基于学科核心素养的高中生物实验改进策略分析

摘 要：生物学科核心素养是学生通过生物学科学习需要掌握的适应社会生存与发展的必备品格和关键能力。高中生物实验是学生生物学科核心素养培养的重要渠道，但传统生物实验设计与实施存在诸多问题，学科核心素养培养受到阻碍。文章基于生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等生物学科核心素养四个维度，探究实验教学改进策略，以提高实验效果，促进学生生物学科核心素养的培养。

关键词：学科核心素养;生物实验;改进策略

素养是指人的素质和修养。在教育部2018年颁布的《普通高中生物课程标准（2017年版）》首次提出“生物学科核心素养”概念，强调要求教师在生物课堂教学中必须重视培养学生的生物学科核心素养，并以此为生物学科课程教学目标。生物学科核心素养通常是指学生应具备的与自身终身发展且符合时代发展要求的生物学科素质和品质，是学生通过生物学科课程学习而逐步发展起来的，是学生在生物课程学习和生物实践活动中解决生物实际问题所表现出来的知识、方法、价值、情感等因素的综合体现，是当代公民必备的基本素质。《普通高中生物课程标准（2017年版）》将生物学科的核心素养概括为生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个维度，并将其列为高中生物学科教学的具体目标，将核心素养渗透到学科教育已成为推进课程改革和教育教学发展的新动力。实验是生物学科作为自然学科的重要基础，是教育教学最有效的形式之一，是推进学生学科核心素养目标培养的重要渠道。但是，就目前高中生物教学而言，唯成绩论依然占据主流，实验教学推进学生学科核心素养养成的重要价值开发缓慢。因此，本研究基于生物学科核心素养目标体系，基于高中生物实验教学设计与实施，探究高中生物实验改进策略。

一、 从生命观念塑造视角，改进实验要求

基于生物学视角，生命观念即对生命现象之间的相关性及特异性进行分析与研究，对诸多生命现象及事件进行相关抽象实证后形成认知。将生命观渗透到高中生物实验，在生命现象观察过程中，引导学生对生命结构、发展及活动规律的探究与认识，引导学生对生命价值的重新认识。教师在高中生物实验教育教学过程中，应该树立正确的生命观，为学生搭建实验观察、实验思考和实验探究的平台，引导学生从多维度对生命活动进行探究与认识。以“细胞吸水和失水（植物）”为例，通过实验设计引导学生对植物细胞结构及其功能的理解，紫色洋葱鳞片质壁分离和复原指明了成熟植物细胞渗透吸水和失水的条件，与此同时，引导学生思考深入问题：同一外界溶液条件下，不同植物细胞是否都会进行质壁分离以及效果是否一样？基于此，教师提供实验变量的三种材料：白色洋葱、五叶地锦、植物三叶草，针对实验设计及要求，学生通过分组合作进行实验研究，思考三种不同植物在失水环境下能否发生质壁分离？程度如何？并利用显微镜对三种植物间的质壁分离现象进行观察和记录。结果显示：洋葱内表皮细胞和三叶草表皮细胞在5%NaCl溶液中发生质壁分离，而五叶地锦叶表皮细胞基本没有发生。由此可知，植物叶片的保卫细胞对于吸水和失水过程的控制作用。在这个生物实验的整个过程中，学生对植物细胞活动规律的理解建立在了微观视角上，对生命结构和功能认识的视角得到拓宽，生命观念逐步加强。

二、 从科学思维培养视角，注重实验反思

科学思维是基于对事物的观察、比较、分析和总结，通过逻辑推理和证据之间的思辨过程，不断形成科学思维方式的过程。尊重客观事实是生物实验探究应遵循的基本原则之一。在高中生物实验教学过程中，教师应秉持细致和严谨态度，提高学生通过在解决实际问题过程中运用科学方法及实验反思能力，推进学生科学思维方式养成。在这个过程中，学生实验动手能力培养，及实验成功率引发的成就感，是学生实验探究学习的动力，不断提高实验探究兴趣。因此，在实验设计、操作及结果分析的整个过程，需要根据学生的实际情况进行实验反思，不断改进实验方法，提高实验课堂教学质量。以“绿叶中色素的提取和分离”实验为例，为了促进学生科学思维的培养，通过反复实验操作及反思后，形成四个方面改进：第一，简化实验设计流程。通过烘干菠菜叶并制成粉末状，并提取2克放置在研钵上。此步骤避免了新鲜菠菜叶直接研磨导致的色素含量低问题，提高了滤液色素含量;第二，试剂用量减少。试剂用量一般是药匙四分之一的“碳酸钙和二氧化硅”，外加5mL的无水乙醇，先加入无水乙醇3mL进行一分钟的研磨，再加入2mL研磨成墨绿色糊状效果更佳;第三，对划线器材进行改进。尝试使用“盖玻片”进行划线，在反复的实验与思考中发现，滤纸条上的铅笔画线处，用蘸取滤液的盖玻片画上两到三次，比教材中的毛细吸管画的更加的细、直、齐，效果更加明显;第四，改进层析装置。小烧杯加培养皿的层析装置设置，滤纸条在吸液后会变软，加盖培养皿时容易发生贴壁和接触，使得滤纸条发生移位，层析效果受到影响。通过磨口广口瓶的使用，能够改进此不足，有效固定滤纸条位置，防止层析液挥发。通过引导学生对实验过程及结果的反思，不断改进实验过程各个环节，使得实验过程更加精确，实验成功率得到提高，引导学生科学思维培养。

三、 从科学探究视角，改进实验过程

科学研究是实验研究的先决条件。通过科学化探究，激发学生对于生物实验的学习兴趣、学习能力，及对待科学实验探究的严谨性。传统的高中生物实验课堂教学实施，教师为提高课堂教学效率，使实验结论按照正确结论方向进行引导，实验过程设计与安排会严格按照规范执行。在这个过程中，学生生物实验参与探究能力较为被动，自主意识差，被动地接受实验现象及实验结果，难以进行深入学习。基于此，体现学生主体地位是高中生物实验教学设计的重要理念，对实验过程不断进行优化，使科学化的实验研究在“自主-合作-探究”的学习過程不断强化。以“环境因素对光合作用强度影响”的探究性实验为例。在实验过程中，选取菠菜作为实验对象，以光照强度对光合速率的影响为研究对象，采取“真空渗水法”进行实验探究。通过科学的实验设计，教师在实验前与生物实验优培组根据所选课题目标及要求，以及学生主体学习能力及学习情况，对实验过程进行改进，包括所选实验器材改进：注射器、二氧化碳溶液、光源的改进;实验方法改进：通过光源与实验设施之间的距离确立光照强度变量，研究光照强度对光合作用的影响等，确立更适合学生科学探究学习的生物实验课堂。通过改进和创新实验的过程中，学生对于整个实验过程操作的科学性和严谨性有了更深一步的认识，对于数据阐释和处理方法运用更加得心应手，在图文表达及转化方面的能力得到提高，在合作性的群体探究活动中，学生的科学探究能力得到不断提高。

四、 从社会责任培养视角，推进实验发展

社会发展彰显社会责任，体现于生产生活，而生物学应用价值在这个过程逐步体现。社会责任，即在生物学基本认知基础上，对于个人生活及社会事务参与的相关现象和事物具有一定认知基础和辨识能力，并能够主动承担一定的问题解决能力。在高中生物学科课堂教学过程中，引导学生理清个人与社会发展关系，引导学生在生物学学习过程中认识推进社会生产生活进步的案例，将学科核心素养融入生物课堂。基于信息化的高中生物实验课堂，教师应该注重发挥多媒体教学技术的各种优势，将生物实验过程在多媒体技术的支持下进行呈现和演示，学生对于实验的认识在这个过程中会更加直观、感性，对于整个过程认识更加清晰，对课堂教学内容掌握更加牢固，学习更加深入。生物学科的实用性特征，为提高学生学习专注度，生物实验课堂教学的多媒体功能开发显得格外重要。另外，教师在实验课堂教学过程中，还可以拓展教材之外的补充知识，学生实验视野得以开阔，对于生物知识的认知更加丰富，生物素养逐步提升。以“可持续发展理念”的课堂教学渗透为例，在高中生物实验课堂教学过程中，基于绿色理念，教师可以引导进行相关的实验探究;或者可以组织相关的植树活动，提高植被在日常生活中的覆盖率，引导学生对生物圈构建及完善过程中，认识植被的重要作用及绿色细胞对空气净化的重要价值。基于此，对学生绿色健康思维方式进行潜移默化的引导，明确人在节约能源、保护环境的正确态度，为构建人与自然和谐关系贡献力量。

总而言之，生物实验是高中学生生物学科核心素养培养的重要渠道。传统实验设计在学生学科核心素养发展上存在诸多限制，教师在生物实验教育教学过程中，需要协调学生发展和应试要求，提高学生观察、分析和反思能力，对教学设计进行改进，从生命观念、学科思维、实验研究、社会责任等方面，不断推进学生学习效率提升，推进学生全面发展，实现生物学科核心素养的培养。

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作者简介：戴秀丽，福建省莆田市，莆田哲理中学。