高中生物研究型实验的开发及完善

杜静

《普通高中生物学课程标准（2017版）》明确指出：生物学课程要求学生主动参与学习过程，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设和发现规律等过程中习得生物学知识，养成理性思维的习惯，形成积极的科学态度，发展终身学习及创新实践的能力。与传统实验教学不同，研究型实验偏向以学生为主体，通过实验方案的设计，实验流程的完整参与以及问题的自主解决，培养学生知识转化和问题探究能力，启蒙学生研究兴趣并增加学生的创新欲望。

微生物发酵是高中生物选修中的教学内容，其中泡菜制作、亚硝酸盐含量检测侧重于动手实践，需要学生通过亲自操作深入掌握课本知识。但现阶段教师对实验投入时间和精力有限；实验形式单一，主要为观察、鉴别和验证性实验；教学方式局限于教师课前准备实验，课上讲解实验步骤，巡视指导；由于学时限制，一般会选择开设部分实验，导致实验项目分散且连贯性差，学生不能连续完成实验内容，无法很好地理解实验目的和需要解决的问题，难以培养独立思考和解决问题的能力。针对上述问题，我们在实验项目、授课模式等方面改进，本研究实验从前期资料查找、实验方案设计到实验操作、问题解决、分析总结等都需要学生自主完成，让学生最大限度地去经历完整的实验过程，从而提高实验教学质量，促进学生核心素养的形成。

开发综合型研究型实验项目

与传统教学模式的被动性和不连续性不同，研究型实验更注重学生自主思考意识和动手能力的培养。本实验作为一个完整的研究项目，学生全程参与完成项目流程，将传统发酵技术、微生物培養、分离与计数、种群数量变化等优化整合，把单一、独立、不连贯的实验内容整合，开发综合型、连贯性的研究型实验项目。实验开始前，通过实验流程图，使学生了解各实验间的联系和设计依据，引导学生进行文献资料查阅，实验方案设计环环相扣，上个实验结果是下个实验的材料。学生了解实验总体流程后，就会明白各实验的目的和意义，积极思考如何得到预期的实验结果，增强了学生实验的积极性和能动性。

实验流程图使学生对整个实验原理和流程有了整体认识，为后续各实验方案的制定和操作奠定基础。学生理解实验目的后，能针对性地解决遇到的问题，更好地调动学习主动性和积极性。通过实验设计、实验操作、实验中的思考，和发现问题、解决问题的实际训练，培养学生的实验能力和严谨的科学精神，提高学生生物学核心素养。

采用“互联网+实验”教学授课模式

受课时限制，一些耗时较长的生物学实验如泡菜发酵、菌株筛选等，都不可能在某个教学周或课堂中集中完成，需要合理安排分期进行。选取生物校本选修课，结合学校长短课，学生在一学期的校本选修课中完成整个研究型实验。具体安排如下。

理论教学 学生在实验前，教师对研究型实验进行讲解，使学生了解相关理论知识，并引导学生实验前进行独立思考和提出问题。本实验第一节课以探究性学习的教学模式带领学生设计实验流程图，让学生把理论知识与实际研究有机结合。

实验技能培训 进行基本实验技能培训，使学生掌握微生物培养、基因工程操作技术，避免学生实验技能操作不规范或操作不当导致实验结果不正确。

“互联网+”技术，改革教学手段 为解决课时不足、学生实验操作不熟练等问题，采取如下措施：一是通过录制短视频的方式制作实验微课，并在微课发布后要求学生就其相关内容进行学习、思考、小组讨论，方便学生反复观看，加深学生对实验操作流程的印象。二是提供微信公众号（如生物勘探、解旋酶等）和生命科学论坛（如生物谷、丁香园等），让学生了解基因工程前沿知识。三是微信群推送NCBI链接，指导学生在网上进行引物设计和序列比对等。“互联网+”技术的实验教学能够促进学生对实验原理和操作技能的掌握，促进学生动手能力、团队协作和解决问题能力的提升，提高了教学效果。

研究型实验的不足与完善

由于研究型实验开设时间短，尚处于起步阶段，相关经验不足，因此在实践过程中还存在着一些问题。第一，实验流程设计以教师为主，而非学生自己思考设计，若结合学生现阶段知识储备和能力，将一部分实验方案交由学生制定则能更好地锻炼其思考能力，加深对相关知识的理解。第二，受限于理论知识的理解，学生在后续的实验过程中仍存在不能完全理解实验原理和目的、为了实验而做实验的现象。第三，虽然录制了实验微课，但由于基因工程实验具有操作严格、各试剂加入量精确等特点，学生的基本实验技能相对欠缺，因此需要对学生进行基本技能的强化培训：移液器的正确使用、试剂的配制、正确加入方法和顺序及材料的高温灭菌等。第四，历经一学期，选择校本选修班的学生为研究对象完成了整个研究型实验，但如何在全年级学生中开展，在常规教学内容安排、教学时间调整、实验室开放等方面仍是值得探索的课题。

总之，通过设计目标明确的研究型实验，强调以学生为主导的自主学习，学生为完成目的明确的实验内容而自主开展实验，对微生物培养、基因工程实验设计和操作的深入了解，有助于学生对基本理论知识的理解，促进学生独立思考和自主学习能力的培养，提高学生生物学核心素养。

（作者单位：？首都师范大学附属育新学校）