受到有机体稳态维持的机制，形成稳态与平衡观。在学习细胞的呼吸作用和光合作用时，通过实验“探究酵母菌细胞呼吸的方式”和“绿叶中色素的提取和分离”，学生可以深入了解呼吸作用和光合作用中物质的消耗与产生以及能量的转化，形成物质与能量观。教师在日常教学中应该有意识地向学生渗透，帮助学生形成生命观念，有助于学生更好地认识生命世界，解释生命现象，站在生物学学科思想的高度来理解世界，从而为全面系统地看待生命世界打下坚实的基础，同时领悟生命的复杂与自然界的神奇。

二、生物实验有利于学生科学思维的提升

科学思维指的是以客观事实为依据，用严谨求真的态度和科学的方法解决问题、认识事物的能力和思维习惯。教师应该在实验教学中培养学生的科学思维，使学生能够以生物学事实和证据为基础，通过归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法，探究、解释生命现象及规律。科学史上有大量的实验，科学家们的研究思路中处处体现出理性思维。学生通过科学史的学习，可以更好地了解知识的发展过程，感受科学家们的探究精神和科学态度，有利于学生的学习。例如，光合作用的发现历程中，萨克斯的实验成功地证明了光合作用的产物除氧气外还有淀粉。这个实验的操作过程非常严谨和科学。首先，萨克斯把绿叶放在暗处几个小时，消耗掉叶片中的营养物质，这一操作是关键步骤，教师可以先不告诉学生该操作的原因，引导学生思考。其次，他让叶片一半曝光，另一半遮光，一段时间后，用碘蒸汽处理叶片。叶片一半曝光一半遮光，处理之后的现象形成对照，而且在一片叶子上，效果明显，最终根据实验结果得出结论。教师除讲解或者演示实验外，也可以让学生亲自做这个实验，让学生在操作过程中体验严谨的实验态度，锻炼学生的理性思维。在其他科学史相关实验中，教师也可以引导学生积极思考，帮助学生在思考中提升理性思维。人教版高中生物必修2《遗传与进化》中有很多素材可以培养学生的理性思维，如“DNA分子结构”这节课中的模型构建“制作DNA双螺旋结构模型”，通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA分子结构特点的认识和理解。首先，DNA分子是由两条链构成的，这两条链按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构，DNA分子中的磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外側，形成基本骨架；碱基排列在内侧，两条链上的碱基以氢键连接，遵循碱基互补配对原则，即A（腺嘌呤）与T（胸腺嘧啶）配对，G（鸟嘌呤）与C（胞嘧啶）配对。脱氧核糖是五碳糖，磷酸连接在它的5号碳原子上，碱基连接在1号碳原子上，三者共同构成脱氧核糖核苷酸。每个脱氧核糖核苷酸之间通过磷酸二酯键连接，3'，5'—磷酸二酯键是脱氧核糖上的3'位羟基与相邻5'核苷酸的磷酸残基之间，以及核苷酸糖基上的5'位羟基与相邻3'核苷酸的磷酸残基之间形成的两个酯键。按照这样的方式核苷酸形成核苷酸链。而碱基互补配对原则，使得DNA两条链之间的距离保持不变。学生根据已有的生物学基础知识，运用模型与建模方法，论证生物学规律，锻炼科学思维。

三、生物实验有利于学生科学探究能力的养成

科学探究指的是能发现现实生活中的生物学问题，对一些生物学现象仔细观察，提出问题，做出假设，设计实验，实施方案，最终得出结论，并对结论进行讨论。在探究过程中，要善于团结合作，勇于创新。生物实验是学生进行科学探究的主要阵地，学生在实验过程中，锻炼了动手操作能力、创新精神和实践能力，培养了发现问题、善于进行科学探究的习惯。教师在实验教学中，要引导学生进行真正的探究，而不是将实验原理与步骤均提前告知学生。很多实验在精心设计后均可以转变为探究性实验。例如，学生学习过“叶绿素的提取与分离”，掌握了叶绿素提取与分离的原理和操作方法，所以在学习选修1“植物芳香油的提取”时，就可以根据之前学习过的叶绿素的提取方法和芳香油的特点来自己设计芳香油的提取方法，并根据设计的方案进行实验，对比最终提取出的芳香油，找到最好的提取芳香油的方法。因为植物芳香油有较强的挥发性，且易溶于有机溶剂，因此可以根据具体的原料，采用蒸馏、萃取或者压榨的方法。对于挥发性较强，难溶于水且不容易焦糊的原料，可以采用蒸馏法，比如玫瑰精油的提取；蒸馏时会发生焦糊或者水解的原料，可以用压榨法，比如橘皮精油的提取；对于易溶于有机溶剂的原料，可以用萃取法，比如胡萝卜素的提取。教师应该让学生自己查阅资料，设计实验，通过自己设计方案，亲自操作，得出结论并进行讨论，能够提高学生的科学探究能力，培养科学探究精神，养成科学探究习惯。

四、生物实验有利于学生社会责任感的树立

教育规划纲要把“服务国家服务人民的社会责任感 ”作为素質教育的重要内容，社会责任感的培养是教学的重要任务。生物学核心素养中的“社会责任”指的是在生物学认识的基础上，对一些社会事务参与讨论并做出理性的解释与判断，解决生产生活问题的能力和担当，以此来辨别真伪，为人类谋福。同时可以主动向他人宣传健康生活、关爱生命和保护生态环境的知识，结合本地资源开展科学实践，尝试解决现实生活中的问题。例如，“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验中，脂肪染色的原理是用苏丹Ⅲ或者苏丹Ⅳ染液进行染色，苏丹Ⅲ染液染成橘黄色，苏丹Ⅳ染液染成红色。由此联系到之前市场上出售的红心鸭蛋。自然产的红心鸭蛋数量非常少，是做咸鸭蛋的上品，一些商家为了赚钱，在饲料里添加工业染料苏丹Ⅳ染料，喂食之后产下的鸭蛋也是红心的，但是工业染料苏丹Ⅳ是致癌物，食用苏丹Ⅳ染色的红心鸭蛋对人体危害非常大，提醒学生在购买时要认真查看。教师在实验教学中要注重培养学生理论联系实际的能力，教育学生不能盲目跟风，要有用理性思维来考虑社会事件的习惯，增强自身的社会责任感。在“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验中，让学生对正常进行有丝分裂的细胞经过解离、漂洗和染色，最后制成装片进行观察，描述各时期的特点。教师由细胞正常的分裂延伸到细胞的恶性增值，也就是细胞的癌变。随着人们生活方式的改变，越来越多的人受到癌症的困扰。所以要在平时的生活中避免接触各类致癌因子，健康饮食，不吸烟酗酒，养成健康的生活方式。提倡学生主动将健康的生活观念传播给其他人，培养学生的社会责任感。

生物实验对培养学生的生物学核心素养具有非常重要的作用，所以，生物教师在实验教学的过程中，要注重对学生生物学核心素养的培养，使学生形成生命观念，提升科学思维，养成科学探究的精神与能力，树立社会责任感，提高学生的综合素养，让学生能更好地适应未来社会的发展。这一工作不是一朝一夕之功，需要教师在日常教学中始终将渗透核心素养放在首要位置，有意识地开展核心素养教育，最大限度地发挥生物实验的教育价值。

【参考文献】

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