從體驗(yàn)走向創(chuàng)造的高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

龔雷雨 （無(wú)錫市教育科學(xué)研究院 江蘇無(wú)錫 214001）

陳廷華 （無(wú)錫市輔仁高級(jí)中學(xué) 江蘇無(wú)錫 214123）

生物學(xué)是研究生命現(xiàn)象和生命運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，觀察和實(shí)驗(yàn)是研究生命科學(xué)的基本方法。高中學(xué)生通過(guò)生物課的學(xué)習(xí)，不僅要獲得關(guān)于生命活動(dòng)規(guī)律的基本知識(shí)，而且要在科學(xué)方法、科學(xué)能力、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神、創(chuàng)新意識(shí)等方面得到發(fā)展。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)既是中學(xué)生物學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容，也是一種有效的教學(xué)手段。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量直接關(guān)系生物學(xué)教學(xué)的質(zhì)量。

十多年來(lái)，筆者在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)變革方面作了初步的探索與實(shí)踐，努力促進(jìn)場(chǎng)域之變，實(shí)現(xiàn)理念之變，試圖追尋質(zhì)性之變：在教學(xué)目標(biāo)上，從育分走向育人；在教學(xué)過(guò)程上，從體驗(yàn)走向創(chuàng)造。

1 見證：高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)之變

1.1 場(chǎng)域之變：從傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室走向現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室、從校內(nèi)課堂走向科研院所

基于課程基地建設(shè)之需，筆者對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了改造，基于課程實(shí)施的需要，深度整合和開發(fā)本土資源，從設(shè)施環(huán)境、科研環(huán)境、實(shí)踐環(huán)境三個(gè)方面著手，構(gòu)建科學(xué)探究實(shí)踐平臺(tái)，凸顯生物學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的體驗(yàn)性、實(shí)踐性、開放性和創(chuàng)新性。共新建12個(gè)功能實(shí)驗(yàn)室，如數(shù)碼互動(dòng)顯微實(shí)驗(yàn)室、生物工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室、微生物實(shí)驗(yàn)室、植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室等，成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的主場(chǎng)地。

為密切與科研、生產(chǎn)、生活的聯(lián)系，還與江南大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)水科院淡水漁業(yè)研究中心等簽約，共建“校外科學(xué)探究實(shí)踐基地”，充分利用高校和科研院所的實(shí)驗(yàn)設(shè)施和智力資源優(yōu)勢(shì)，在教授、專家的直接指導(dǎo)下，開展適合高中生進(jìn)行探究實(shí)踐的課題和項(xiàng)目。在無(wú)錫市農(nóng)業(yè)委員會(huì)等單位的支持下，定期組織師生參觀現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園、特種動(dòng)物養(yǎng)殖基地等10多個(gè)實(shí)習(xí)點(diǎn)，直面生物科技的日新月異，感受生命科學(xué)的無(wú)限魅力。

1.2 理念之變：從驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)到探究性實(shí)驗(yàn)

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和探究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)重點(diǎn)有所不同。前者強(qiáng)調(diào)演示和證明科學(xué)內(nèi)容的活動(dòng)，分離科學(xué)知識(shí)與科學(xué)過(guò)程；后者強(qiáng)調(diào)獲取知識(shí)的方法和能力，在激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲以及培養(yǎng)科學(xué)探究能力方面有優(yōu)勢(shì)。在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，筆者增設(shè)探究性內(nèi)容，對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)將大有裨益。

以“葉綠體中色素的提取和分離”為例。在常規(guī)教學(xué)中，多數(shù)教師將實(shí)驗(yàn)是作為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)處理的，探究意味不足。那么，如何增加其探究性呢？

教學(xué)中，教師可引導(dǎo)學(xué)生思考：德國(guó)植物學(xué)家薩克斯在探究光合作用產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要將葉片置于酒精中水浴加熱，對(duì)葉片進(jìn)行脫色，對(duì)提取色素有什么啟發(fā)？這說(shuō)明溫度對(duì)提取色素有較大的影響，如何研究？

因此，教師可引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)有探究?jī)r(jià)值的系列實(shí)驗(yàn)：

①探究不同溫度條件下的菠菜葉中色素的提取，可設(shè)置30℃、50℃、70℃、90℃溫度組，加熱4 min（理由待定）。

②探究加熱時(shí)間對(duì)菠菜葉中色素的提取的影響，可設(shè)置加熱時(shí)間分別為2、3、4、5、6 min的實(shí)驗(yàn)組，溫度為70℃（理由待定）。

③探究水浴法與研磨法對(duì)菠菜葉中色素的提取的影響，菠菜葉片剪碎，加入10 mL無(wú)水乙醇，70℃中水浴加熱4 min，按教材描述方法進(jìn)行研磨、過(guò)濾等操作。

上課時(shí)，學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，分工研究，最后總結(jié)各組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，得出提取色素適宜的加熱溫度、時(shí)間和提取方法。

1.3 質(zhì)性之變：從學(xué)科實(shí)驗(yàn)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)、從科學(xué)教育到科學(xué)實(shí)踐

說(shuō)“從學(xué)科實(shí)驗(yàn)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)”，其本意是強(qiáng)調(diào)綜合性。各地高中生物學(xué)教學(xué)越來(lái)越重視科學(xué)本質(zhì)教育，非常重視讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究的過(guò)程和方法?！翱茖W(xué)”本質(zhì)上是一種科學(xué)探究活動(dòng)，在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新中，依照《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》，通過(guò)對(duì)高中生物學(xué)核心教學(xué)內(nèi)容的重新梳理和整合，完成了以實(shí)驗(yàn)為載體的高中生物學(xué)核心教學(xué)內(nèi)容的模塊重構(gòu)；通過(guò)豐富多彩的實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)和科學(xué)探究活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)直觀化、體驗(yàn)化和生活化，讓學(xué)生在實(shí)際生活情境中去感受、體驗(yàn)并應(yīng)用實(shí)踐，從而發(fā)現(xiàn)知識(shí)，理解知識(shí)，掌握知識(shí)，直至解決問(wèn)題；引導(dǎo)學(xué)生在做中學(xué)、在學(xué)中做，促進(jìn)學(xué)生形成理解、體驗(yàn)、反思和創(chuàng)造等不同方式的整合；讓學(xué)生從身邊所見所聞中找到生活的亮點(diǎn)、知識(shí)的立點(diǎn)乃至人生的支點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)與技能、過(guò)程與方法以及情感態(tài)度與價(jià)值觀的整合，為學(xué)生的興趣、愛好、特長(zhǎng)、專業(yè)、職業(yè)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

說(shuō)“從科學(xué)教育到科學(xué)實(shí)踐”，其本意是強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性。為滿足學(xué)生種植實(shí)踐需要，教師在校園沿河走廊開辟了作物栽培實(shí)踐園和淡水養(yǎng)殖池塘。學(xué)生得以親手種植豌豆、小麥、玉米等10多種植物，開展經(jīng)典雜交實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)孟德爾等科學(xué)家的科學(xué)探究歷程。為滿足學(xué)生調(diào)查和實(shí)習(xí)之需，教師還在近在咫尺的金城灣公園、長(zhǎng)廣溪濕地、太湖藍(lán)藻治理站均設(shè)有“生物多樣性實(shí)踐基地”，供學(xué)生實(shí)地體驗(yàn)種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)特征，考察區(qū)域生態(tài)工程。

2 追尋：從體驗(yàn)走向創(chuàng)造的高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能的回歸

高中生物教材幾乎每一節(jié)都涉及實(shí)驗(yàn)。在核心素養(yǎng)視域下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不只是傳統(tǒng)意義上的“實(shí)驗(yàn)課”，而是要把實(shí)驗(yàn)融入到每節(jié)課的具體教學(xué)過(guò)程中，充分挖掘?qū)嶒?yàn)教學(xué)功能，讓實(shí)驗(yàn)成為落實(shí)科學(xué)本質(zhì)教育的重要手段，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)；讓實(shí)驗(yàn)成為知識(shí)呈現(xiàn)的良好載體，促進(jìn)學(xué)生強(qiáng)化直觀體驗(yàn)、轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)習(xí)效能。

以“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”一節(jié)為例?！敖档突瘜W(xué)反應(yīng)活化能的酶”是學(xué)生在高中首次接觸酶學(xué)知識(shí)，也是高中教材首次涉及對(duì)照實(shí)驗(yàn)。本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)是：酶能顯著降低化學(xué)反應(yīng)活化能以及控制變量的科學(xué)方法?；怆y點(diǎn)的有效方法之一是：聯(lián)系生活實(shí)際，用實(shí)驗(yàn)引領(lǐng)教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中引申?；谏鲜鏊悸泛头治?，筆者所設(shè)計(jì)并實(shí)施教學(xué)流程如下：

①?gòu)?qiáng)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，實(shí)現(xiàn)概念教學(xué)直觀化。本節(jié)課安排在“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)之后，教師先呈現(xiàn)一些重要概念。如什么是對(duì)照實(shí)驗(yàn)？對(duì)照實(shí)驗(yàn)應(yīng)遵循哪些原則？什么是自變量？什么是因變量？什么是無(wú)關(guān)變量？這些概念如果不放到具體的實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)，不僅枯燥、難以理解，而且也會(huì)失去這些概念本身的意義——體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)原理，便于人們科學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生完成本實(shí)驗(yàn)操作并不困難，效果也很明顯，因此更有興趣學(xué)習(xí)。但學(xué)生只是動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)，并不能體會(huì)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理，對(duì)上述概念也只是模糊的認(rèn)識(shí)。教師只有引導(dǎo)學(xué)生強(qiáng)化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論和分析，才能使學(xué)生從親身操作和直觀數(shù)據(jù)中領(lǐng)會(huì)以上概念的內(nèi)涵。為此，教師指導(dǎo)學(xué)生實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生分析討論，及時(shí)給出自變量、因變量和無(wú)關(guān)變量的概念。這樣，學(xué)生就不覺得這些概念生硬和抽象了。以上對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析緊扣實(shí)驗(yàn)操作，利用一張實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表，使步驟、現(xiàn)象、變量控制一目了然。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)分析中逐步理解概念，在直觀體驗(yàn)中體會(huì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則，再用概念和原則指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析，較快地提高分析能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

②用實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的有效過(guò)渡，構(gòu)建符合學(xué)生思維特點(diǎn)的知識(shí)體系。教學(xué)內(nèi)容間的過(guò)渡是課堂教學(xué)中的“節(jié)點(diǎn)”。設(shè)計(jì)科學(xué)合理的有效過(guò)渡方式可以充分體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容之間內(nèi)在的聯(lián)系，使學(xué)生清晰地理解知識(shí)體系，使整個(gè)教學(xué)內(nèi)容渾然一體。有效過(guò)渡方式需要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)確定。生物科學(xué)以及眾多自然科學(xué)的事實(shí)和理論都是在人們堅(jiān)持不懈的實(shí)驗(yàn)研究中逐步發(fā)展起來(lái)的，用實(shí)驗(yàn)推進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，符合人們對(duì)客觀事實(shí)的認(rèn)知規(guī)律，有利于培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)踐體驗(yàn)中認(rèn)識(shí)事物、獨(dú)立分析判斷和獲取新知識(shí)的意識(shí)和能力，有利于學(xué)生完整理解知識(shí)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建知識(shí)體系。

③讓科學(xué)史中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)實(shí)中的家常實(shí)驗(yàn)相碰撞，激發(fā)學(xué)生思維的火花。在生物科學(xué)的發(fā)展史中，許多重大發(fā)現(xiàn)往往都經(jīng)歷過(guò)從不完善到逐步完善的過(guò)程，科學(xué)就是在不斷地探索和爭(zhēng)論中前進(jìn)的，關(guān)于酶本質(zhì)的探索也不例外。教學(xué)中，教師要注重對(duì)當(dāng)年科學(xué)家的思維過(guò)程和研究方法進(jìn)行提煉和整合，并把現(xiàn)實(shí)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)與科學(xué)史的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)相對(duì)照，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的樂(lè)趣。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師再引導(dǎo)學(xué)生重新審視今天所做的實(shí)驗(yàn)：過(guò)氧化氫酶的本質(zhì)是什么？為什么用90℃的肝臟研磨液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)沒(méi)有明顯現(xiàn)象？你能用實(shí)驗(yàn)的方法探究洗衣粉中酶的化學(xué)成分嗎？從而呼應(yīng)本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，完善實(shí)驗(yàn)方法，使學(xué)生充分體驗(yàn)用實(shí)驗(yàn)方法解決生物學(xué)問(wèn)題的樂(lè)趣。

當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)對(duì)課堂教學(xué)的引領(lǐng)作用不僅于此。如果教師真正把實(shí)驗(yàn)融入到教學(xué)程序中去，實(shí)現(xiàn)概念教學(xué)實(shí)驗(yàn)化、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容生活化、學(xué)生學(xué)習(xí)自主化，就可以有效促進(jìn)教與學(xué)方式的變革，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

2.2 從體驗(yàn)走向創(chuàng)造

衡量學(xué)校辦學(xué)質(zhì)量和內(nèi)涵，應(yīng)從更大的樣本和更長(zhǎng)的周期中，看是否促進(jìn)了全體學(xué)生的品格修行、學(xué)業(yè)進(jìn)步和審美情趣，看學(xué)生對(duì)社會(huì)的貢獻(xiàn)、責(zé)任的擔(dān)當(dāng)。

科學(xué)探究活動(dòng)以實(shí)驗(yàn)探究為主體，具有鮮明的學(xué)科特色，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了真實(shí)、優(yōu)質(zhì)、先進(jìn)、生動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境和科研氛圍，不僅實(shí)現(xiàn)了重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)的實(shí)驗(yàn)化、直觀化教學(xué)，而且較易培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科情感、學(xué)科精神、學(xué)科志向，促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和綜合能力的快速提升，實(shí)現(xiàn)了育人模式的根本轉(zhuǎn)型。

首先，科學(xué)實(shí)驗(yàn)通常需要多次重復(fù)，很枯燥、繁瑣和艱辛。大多數(shù)學(xué)生不怕苦，不怕煩，不怕累，不怕失敗，養(yǎng)成了吃苦耐勞、不怕困難、堅(jiān)持到底的意志品質(zhì)。例如，做太湖水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)，為了采集到代表不同地段的水樣，項(xiàng)目組的學(xué)生沿著湖邊草叢來(lái)回步行十多公里，多次采樣，多次測(cè)定。無(wú)論是對(duì)于技術(shù)的學(xué)習(xí)，還是對(duì)于專家的指導(dǎo)，他們都抱著認(rèn)真的態(tài)度和積極的心態(tài)。為了完成實(shí)驗(yàn)研究又不耽誤正常的課程學(xué)習(xí)，他們放棄了好多個(gè)節(jié)假日，利用點(diǎn)滴時(shí)間完成連續(xù)的實(shí)驗(yàn)觀察和數(shù)據(jù)記錄等。為擠出時(shí)間開展課題研究，他們經(jīng)?？忻姘?、吃泡面，把排隊(duì)吃飯的時(shí)間省下來(lái)，并在努力提高作業(yè)質(zhì)量和復(fù)習(xí)品質(zhì)上下功夫?！稛o(wú)錫日?qǐng)?bào)》在報(bào)道學(xué)生問(wèn)鼎“2014全球青少年領(lǐng)袖論壇無(wú)錫峰會(huì)”時(shí)，以“中學(xué)生啃面包啃出最佳團(tuán)隊(duì)獎(jiǎng)”為題，對(duì)學(xué)生吃苦耐勞精神予以充分肯定。

其次，認(rèn)真對(duì)待實(shí)驗(yàn)過(guò)程的每一個(gè)細(xì)節(jié)，做到嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、求真務(wù)實(shí)、實(shí)事求是，形成了優(yōu)秀的科研素養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)中一個(gè)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的獲得往往要經(jīng)歷多次的失敗，學(xué)生集思廣益、積極思維、勇于創(chuàng)新，巧妙地解決科研難題，形成了強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí)。實(shí)驗(yàn)中，每一項(xiàng)研究都會(huì)涉及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，在對(duì)所測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的過(guò)程中，學(xué)生學(xué)會(huì)了科學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法，比如對(duì)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行了線性回歸分析T-stat檢驗(yàn)——一種類似于求數(shù)據(jù)方差的檢驗(yàn)方法，以證明實(shí)驗(yàn)結(jié)果的非隨機(jī)性和可靠性，確保整個(gè)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)。再如，為了解決后期某些數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)相對(duì)繁瑣的難題，學(xué)生會(huì)利用數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和生物學(xué)理論編制簡(jiǎn)便的計(jì)算公式。另外，課題組成員通過(guò)改進(jìn)測(cè)定湖水透明度的黑白盤，巧妙地解決風(fēng)大浪急等不利因素給現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定帶來(lái)的影響等。

第三，自始至終做到分工有序、群策群力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作，體現(xiàn)了良好的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。以問(wèn)卷調(diào)查為例，從問(wèn)卷的設(shè)計(jì)、發(fā)放、回收直至數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，需要大量的人力精力，走上街頭做問(wèn)卷調(diào)查需要針對(duì)不同人群，需要有足夠的耐心、一定的毅力和心理承受力。學(xué)生根據(jù)自身性格特長(zhǎng)，分工協(xié)作，還吸引了學(xué)校志愿者服務(wù)社的成員參加，充分體現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)合作精神。

事實(shí)上，這些優(yōu)秀的科研品質(zhì)和素養(yǎng)在傳統(tǒng)的課程以及平時(shí)的課堂中很難培養(yǎng)，而這些關(guān)鍵能力和必備品格恰恰能使學(xué)生終身受益，也正是中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)之核心要義。

傳統(tǒng)的理科教育中，學(xué)習(xí)的知識(shí)過(guò)于結(jié)構(gòu)化，學(xué)習(xí)過(guò)程亦是精心設(shè)計(jì)的線性流水線，其中流淌的還是科學(xué)結(jié)論和簡(jiǎn)單邏輯，學(xué)生的思想得不到表達(dá)，批判性思維和創(chuàng)造性思維嚴(yán)重缺失。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)試化、探究性教學(xué)的形式化，使教學(xué)過(guò)程停留在體驗(yàn)層次，學(xué)生體驗(yàn)的實(shí)質(zhì)不過(guò)還是“旁觀者”，而不是真正的主人。當(dāng)學(xué)生沒(méi)有以“學(xué)習(xí)的主人”身份進(jìn)入學(xué)習(xí)時(shí)，就不可能發(fā)生專注與深刻、批判與創(chuàng)新的學(xué)習(xí)，也就沒(méi)有直抵科學(xué)本質(zhì)的深度理解和自主建構(gòu)，就沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的責(zé)任擔(dān)當(dāng)和智能發(fā)展。因此，教師要努力從體驗(yàn)走向創(chuàng)造。