指向学科核心素养的高中生物实验教学

黄小葵

【摘要】本文主要讲述了高中生物实验的重要性、生物核心素养的内涵、在生物实验教学中生物教师应如何渗透和提升学生的生物核心素养，并从激发学生学习兴趣，树立严谨的实验态度等方面论述如何落实学科核心素养，以提高学生的综合素质。

【关键词】生物核心素养；高中生物实验；渗透和提升；落实

随着高中新课改的逐步深化，各学科核心素养的提升逐渐得到更多的关注和探究。同理，生物核心素养也日益被重视，在高中生物学习中，学生不仅要关注理论基础知识的学习，更要重视实验课的学习，因为高效的生物实验课能很好地促进学生良好生物核心素养的养成。

一、高中生物实验的重要性

1.促使学生深度理解生物知识

在生物理论教学中，有些概念、定理显得非常抽象，这让不少学生难于理解。对于这些难于理解的内容，教师可以让学生通过实验课学习，学生自己动手实验，仔细观察实验的现象，并认真分析实验的结果，得出实验结论，最后验证实验结论是否与书上知识相符。同时，在实验过程中，学生必须手、眼、耳、心、口并用，全方位进行学习，所以对知识的理解深度会不断提升。这样通过实验理论联系实际的学习方法，学生能深度理解概念、定理并建立起相关知识点间的关联，增强学好生物的自信心，从而逐步养成良好的学科核心素养。

2.促进学生产生浓厚的学科兴趣

长时间的理论课学习，学生难免会觉得枯燥甚至产生厌烦情绪，教师根据教学需要和可利用的教学设备和资源开展生物实验课，可以促进学生产生浓厚的学科兴趣。高中生物实验可操作性强，直观性强，教师在备课和教学时可发挥实验教学的这些特点，设计多种多样的探究实验，通过自主探究、合作探究等方式，使学生产生很大的兴趣，并能以饱满的热情开展实验。如进行“酸奶的制作”“泡菜的制作”“果酒的制作”等与生活实际密切关联的实验时，同学们可以自行购买实验材料（酸奶、白萝卜、胡萝卜、葡萄等）带来学校，在实验室完成实验，同时完成实验后也可以边品尝、分享自己的劳动成果，介绍所涉及的步骤、流程、原理，而这也能提升学生的生活动手能力和生活情调，无形中使学生对生物学科产生极大的兴趣。

3.增强学生的动手实践能力

生物是一门理论和实践相结合的学科，实验课的内容含有相应的理论知识，因此学生在做实验前应该首先了解实验涉及的原理，对实验步骤也要清晰，才能胸有成竹地进行实验。实验进行时要善于观察、思考、记录实验现象，并得出客观的实验结论。长此以往，学生自己的动手实践能力得以加强，也形成了良好的实验习惯。

4.有助于培养良好的合作精神

现在的生物学领域涉及的范围广泛，多学科交叉，不仅要求领域内合作，还要求不同领域之间科学家的合作。比如医院的某疑难病例要进行手术，术前就要求各个科室的医生会诊，最大程度预判手术的结果，确保手术顺利进行。为了培养学生在踏上工作岗位后的合作精神，生物实验教学就应指向培养学生良好的合作精神。学生通过小组为单位进行实验，小组内部成员之间分工合作，共同完成实验，这均有助于培养学生的合作精神。

二、生物核心素养的内涵

新课程标准提出了生物核心素养有4点内容，即生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。达成这4点内容的有效途径之一是生物实验的有效开展。

生命观念是对生命现象、本质及运行规律的认知，相对于其他学科的核心素养，生命观念是生物学科特有的，而且是本学科的标志。科学思维是指运用科学的思维方法认识事物，解决实际问题的思维习惯和能力，可分为：归纳和概括、演绎和逻辑推理、模型和建模、批判性思维及创造性思维。科学探究紧密联系生物实验教学，特别是在探究实验教学中更能体现，在探究实验中，学生通过提出问题、作出假设、设计实验、实施实验、得出结论、交流讨论的一系列步骤中，体会科学探究的一般过程。社会责任是根据学生已有的生物学知识，开展生物学领域的社会实践活动，解决生活中遇到的问题，担负时代使命，建设美丽家园，保护好环境等。

上述这四大部分是一个有机整体，互为关联，能共同促进学生生物核心素养的提升，因此，理解和把握好生物核心素养的内涵有助于学生正确认识生物实验教学。

三、高中生物实验教学如何渗透和提升生物核心素养

1.在实验课的导入中渗透生物核心素养

实验课和理论课一样，巧妙的导入是成功课堂的一半，导入的方式有多种，其中设定问题情景是一种。设立问题时，问题要生动、形象，吸引学生的注意力，并能进行思考与回答，这样的导入就巧妙地 渗透了核心素养。如在“植物细胞的吸水与失水”实验课地导入环节，教师这样提问：“萎蔫的青菜放在清水中浸泡一段时间的后，会变挺拔，为什么？而土豆丝用醋泡过后也会变软，为什么？糖蒜腌制好后，为什么容器有明显的空間？”通过回答老师的问题链，学生也逐渐建立和提升自己的生物观念素养。

2.在实验过程中渗透和提升生物核心素养

实验的过程能很好地渗透和提升学生生物核心素养，如教师在讲解“生命活动的主要承担者—蛋白质”时，老师拿出生鸡蛋，把蛋白打在培养皿中，并在培养皿中加入食盐，搅拌后出现白色絮状物。教师提问：“这些白色絮状物是什么？”学生通过分析，得出这是蛋白质的结论。在这个实验过程中，学生能逐步建立起生物观念素养。

在科学史中，科学家所进行的实验思路就体现出其中蕴含的科学思维。如：在学习光合作用的发现史时，同学们在学习过程中，通过一步一步质疑，一步一步解决问题，直到发现真相，能最后归纳出光合作用的总方程式。在发现史中众多科学家的实验就很好地体现了科学推理和创造性科学思维，是学生高效学习的素材。

同理，学生的实验过程也是一种探究，在实验过程中就培养了学生的科学探究能力。如教师进行“植物细胞的吸水与失水”这一实验时，教学过程可以这样设计，首先发现现象：①我们吃完糖后，嘴巴内壁会变得干、皱，过一会喝水后又会复原；②西红柿拌糖后会出水，这都是为什么？学生回答，这是因为植物细胞放入外界溶液浓度大于液泡内的溶液浓度时，发生了渗透失水，导致液泡内的水分跑到细胞外造成的。同时我们知道，满足植物细胞发生渗透性吸水和失水的条件有两个：半透膜和膜两侧的浓度差。接着，教师提出下一个问题：那么哪个部分相当于植物细胞的半透膜？教师根据这个问题指导学生作出假设，假设原生质层相当于半透膜。假设的下一步是设计实验，设计实验来验证假设。学生设计好实验后，接着进行实验：材料是紫色洋葱，先制作临时装片，然后在盖玻片的一端滴加蔗糖溶液，另一端用吸水纸吸。观察到的实验现象是视野中紫色大液泡逐步变小，发生质壁分离。再滴加清水，观察到的实验现象是视野中紫色大液泡逐步变大，发生质壁分离复原，并用表格说明实验现象，最后分析数据得出结论。所以，在一步步的实验过程中就培养了学生的科学探究能力。

生物实验教学能有助于培养学生社会责任意识，如在“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验教学中，教师上课时可以理论联系实际，糖类的检测可以联系到糖尿病，蛋白质检测时可以联系到尿蛋白，尿毒症等，让学生自己体会健康的重要性。又如“绿叶中色素的提取和分离”的实验教学中，根据不同色素，颜色不同，含量不同，在农业上的应用不同，让学生认识到节约能源的重要性、并養成爱护生物圈，认识金山银山不如绿水青山的生态价值。

生物实验教学是学生生物学习不可缺少的部分，教师通过引导学生分析实验现象和规律来提升核心素养。如在“探究环境因子对光合速率的影响”实验教学中，可探究的环境因子有：光照强度、温度、二氧化碳浓度等。在实际的实验中，采取了梯式装置，并且底部有可控制的光源，能同时满足探究多因子对光合速率的影响。该实验得出的结论是在一定范围内，随着光照强度或温度或二氧化碳浓度含量的升高，光合速率不断增大。通过该实验，能进一步加深学生对光反应和暗反应的认识，提升了学生生物观念素养。通过分析光照强度、温度、二氧化碳的浓度这些变量的关系，提升了学生科学思维素养。通过提出问题，作出假设，设计实验，进行实验，并得出结论，提升了学生的科学探究素养。根据实验结论，学生可以思考如何结合生产实践，如何帮助农民农作物增产措施，服务于三农，提升了学生的社会责任素养。

3.实验课后作业中渗透和提升生物核心素养

生物实验课后作业是课堂内容的巩固和延伸，是教师对学生的评价之一，作业有课外书面作业和实践作业。书面作业是学生对实验内容的理解、加深和迁移，是高考考察范围之一。老师在选书面作业时要有针对性，要少而精。如实验“使用高倍镜观察几种细胞”的书面作业，要把显微镜、高倍镜使用的练习题布置给同学们做，以巩固和迁移显微镜的知识。同学们在完成作业的过程中，不仅锻炼了自主、合作等能力，还形成良好的学习习惯，是提升学生核心素养的有效途径。实践作业要做到理论联系实际，培养学生的动手能力和学习能力。如：在还原糖鉴定实验中，用斐林试剂检测还原糖。教师上完课后可以因地制宜布置实践作业，比如海南椰子树比较多，到了椰子成熟的季节，为了了解清楚一天之内哪个时刻摘椰子最甜，可测定椰子水在一天之中各个时刻糖的含量（间隔2小时测一次）。学生可以用斐林试剂对不同时刻的椰子水进行糖类的测定，从而确定最佳摘椰子的时刻，最大程度保持椰子水中水的糖类。学生在实践过程中，进行大量的实验、记录、分析数据及合作、总结，推理提升了学生的理性思维能力，也进一步提升了学生的科学探究能力。

四、高中生物实验教学如何落实生物核心素养

既然生物实验教学如此重要，那么如何落实生物核心素养，才能使生物核心素养得以渗透和提升呢？

1.激发学生的学习兴趣

兴趣是最好的老师，传统填鸭式的教学方法已经不能满足学生的需求，教师在实验教学过程中需多想想办法，改进实验教学方式，激发学生的学习兴趣，在快乐的学习中落实生物核心素养。如在“比较过氧化氢在不同条件下分解”实验中，教师可采用启发式和探究式的教学方法，引起学生的兴趣，并进行实验设计。教师提问：“双氧水，也叫过氧化氢，在初中化学学过，可用于外伤伤口的消毒。消毒时，会出现白色的泡沫，白色泡沫是什么？”学生回答：是氧气。教师：“氧气的分解速度受多种条件的限制，如温度，催化剂（三氯化铁，过氧化氢酶）的影响，今天我们就通过比较过氧化氢在不同条件下的分解速率来探究什么条件下催化效率最高。”这样贴近生活的导入，引起学生的兴趣。该实验设计的过程中要涉及到对照实验，还要遵循单一变量原则，要让学生懂得哪些是自变量，因变量，无关变量等，学生在分析实验过程中思维活跃，兴趣高涨。

2.要有严谨的实验态度

生物学实验具有严密的科学性，容不得一丝的大意。实验过程中每个步骤的处理，每个步骤的作用、意义，以及和上下步骤的联系都要很清晰，必须严格按照实验步骤进行实验。如“果酒和果醋的制作”实验中有一个步骤冲洗，冲洗是先去除枝梗再冲洗葡萄，还是先冲洗葡萄再去除枝梗呢？我们知道冲洗的目的是去掉葡萄表面的污物，如果先去除枝梗再冲洗葡萄，污物会污染去除枝梗地方的果肉，造成发酵的失败，所以应该先冲洗葡萄再去除枝梗。这样在实验过程中学生逐步形成严谨的科学态度和一丝不苟的工作作风，培养了学生的科学探究精神，落实了生物核心素养。

3.多学科交叉，实现教学融合

生物学科包含了数学、物理和化学等多学科的交叉。比如孟德尔遗传规律中应用了数学统计的方法，种群数量的变化中建构种群增长的数学模型，S型增长曲线等都是生物和数学的结合的例子。生态系统的信息传递中物理信息，光学显微镜的构造就是生物和物理的结合。斯帕兰札尼实验肉块的消失是化学消化的结果，是生物与化学的结合。通过多学科交叉，其他学科的知识运用到生物学中，学生对知识的理解能力，迁移能力，综合运用能力得到加强，学生的理性思维得到锻炼，从而落实了生物核心素养。

4.充分把信息技术应用于生物教学

生物实验课相对比理论课，需要实验场地、实验用具，否则无法在普通的教室完成。实验室配备相应的信息技术，比如：多媒体，局域网等措施，这样的教学环境不仅提高了教学质量，还锻炼学生的各个方面能力，更容易落实生物核心素养。如：摄影技术，我们知道生物的生长，死亡过程要经历很长的时间，肉眼不易观察。可通过摄影技术拍成照片或视频，然后再通过后期处理，把生物长时间的生长和死亡压缩成短时间的视频，我们就可以用肉眼看到生物的生长和死亡的过程。这样，通过信息技术可以培养学生的生命观念素养，学会尊重，珍爱生命，生物核心素养得到落实。

综上所述，高中生物实验教学指向了学科核心素养，能使学生在实验中不断提升自己的动手能力，增长了知识，培养了兴趣，能从根本上树立了生命观念，养成了科学思维，进行了科学探究，培养了社会责任感，从而有效提高学生的综合素质。

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