實驗教學(xué)在生物核心素養(yǎng)中的應(yīng)用

黃華英

摘 要：實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、獨立思考能力、自學(xué)能力以及綜合處理生物學(xué)信息的能力的重要途徑，針對現(xiàn)有生物教學(xué)存在重課堂教學(xué)輕動手實驗等不足，本文分別從培養(yǎng)學(xué)生積極參與的意識、驗證實驗上升為探究實驗、培養(yǎng)學(xué)生注重細(xì)節(jié)善于分析的能力、培養(yǎng)學(xué)生收集和處理生物學(xué)信息的能力和培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計簡單實驗方案的能力等5個方面進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：實驗教學(xué);能力培養(yǎng);實驗方案設(shè)計;科學(xué)探究

現(xiàn)今的素質(zhì)教育改革強調(diào)學(xué)科核心素養(yǎng)，她是學(xué)生在解決真實情境中的生物學(xué)問題時所表現(xiàn)出來的必備品格和關(guān)鍵能力。生物學(xué)核心素養(yǎng)主要包括生命觀念、理性思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任。其中“科學(xué)探究”是指能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實世界中的生物學(xué)問題，針對特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問、實驗設(shè)計、實施方案以及結(jié)果的交流與討論的能力。在探究中，樂于并善于團(tuán)隊合作，勇于創(chuàng)新。生物核心素養(yǎng)中的“科學(xué)探究”體現(xiàn)在生物教學(xué)中即是“實驗教學(xué)”。但目前的實驗教學(xué)由于受各方面的制約而顯得過于形式化，尚未達(dá)到教育部在《中小學(xué)綜合實踐活動課程指導(dǎo)綱要》（教材[2017]4號）中明文要求的高中階段關(guān)于價值體認(rèn)、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、問題解決、創(chuàng)意物化等4個具體目標(biāo)。那么怎樣培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力進(jìn)而達(dá)成上述目標(biāo)呢？根據(jù)多年的生物教學(xué)實踐，筆者認(rèn)為可以從以下幾個方面入手：

一、培養(yǎng)學(xué)生積極參與的意識

在以往的學(xué)生實驗中，實驗材料全都是書本上指定的，課前由教師準(zhǔn)備好的。實驗時，學(xué)生完全按規(guī)定的步驟進(jìn)行。這樣學(xué)生完全成了不用思考的機械操作者，以致整個實驗下來沒有留下什么印象，也沒有給學(xué)生留下積極思維的空間。這種實驗教學(xué)達(dá)成的結(jié)果僅僅是學(xué)生“練練手”，不但抑制了學(xué)生的主動性，更禁錮了他們的創(chuàng)新思維。而教育部印發(fā)的《中小學(xué)綜合實踐活動課程指導(dǎo)綱要》中指出活動的實施要注重學(xué)生主動實踐和開放生成，即倡導(dǎo)學(xué)生積極主動地參與。因此，教師在實驗教學(xué)中可因人、因地、因材制宜，教會學(xué)生一些基本的實驗研究方法，發(fā)揮他們的主觀能動性，積極思考、弄清實驗原理，選擇合適的實驗材料和實驗方法。這樣，就可使學(xué)生加深對實驗全過程的認(rèn)識，提高實驗課的效果，也可以培養(yǎng)他們的興趣和特長。在高中生物教材（人教版）中就有很多對照實驗，例如“比較過氧化氫在不同條件下的分解”、“影響酶活性的條件”、“環(huán)境因素對光合作用強度的影響”等等，在開設(shè)這些實驗時，如果只是讓學(xué)生照本宣科操作一番，非但不能很好的調(diào)動學(xué)生的積極主動性，更不能讓他們很好的掌握對照實驗的精髓。如果老師在這里多擺出幾個非對照實驗的素材，通過設(shè)問引導(dǎo)學(xué)生思考為什么要控制無關(guān)變量，而突出自變量的變化，并讓學(xué)生自主設(shè)計實驗去探究的話。不僅可使學(xué)生獲得某種程度上的成就感，培養(yǎng)了他們的動手能力，更調(diào)動了學(xué)生的積極主動性，甚至達(dá)到喜歡這門學(xué)科的目的。筆者承擔(dān)生物教學(xué)班級2012屆胡同學(xué)，對生物課程興趣濃厚，曾榮獲湖南省生物奧林匹克競賽國家二等獎，并考取武漢大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)。2013年假期來?？垂P者時，筆者邀請他在生物興趣小組班上跟學(xué)弟學(xué)妹們進(jìn)行交流，他就特別強調(diào)指出培養(yǎng)積極參與生物實驗意識的重要性。

二、培養(yǎng)學(xué)生通過設(shè)計實驗來解決問題的能力

教育家布魯納指出，教學(xué)不應(yīng)該“奉送真理”，而應(yīng)該“教人發(fā)現(xiàn)真理”。傳統(tǒng)的生物實驗很多都只是驗證課本上的知識，學(xué)生在整個教學(xué)過程中處于從屬的、被動的地位，他們關(guān)注的僅僅是實驗結(jié)果，而非對實驗原理的理解分析。這種重“果”輕“因”的實驗課不僅沒有激發(fā)學(xué)生的積極主動性更是不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。而教育部在《中小學(xué)綜合實踐活動課程指導(dǎo)綱要》特別強調(diào)高中生要增強創(chuàng)意設(shè)計、動手操作、技術(shù)應(yīng)用和物化能力。形成在實踐操作中學(xué)習(xí)的意識，提高綜合解決問題的能力。因此，在實驗過程中，要有意識地培養(yǎng)他們的逆向思維能力，鼓勵他們大膽設(shè)想，并且盡可能為他們創(chuàng)造條件，去探索、實施他們想要做的實驗，讓驗證性實驗上升為探究性實驗甚至是創(chuàng)新實驗。從而培養(yǎng)他們的觀察、推理以及創(chuàng)新能力。這是一項艱巨地教學(xué)任務(wù)?？赡苡械膶W(xué)生會因創(chuàng)新而困難重重，此時教師應(yīng)倍加呵護(hù)他們的創(chuàng)新意識，鼓勵并引導(dǎo)他們分析、設(shè)計并實施實驗，從而使科學(xué)探究的素養(yǎng)得到升華。例如，我的學(xué)生在探究外界因素（溫度、PH等）對酶活性的影響時，我并沒有一味要求學(xué)生對著教材按部就班地操作，而是提供淀粉溶液、碘液、現(xiàn)配斐林試劑、H2O2溶液等實驗材料，留給他們充足地空間去探索他們的心中所想。這樣不僅僅培養(yǎng)提升了學(xué)生的實驗設(shè)計能力，還從實驗現(xiàn)象及分析過程中的發(fā)現(xiàn)了為什么不能用H2O2溶液探究溫度對酶活性的影響;為什么在探究PH對酶活性的影響實驗時，不能用斐林試劑來檢測;而在利用淀粉酶、淀粉、蔗糖來驗證酶的專一性時，為什么不能用碘液來檢測。這樣的創(chuàng)意設(shè)計不僅鞏固了學(xué)科知識，還培養(yǎng)解決問題的能力。又例如在學(xué)習(xí)光合作用的歷程時，教材對“CO2是光合作用的原料”的探究僅僅是穿插了卡爾文利用同位素標(biāo)記法驗證，這樣的編排只能讓學(xué)生被動接受，非但沒有起到鞏固知識點的效果，更沒有達(dá)到鍛煉學(xué)生設(shè)計實驗培養(yǎng)科學(xué)探究能力的目的。但如果在這里我們稍加拓展，讓學(xué)生通過自主設(shè)計對照實驗來探究CO2是光合作用的原料。效果就大不一樣了。當(dāng)然這樣安排的結(jié)果肯定會加大駕馭課堂的困難，但卻滿足了學(xué)生的好奇心和求知欲，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和科學(xué)探究能力，從而提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。筆者承擔(dān)生物教學(xué)班級2015屆的吳同學(xué)和黃同學(xué)就受益于此，培養(yǎng)出較強的探究精神，他們曾合作開展探究實驗，撰寫的科普論文《關(guān)于郴江河水質(zhì)問題的調(diào)查報告》獲市級一等獎。

三、培養(yǎng)學(xué)生注重細(xì)節(jié)善于分析的能力

一個較為復(fù)雜的實驗過程是設(shè)計人員長期辛勤勞動的結(jié)晶，它往往是經(jīng)過幾十次甚至上百次的反復(fù)摸索。所以在實驗教學(xué)中，老師還應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生注重細(xì)節(jié)善于分析實驗程序。注意指導(dǎo)學(xué)生在實驗時不能單純地實行“本本主義”，而要引導(dǎo)學(xué)生去分析實驗中每一步驟的作用，每一個處理意義以及各步驟之間的聯(lián)系，從中學(xué)習(xí)解決問題、研究事物的方法。例如，在觀察植物細(xì)胞有絲分裂實驗過程中，大致為：培養(yǎng)、取材→解離→漂洗→染色→壓片。要讓學(xué)生理清根尖放在解離液中是為了溶解細(xì)胞間的果膠質(zhì)，使根尖細(xì)胞間變得松散，便于壓片，否則根尖細(xì)胞很難壓散，不利在鏡下觀察。另外，通過解離液的處理，使細(xì)胞迅速死亡，讓細(xì)胞分別保留各自的分裂狀態(tài)。漂洗是為了沖洗解離液（10%HCL），否則影響染色效果。又如用龍膽紫或醋酸洋紅溶液染色的目的是，這兩種染料易使細(xì)胞核內(nèi)的染色體著色，從而增大細(xì)胞核與周圍部分的反差，便于觀察染色體分布和變化，壓片的目的是使細(xì)胞分散開，變成單層，否則光線無法透過會影響觀察。壓片的目的是利于細(xì)胞分散，壓片時，在蓋玻片上再加一片載玻片的目的是防止手指與蓋玻片直接觸壓，會將極薄的蓋玻片壓碎（在鏡下觀察前應(yīng)將載玻片取下，并注意不要讓蓋玻片移位）。在葉綠體中色素的提取和分離實驗中，制備濾紙條時，應(yīng)讓學(xué)生了解將濾紙剪成長10厘米是因為胡蘿卜素在紙條上擴散的距離約為9厘米左右;寬1厘米是利于劃出齊而均勻的濾液細(xì)線，去兩角為了使層析液在紙條上擴散速度均衡，后兩者都是為了擴散出四條平行的色帶。在距去兩角的一端1厘米處用鉛筆畫一橫線，目的是為劃濾液細(xì)線提供參照線并且防止層析時在盛有3毫升層析液的燒杯（100毫升）中，濾液細(xì)線被層析液浸沒。劃濾細(xì)線時還應(yīng)讓學(xué)生知道干燥后重復(fù)劃2—3次，是為了增加色素的含量，以便在紙條上擴散出四條明顯的色素帶來。如果在不干燥的情況下連續(xù)劃線，色素會隨濾液中的液體（提取液）在紙條上的擴散而擴散，劃出的濾液細(xì)線較寬，其結(jié)果是相鄰的兩條色帶會發(fā)生部分重疊。因此，在實驗中，應(yīng)根據(jù)學(xué)生認(rèn)知水平和涉及原理的難易不同，由教師講清或提出問題讓學(xué)生思考，使學(xué)生既知道實驗應(yīng)怎么做，也知道為什么這樣做。筆者對生物考試試卷分析發(fā)現(xiàn)，實驗細(xì)節(jié)的注重和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)胤治鐾评硎菍W(xué)生不會在考試中因大意而丟分的重要法寶。

四、培養(yǎng)學(xué)生收集和處理信息的能力

在科學(xué)領(lǐng)域中，很多成就都是科學(xué)家在預(yù)先設(shè)計的實驗中通過收集和處理“意料之外”的信息而發(fā)現(xiàn)的。但我們高中生物實驗教學(xué)中，往往存在著只對實驗最后結(jié)果的記錄，而輕視對實驗過程中間出現(xiàn)某些現(xiàn)象的記錄，重視書本結(jié)果而不重視實驗分析結(jié)果，重視對成功實驗的肯定，而不重視對實驗中的失敗查找原因等現(xiàn)象。這不利于學(xué)生實驗?zāi)芰Φ奶岣?。例如，在觀察植物有絲分裂的實驗中，不能只是找到細(xì)胞周期只各時期的細(xì)胞即可，往往還可以引導(dǎo)學(xué)生記錄處于哪個時期的細(xì)胞數(shù)目最多？為什么？在質(zhì)壁分離和復(fù)原的實驗中除了通過觀察紫色團(tuán)變化得出質(zhì)壁分離與復(fù)原的現(xiàn)象，還要引導(dǎo)學(xué)生分析紫色團(tuán)代表著什么？用洋蔥內(nèi)表皮代替實驗可否？水綿等其它植物細(xì)胞行嗎？等等。在做葉綠體中色素提取和分離實驗時，很多學(xué)生分不清實驗中色素的提取原理和分離原理是什么？但如果老師啟發(fā)學(xué)生對無水乙醇、層析液和四種色素的物理性質(zhì)進(jìn)行分析，以及了解濾紙的特性，通過分析因四種色素在濾紙上吸附能力不同，在層析液中（展開劑）溶解度不同，進(jìn)而推導(dǎo)出四種色素隨著層析液在濾紙條上的擴散速度不同，胡蘿卜素溶解度大而吸附力小，擴散速度快，葉綠素b溶解度小而吸附力大，擴散速度則慢。這樣學(xué)生對這個實驗的原理可謂了如指掌。同樣是這個實驗，某些學(xué)生可能因某種原因，導(dǎo)致實驗結(jié)果不明顯或失敗，如某些學(xué)生的實驗結(jié)果是四條色素帶部分或全部不明顯或類胡蘿卜素比葉綠素多等等。這時，老師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生通過收集和處理相關(guān)信息查找原因，如研磨時是否加了無水乙醇或者無水乙醇用量過多，是否加入石英砂或者碳酸鈣，如材料葉片的成熟度或者新鮮程度，又如劃濾液細(xì)線時是否重復(fù)次數(shù)過少或者劃線不在一條線上，再如層析時濾紙條上的濾液細(xì)線是否被層析液沒過等。

結(jié)語

綜上可見，在培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)的過程中，生物實驗教學(xué)對于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力尤其重要，從另一個角度來看，實驗教學(xué)同樣可以加強學(xué)生對學(xué)科知識的掌握及應(yīng)用能力。

參考文獻(xiàn)

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