实验教学在生物核心素养中的应用

黄华英

摘 要：实验教学是培养学生的动手能力、独立思考能力、自学能力以及综合处理生物学信息的能力的重要途径，针对现有生物教学存在重课堂教学轻动手实验等不足，本文分别从培养学生积极参与的意识、验证实验上升为探究实验、培养学生注重细节善于分析的能力、培养学生收集和处理生物学信息的能力和培养学生设计简单实验方案的能力等5个方面进行了探讨。

关键词：实验教学;能力培养;实验方案设计;科学探究

现今的素质教育改革强调学科核心素养，她是学生在解决真实情境中的生物学问题时所表现出来的必备品格和关键能力。生物学核心素养主要包括生命观念、理性思维、科学探究和社会责任。其中“科学探究”是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、实施方案以及结果的交流与讨论的能力。在探究中，乐于并善于团队合作，勇于创新。生物核心素养中的“科学探究”体现在生物教学中即是“实验教学”。但目前的实验教学由于受各方面的制约而显得过于形式化，尚未达到教育部在《中小学综合实践活动课程指导纲要》（教材[2017]4号）中明文要求的高中阶段关于价值体认、责任担当、问题解决、创意物化等4个具体目标。那么怎样培养学生的实验探究能力进而达成上述目标呢？根据多年的生物教学实践，笔者认为可以从以下几个方面入手：

一、培养学生积极参与的意识

在以往的学生实验中，实验材料全都是书本上指定的，课前由教师准备好的。实验时，学生完全按规定的步骤进行。这样学生完全成了不用思考的机械操作者，以致整个实验下来没有留下什么印象，也没有给学生留下积极思维的空间。这种实验教学达成的结果仅仅是学生“练练手”，不但抑制了学生的主动性，更禁锢了他们的创新思维。而教育部印发的《中小学综合实践活动课程指导纲要》中指出活动的实施要注重学生主动实践和开放生成，即倡导学生积极主动地参与。因此，教师在实验教学中可因人、因地、因材制宜，教会学生一些基本的实验研究方法，发挥他们的主观能动性，积极思考、弄清实验原理，选择合适的实验材料和实验方法。这样，就可使学生加深对实验全过程的认识，提高实验课的效果，也可以培养他们的兴趣和特长。在高中生物教材（人教版）中就有很多对照实验，例如“比较过氧化氢在不同条件下的分解”、“影响酶活性的条件”、“环境因素对光合作用强度的影响”等等，在开设这些实验时，如果只是让学生照本宣科操作一番，非但不能很好的调动学生的积极主动性，更不能让他们很好的掌握对照实验的精髓。如果老师在这里多摆出几个非对照实验的素材，通过设问引导学生思考为什么要控制无关变量，而突出自变量的变化，并让学生自主设计实验去探究的话。不仅可使学生获得某种程度上的成就感，培养了他们的动手能力，更调动了学生的积极主动性，甚至达到喜欢这门学科的目的。笔者承担生物教学班级2012届胡同学，对生物课程兴趣浓厚，曾荣获湖南省生物奥林匹克竞赛国家二等奖，并考取武汉大学临床医学专业。2013年假期来校看笔者时，笔者邀请他在生物兴趣小组班上跟学弟学妹们进行交流，他就特别强调指出培养积极参与生物实验意识的重要性。

二、培养学生通过设计实验来解决问题的能力

教育家布鲁纳指出，教学不应该“奉送真理”，而应该“教人发现真理”。传统的生物实验很多都只是验证课本上的知识，学生在整个教学过程中处于从属的、被动的地位，他们关注的仅仅是实验结果，而非对实验原理的理解分析。这种重“果”轻“因”的实验课不仅没有激发学生的积极主动性更是不利于学生能力的培养。而教育部在《中小学综合实践活动课程指导纲要》特别强调高中生要增强创意设计、动手操作、技术应用和物化能力。形成在实践操作中学习的意识，提高综合解决问题的能力。因此，在实验过程中，要有意识地培养他们的逆向思维能力，鼓励他们大胆设想，并且尽可能为他们创造条件，去探索、实施他们想要做的实验，让验证性实验上升为探究性实验甚至是创新实验。从而培养他们的观察、推理以及创新能力。这是一项艰巨地教学任务。可能有的学生会因创新而困难重重，此时教师应倍加呵护他们的创新意识，鼓励并引导他们分析、设计并实施实验，从而使科学探究的素养得到升华。例如，我的学生在探究外界因素（温度、PH等）对酶活性的影响时，我并没有一味要求学生对着教材按部就班地操作，而是提供淀粉溶液、碘液、现配斐林试剂、H2O2溶液等实验材料，留给他们充足地空间去探索他们的心中所想。这样不仅仅培养提升了学生的实验设计能力，还从实验现象及分析过程中的发现了为什么不能用H2O2溶液探究温度对酶活性的影响;为什么在探究PH对酶活性的影响实验时，不能用斐林试剂来检测;而在利用淀粉酶、淀粉、蔗糖来验证酶的专一性时，为什么不能用碘液来检测。这样的创意设计不仅巩固了学科知识，还培养解决问题的能力。又例如在学习光合作用的历程时，教材对“CO2是光合作用的原料”的探究仅仅是穿插了卡尔文利用同位素标记法验证，这样的编排只能让学生被动接受，非但沒有起到巩固知识点的效果，更没有达到锻炼学生设计实验培养科学探究能力的目的。但如果在这里我们稍加拓展，让学生通过自主设计对照实验来探究CO2是光合作用的原料。效果就大不一样了。当然这样安排的结果肯定会加大驾驭课堂的困难，但却满足了学生的好奇心和求知欲，同时也培养了学生的创新意识和科学探究能力，从而提高学生的科学素养。笔者承担生物教学班级2015届的吴同学和黄同学就受益于此，培养出较强的探究精神，他们曾合作开展探究实验，撰写的科普论文《关于郴江河水质问题的调查报告》获市级一等奖。

三、培养学生注重细节善于分析的能力

一个较为复杂的实验过程是设计人员长期辛勤劳动的结晶，它往往是经过几十次甚至上百次的反复摸索。所以在实验教学中，老师还应注意培养学生注重细节善于分析实验程序。注意指导学生在实验时不能单纯地实行“本本主义”，而要引导学生去分析实验中每一步骤的作用，每一个处理意义以及各步骤之间的联系，从中学习解决问题、研究事物的方法。例如，在观察植物细胞有丝分裂实验过程中，大致为：培养、取材→解离→漂洗→染色→压片。要让学生理清根尖放在解离液中是为了溶解细胞间的果胶质，使根尖细胞间变得松散，便于压片，否则根尖细胞很难压散，不利在镜下观察。另外，通过解离液的处理，使细胞迅速死亡，让细胞分别保留各自的分裂状态。漂洗是为了冲洗解离液（10%HCL），否则影响染色效果。又如用龙胆紫或醋酸洋红溶液染色的目的是，这两种染料易使细胞核内的染色体着色，从而增大细胞核与周围部分的反差，便于观察染色体分布和变化，压片的目的是使细胞分散开，变成单层，否则光线无法透过会影响观察。压片的目的是利于细胞分散，压片时，在盖玻片上再加一片载玻片的目的是防止手指与盖玻片直接触压，会将极薄的盖玻片压碎（在镜下观察前应将载玻片取下，并注意不要让盖玻片移位）。在叶绿体中色素的提取和分离实验中，制备滤纸条时，应让学生了解将滤纸剪成长10厘米是因为胡萝卜素在纸条上扩散的距离约为9厘米左右;宽1厘米是利于划出齐而均匀的滤液细线，去两角为了使层析液在纸条上扩散速度均衡，后两者都是为了扩散出四条平行的色带。在距去两角的一端1厘米处用铅笔画一横线，目的是为划滤液细线提供参照线并且防止层析时在盛有3毫升层析液的烧杯（100毫升）中，滤液细线被层析液浸没。划滤细线时还应让学生知道干燥后重复划2—3次，是为了增加色素的含量，以便在纸条上扩散出四条明显的色素带来。如果在不干燥的情况下连续划线，色素会随滤液中的液体（提取液）在纸条上的扩散而扩散，划出的滤液细线较宽，其结果是相邻的两条色带会发生部分重叠。因此，在实验中，应根据学生认知水平和涉及原理的难易不同，由教师讲清或提出问题让学生思考，使学生既知道实验应怎么做，也知道为什么这样做。笔者对生物考试试卷分析发现，实验细节的注重和严谨地分析推理是学生不会在考试中因大意而丢分的重要法宝。

四、培养学生收集和处理信息的能力

在科学领域中，很多成就都是科学家在预先设计的实验中通过收集和处理“意料之外”的信息而发现的。但我们高中生物实验教学中，往往存在着只对实验最后结果的记录，而轻视对实验过程中间出现某些现象的记录，重视书本结果而不重视实验分析结果，重视对成功实验的肯定，而不重视对实验中的失败查找原因等现象。这不利于学生实验能力的提高。例如，在观察植物有丝分裂的实验中，不能只是找到细胞周期只各时期的细胞即可，往往还可以引导学生记录处于哪个时期的细胞数目最多？为什么？在质壁分离和复原的实验中除了通过观察紫色团变化得出质壁分离与复原的现象，还要引导学生分析紫色团代表着什么？用洋葱内表皮代替实验可否？水绵等其它植物细胞行吗？等等。在做叶绿体中色素提取和分离实验时，很多学生分不清实验中色素的提取原理和分离原理是什么？但如果老师启发学生对无水乙醇、层析液和四种色素的物理性质进行分析，以及了解滤纸的特性，通过分析因四种色素在滤纸上吸附能力不同，在层析液中（展开剂）溶解度不同，进而推导出四种色素随着层析液在滤纸条上的扩散速度不同，胡萝卜素溶解度大而吸附力小，扩散速度快，叶绿素b溶解度小而吸附力大，扩散速度则慢。这样学生对这个实验的原理可谓了如指掌。同样是这个实验，某些学生可能因某种原因，导致实验结果不明显或失败，如某些学生的实验结果是四条色素带部分或全部不明显或类胡萝卜素比叶绿素多等等。这时，老师应指导学生通过收集和处理相关信息查找原因，如研磨时是否加了无水乙醇或者无水乙醇用量过多，是否加入石英砂或者碳酸钙，如材料叶片的成熟度或者新鲜程度，又如划滤液细线时是否重复次数过少或者划线不在一条线上，再如层析时滤纸条上的滤液细线是否被层析液没过等。

结语

综上可见，在培养学生的生物学核心素养的过程中，生物实验教学对于培养学生的科学探究能力尤其重要，从另一个角度来看，实验教学同样可以加强学生对学科知识的掌握及应用能力。

参考文献

[1]刘恩山.中学生物学教学论[M]北京：高等教育出版社，2003

[2]施忆.中学生物课程标准中的活动与探究[M]北京：高等教育出版社，2003