理科實驗教學與發(fā)展學生核心素養(yǎng)

肖東琦

2017年，北京正式進入高考綜合改革。新課程以發(fā)展學生核心素養(yǎng)為宗旨，推動落實立德樹人根本任務(wù)。物理、化學、生物等都是以實驗為基礎(chǔ)的自然學科，實驗教學是理科基本的教學方法之一。在各學科的課程標準中，都有對實驗教學作用的不同層次的描述，如《普通高中2017級新課改生物學科教學指導意見（核心素養(yǎng)版）》中強調(diào)：“組織以探究為特點的主動學習是落實核心素養(yǎng)的關(guān)鍵”，要“加強和完善生物學實驗教學”。

一、實驗教學與核心素養(yǎng)的關(guān)系

通過實驗教學發(fā)展學生核心素養(yǎng)，首先要建立起實驗與核心素養(yǎng)各要素之間的聯(lián)系，才能使實驗教學有效開展。如筆者所在學校的物理、化學、生物三個學科通過共同探討，將高中可開展的實驗分為基礎(chǔ)技能、驗證、探究、趣味、拓展實驗五大類，并嘗試建立不同類型實驗與核心素養(yǎng)要素間的聯(lián)系（見表1）。

從表中可以看出，有些核心素養(yǎng)要素與實驗息息相關(guān)。如“珍愛生命”可通過安全教育落實，規(guī)范的實驗操作是保證安全的前提條件。而且每種實驗類型都有與之對應(yīng)的核心素養(yǎng)要素，只是側(cè)重點不同?？梢姡糠N實驗類型都有存在的必要。其中，探究實驗的難度較大，相應(yīng)的核心素養(yǎng)要素也更全面，應(yīng)該著力發(fā)展。

二、結(jié)合學生特點

建立符合核心素養(yǎng)發(fā)展的實驗課程

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，依據(jù)學情建立學?？鐚W科實驗課程是化解“緊張課時與實驗教學較為耗時”的矛盾，發(fā)展學生核心素養(yǎng)的一條有效途徑。

1.逐步建設(shè)具有學科特色的實驗課程

一是多種實驗課程同時開展，提高實驗學習的效率。除了開展教材實驗，選修課、實驗室開放、興趣小組等多種實驗課程均增加了實驗時間。針對不同層次、不同學習愿望的學生，在不同的實驗課程中安排不同難度的實驗任務(wù)，有效提高實驗學習的效率。例如，實驗室進行的都是基礎(chǔ)實驗、教材實驗，而課外小組主要以較高難度的實驗為主，如生物組培以及化學趣味實驗等。

二是改進實驗方案，增加實驗效果，提高實驗教學效率。其一，改進方案使某些耗時較長的實驗在相對較短的時間內(nèi)完成，通過選取合適的實驗材料，或?qū)⑾嚓P(guān)實驗進行有機組合來節(jié)約實驗時間。其二，可降低實驗難度以更有利于學生操作。如在“探究光照強度對光合作用的影響”實驗中，將實驗材料菠菜葉片改為金魚藻，減少了葉片打孔、抽氣等環(huán)節(jié)，簡化了實驗步驟，降低了操作難度。其三，可改進實驗以增強實驗效果，使實驗現(xiàn)象更明顯。如同樣是光合作用的實驗，水生植物釋放氧氣的速率更快，能清晰地觀察到氣泡產(chǎn)生。其四，可變定性分析為定量分析，提高實驗的科學性。定量分析需對實驗數(shù)據(jù)進行處理，如酶的高效性實驗，可通過傳感器采集準確數(shù)據(jù)，并利用建模法處理數(shù)據(jù)，更有利于學生理性思維的形成。其五，可通過微型實驗、綠色實驗等，降低藥品的用量，更環(huán)保。其六，可拓展實驗研究。在教材實驗的基礎(chǔ)上，進一步研發(fā)拓展實驗，培養(yǎng)學生勇于探究、理性思維等核心素養(yǎng)。

三是改變實驗類型，使實驗教學體系化，形成特色實驗教學。依據(jù)落實核心素養(yǎng)的要求，將實驗系統(tǒng)化，分階段、分層次落實核心素養(yǎng)。實驗中要變驗證為探究，如通過“三大物質(zhì)鑒定”“質(zhì)壁分離及復原”“酶的高效性”“酶的專一性”等實驗，讓學生理解探究實驗的方法，初步形成探究實驗的能力，發(fā)展核心素養(yǎng)。其中“三大物質(zhì)鑒定”要求學生根據(jù)已知實驗原理，給出實驗設(shè)計思路，落實實驗科學性原則，使學生明白實驗設(shè)計應(yīng)建立在科學的實驗原理之上；“質(zhì)壁分離及復原”給出實驗設(shè)計，要求分析變量關(guān)系，使學生理解對照、控制變量等實驗原則；“酶的高效性”給出實驗原理，要求學生運用實驗原則設(shè)計實驗，相互評價；“酶的專一性”給出實驗方案，讓學生分析變量、實驗原理，完善方案；增加“酶需溫和且適宜的條件”，讓學生設(shè)計并完成實驗，體驗完整的探究實驗過程。

四是利用科學史中的經(jīng)典實驗，進行實驗方法教育，發(fā)展理性思維。實驗教學、實驗課程不僅發(fā)生在實驗室，在日常課堂教學中也可進行。在學科發(fā)展過程中，眾多經(jīng)典實驗對于科學發(fā)展都發(fā)揮過重要作用，這些實驗對學生發(fā)展理性思維具有重要意義，且能促進學生養(yǎng)成批判質(zhì)疑、勤于反思的習慣。

2.跨學科實驗教學的嘗試

跨學科項目化教學難度較大，以化學和生物學科的一次嘗試為例。在“水質(zhì)監(jiān)測及生化處理”這一項目，從游學課程開始，教師帶領(lǐng)學生對蘇州幾個著名景點的水質(zhì)進行了觀測及數(shù)據(jù)采集，同時采集了某學校周邊幾個重點區(qū)域的水樣，然后在中科院生態(tài)環(huán)境中心對水樣進行了實驗處理，化學和生物學科分別從氮和磷出發(fā)，從各自學科的角度分析了水體富營養(yǎng)化判斷依據(jù)和防治方法。其實，這并不能算是一個規(guī)范的項目化教學，但這種跨學科的實驗還是使學生受益匪淺，使他們切身體會到了學科間的交融，對跨學科實驗產(chǎn)生了濃厚的興趣。

3.實驗課程的效果

筆者對所在學校高二年級學生入學一年前后的理科實驗問卷調(diào)查顯示，經(jīng)過一年的實驗課程后，學生在實驗興趣、實驗態(tài)度、分析能力、觀察能力、反思能力等方面都有較大改善。這說明實驗教學在培養(yǎng)學生勇于探究、理性思維、勤于反思等方面發(fā)揮了重要作用。

三、關(guān)于探究實驗的思考

探究實驗是通過學生主動探究，解決實際問題的過程。在這一過程中，通過觀察、提問、實驗設(shè)計、實施方案、結(jié)果處理、交流等活動，培養(yǎng)學生的實踐能力，發(fā)展學生的團隊合作、勇于創(chuàng)新等核心素養(yǎng)。

探究實驗要做“真”探究。探究的問題要“真”，要從學生的生活經(jīng)驗或社會熱點出發(fā)，以便激發(fā)學生的探究興趣。探究過程要“真”，實驗設(shè)計要體現(xiàn)出發(fā)展理性思維的重要過程。結(jié)果處理要“真”，因為這一過程可充分體現(xiàn)科學方法，發(fā)展問題解決、勤于反思的核心素養(yǎng)。結(jié)果交流、討論要“真”，在生生和師生間的交流中，碰撞出思維的火花，發(fā)展批判質(zhì)疑、樂學善學等核心素養(yǎng)?？傊?，只有“真”探究，才能真正發(fā)展學生的核心素養(yǎng)。

（責任編輯 郭向和）