高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀與對(duì)策

周初霞

摘要：對(duì)“第七屆全國(guó)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)說課活動(dòng)”中展示的高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)案例進(jìn)行分析，以探討目前高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，并提出基于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)落實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的相應(yīng)對(duì)策。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué) 生物學(xué)教學(xué) 核心素養(yǎng) 案例分析

中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中明確指出：“要加強(qiáng)和完善生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)”“實(shí)驗(yàn)教學(xué)是促成學(xué)生達(dá)成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要支撐”。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物學(xué)教學(xué)的重要部分，有利于完整、正確地理解生命科學(xué);有利于幫助學(xué)生確立辯證唯物主義自然觀;有利于促進(jìn)學(xué)科融合，落實(shí)STEM教育，加強(qiáng)對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段的發(fā)展促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不斷改革，使教學(xué)的效率和效果顯著提升。全國(guó)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)說課活動(dòng)的成功舉辦，為推進(jìn)我國(guó)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，提高學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，發(fā)揮了重要作用。2019年10月“第七屆全國(guó)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)說課活動(dòng)”中，來自全國(guó)不同省、市、自治區(qū)的19位高中生物教師進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)展示。展示的實(shí)驗(yàn)課題研究面較廣，涉及必修和選修模塊的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，其中必修的占68%，選修的占32%。下面對(duì)這19個(gè)實(shí)驗(yàn)案例的特點(diǎn)及存在的問題進(jìn)行分析，并提出了基于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)落實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的相應(yīng)對(duì)策。

1實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念新，立意高

教師能以新課程理念來指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，關(guān)注學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

1.1教學(xué)目標(biāo)指向生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

大多數(shù)教師在制訂教學(xué)目標(biāo)時(shí)，能從生物學(xué)生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任等學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這說明教師已轉(zhuǎn)變觀念，認(rèn)同將三維目標(biāo)的落實(shí)轉(zhuǎn)向核心素養(yǎng)目標(biāo)的全面達(dá)成，特別是在注重學(xué)生建構(gòu)核心概念，發(fā)展科學(xué)思維和科學(xué)探究的同時(shí)，也注重發(fā)展學(xué)生的社會(huì)責(zé)任。例如，借助分析耐旱植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度，關(guān)心農(nóng)業(yè)發(fā)展，嘗試用所學(xué)來解決現(xiàn)實(shí)問題;通過對(duì)蒙塵葉片的探究，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注大氣污染，樹立環(huán)保理念和綠色發(fā)展理念;課后探究減肥酵素能否用于減肥，讓學(xué)生體會(huì)利用生物學(xué)知識(shí)解決生活中問題，等等。

1.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與

教師能開展“自主、合作、探究”學(xué)習(xí)、項(xiàng)目式教學(xué)法、STEM教學(xué)等教學(xué)方式，能關(guān)注學(xué)生在活動(dòng)中生成的問題，以問題為研究的導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生思考、討論、查閱文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)方案，師生共同創(chuàng)新改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，解決問題，發(fā)展科學(xué)思維能力。

1.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)關(guān)注過程性評(píng)價(jià)

有的教師開發(fā)了實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)量表，通過學(xué)生自我評(píng)價(jià)、生生互評(píng)及教師評(píng)價(jià)來幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)自我，改進(jìn)學(xué)習(xí)方式。有的教師在實(shí)驗(yàn)探究中鼓勵(lì)學(xué)生使用電腦、手機(jī)等移動(dòng)端輔助學(xué)習(xí)，利用Excel進(jìn)行圖標(biāo)制作，錄制實(shí)驗(yàn)視頻，用PFF等形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)成果匯報(bào)等。教師通過評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的提升，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新方法多，效果優(yōu)

實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新是這次說課展示活動(dòng)的一個(gè)主要特色。教師在實(shí)驗(yàn)材料、裝置、方法、方案、技術(shù)等方面進(jìn)行了多維度的探究，創(chuàng)新方法多樣，效果優(yōu)良。

2.1材料、試劑的合理選擇

教師選取合適的、可操作的生物材料進(jìn)行研究，充分利用當(dāng)?shù)刭Y源，因陋就簡(jiǎn)地開展好實(shí)驗(yàn)教學(xué)。例如，選用當(dāng)?shù)氐娜藚⒐麃硖娲i肝研磨液;用人口腔上皮細(xì)胞替代雞血進(jìn)行DNA的提取;以活化處理的玻璃紙（水浴加熱10 min）作為半透膜;用重鉻酸鉀檢測(cè)酒精改成酒度計(jì)檢測(cè)，將定性檢測(cè)改成定量分析;蒸餾水活化酵母細(xì)胞改進(jìn)為用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的葡萄糖溶液活化以提高實(shí)驗(yàn)效率，等等。選取合適的實(shí)驗(yàn)材料，能使實(shí)驗(yàn)進(jìn)展順利，并獲得明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.2實(shí)驗(yàn)裝置、儀器的改進(jìn)

教師在先進(jìn)教學(xué)技術(shù)的運(yùn)用中表現(xiàn)出了較高的水平，智慧教育設(shè)備使用率近50%。例如，在實(shí)驗(yàn)中使用紫外分光光度計(jì)、數(shù)碼顯微鏡、手機(jī)助手投屏、紅外線光電傳感器等先進(jìn)儀器，特別是運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行定量分析，使實(shí)驗(yàn)中不可見的現(xiàn)象成為可見，把難以測(cè)定的數(shù)據(jù)變得方便測(cè)定，還能實(shí)時(shí)采集到較精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。另一方面，有的教師沒有利用最先進(jìn)的儀器，而是因地制宜地使用廢棄的物品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)，體現(xiàn)綠色環(huán)保的思想。例如，自制光譜儀觀察葉綠素、類胡蘿卜素的吸收光譜;自制瓊脂糖凝膠電泳裝置來替代二苯胺試劑鑒定DNA;酵母細(xì)胞的固定化中，將注射器改進(jìn)為小型蠕動(dòng)泵，制作凝膠珠;觀察顏色、摔打法檢測(cè)凝膠珠質(zhì)量改進(jìn)為砝碼檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，不但達(dá)到更好控制實(shí)驗(yàn)變量、容易操作、結(jié)果明顯的效果，而且將統(tǒng)計(jì)分析、建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的思想方法融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。

2.3實(shí)驗(yàn)時(shí)間的優(yōu)化

高中生物教科書上有些實(shí)驗(yàn)過程緩慢、耗時(shí)長(zhǎng)，不利于一節(jié)課來開展，在一定程度上抑制了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性。教師通過創(chuàng)新手段，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提高實(shí)驗(yàn)效率。例如，酵母細(xì)胞的固定化中，錐形瓶發(fā)酵裝置改進(jìn)為“注射器+輸液器”裝置，將發(fā)酵時(shí)間由24 h縮減至15min;探究酵母菌呼吸作用的方式中，將酵母菌懸液改為高活性酵母菌干粉，縮短反應(yīng)所需的時(shí)間，由38 min縮短至8 min。還有的教師利用“互聯(lián)網(wǎng)+”，線上與線下相結(jié)合，課前、課堂、課后相融合開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使得時(shí)間較長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)也能完成。

2.4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的拓展

有的教師將定性實(shí)驗(yàn)拓展為定量實(shí)驗(yàn)，如探究pH對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與實(shí)踐、STEM理念下酶的高效性實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新與改進(jìn)。有的教師將驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)提升為探究實(shí)驗(yàn)，如“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”。有的教師將單因子變量實(shí)驗(yàn)拓展為雙因子變量實(shí)驗(yàn)，如“探究影響光合作用的因素”，利用自制實(shí)驗(yàn)裝置探究光照強(qiáng)度、光質(zhì)、C02濃度、溫度以及葉齡等因素中的兩種因素對(duì)光合作用的影響。有的教師將不同實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合，如“PCR獲取并擴(kuò)增目的基因及電泳檢測(cè)”，將PCR實(shí)驗(yàn)與DNA電泳實(shí)驗(yàn)整合到一起，讓PCR結(jié)果的檢測(cè)更加準(zhǔn)確和直觀。有的結(jié)合教科書內(nèi)容開設(shè)新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如“用基因工程技術(shù)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”。教師適當(dāng)開設(shè)創(chuàng)新性、拓展性的實(shí)驗(yàn)課程，豐富課程資源，讓學(xué)生在建構(gòu)概念的基礎(chǔ)上，更深入掌握科學(xué)研究的方法，有利于學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

3實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題與策略分析

3.1教學(xué)目標(biāo)的定位與落實(shí)：從實(shí)驗(yàn)教學(xué)走向?qū)嶒?yàn)教育

教師展示的教學(xué)目標(biāo)不具體，空洞、高大、虛設(shè)的現(xiàn)象不在少數(shù)，特別是社會(huì)責(zé)任目標(biāo)無(wú)法在課堂上落實(shí)的現(xiàn)象比比皆是，如“致力于改善工業(yè)生產(chǎn)體系，設(shè)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)裝置”“學(xué)會(huì)運(yùn)用生物學(xué)的知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)生活問題”“傳承非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，厚植愛國(guó)情懷”。也存在實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新形式化，為了創(chuàng)新而“創(chuàng)新”的現(xiàn)象。例如，有的教師盲目拔高課標(biāo)的要求，將定性實(shí)驗(yàn)拓展為定量實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)提升為探究實(shí)驗(yàn);有的是實(shí)驗(yàn)方案的簡(jiǎn)單羅列或堆砌;有的將本來簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)得很復(fù)雜，而沒有較好地提升學(xué)生的思維力度;有的用其他版本教科書介紹的或經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)方法來替代，等等。這些現(xiàn)象造成的原因是教師脫離實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)定位，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的理解得不夠明確，不夠深入，停留在讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)操作的層面。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的要明確。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，而不是為做實(shí)驗(yàn)而做實(shí)驗(yàn)，應(yīng)從實(shí)驗(yàn)教學(xué)走向?qū)嶒?yàn)教育，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)教書育人。教師提供必要的、有代表性的事實(shí)，使學(xué)生在親歷實(shí)驗(yàn)過程中主動(dòng)構(gòu)建概念，并深入理解、內(nèi)化科學(xué)概念。同時(shí)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中逐步發(fā)展科學(xué)思維，提高科學(xué)探究能力，滲透社會(huì)責(zé)任，樹立正確的科學(xué)本質(zhì)觀。因此，教學(xué)目標(biāo)的制定要依據(jù)課標(biāo)，符合學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)際情況，以促成學(xué)生達(dá)成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。目標(biāo)要合理化、科學(xué)化、具體化，并能在課堂中有效達(dá)成，實(shí)現(xiàn)教學(xué)評(píng)的一致。

3.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的設(shè)計(jì)與開展：從淺層學(xué)習(xí)走向深度學(xué)習(xí)

展示的實(shí)驗(yàn)獲取信息多、但對(duì)信息分析少的現(xiàn)象比較普遍。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中信息的獲取很重要，但信息的分析整合更重要，因?yàn)榉治龅倪^程是一個(gè)對(duì)獲取信息的去粗取精、去偽存真的思維加工過程，是實(shí)現(xiàn)概念建構(gòu)、發(fā)展科學(xué)思維的必然途徑。教師要研究通過透徹分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生從單純做實(shí)驗(yàn)的淺層學(xué)習(xí)走向?qū)嶒?yàn)原理理解、分析的深度學(xué)習(xí)。特別是實(shí)驗(yàn)課課堂中交流匯報(bào)環(huán)節(jié)至關(guān)重要，有時(shí)甚至比實(shí)驗(yàn)本身更重要。因?yàn)闇?zhǔn)確表達(dá)觀點(diǎn)或?qū)⒂^點(diǎn)表述出來的過程、呈現(xiàn)資料的過程都可以促進(jìn)學(xué)生反省思考并建構(gòu)新的知識(shí)，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料，對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的異常問題進(jìn)行討論，甚至爭(zhēng)論，借以促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中圍繞重要概念進(jìn)行問題設(shè)計(jì)是促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的前提。提出問題、解決問題是科學(xué)研究的基本模式?！耙灾赶蚝诵母拍畹膯栴}為起點(diǎn)”是幫助學(xué)生深入理解生物學(xué)知識(shí)的一種教學(xué)設(shè)計(jì)思路。實(shí)驗(yàn)為學(xué)生更好地形成和理解重要概念提供了豐富的事實(shí)性知識(shí)和情境。實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程是學(xué)生獲取事實(shí)性的證據(jù)，圍繞問題提出自己的觀點(diǎn)，并進(jìn)行深入解釋論證，從而建構(gòu)概念的過程。教師圍繞重要概念設(shè)計(jì)問題，圍繞解決真實(shí)問題設(shè)計(jì)活動(dòng)，促使學(xué)生帶著問題在做中思、做中學(xué)、做中悟，形成對(duì)生物學(xué)概念的理解，促進(jìn)思維的發(fā)展。教師設(shè)計(jì)課堂教學(xué)問題時(shí)，應(yīng)從實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)結(jié)果出發(fā)，從對(duì)概念的理解上設(shè)置問題的答案。學(xué)生在思考、分析問題時(shí)，不斷回顧實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)結(jié)果形成的條件，有助于深入理解概念，從而更有效地幫助實(shí)現(xiàn)從淺層學(xué)習(xí)走向深度學(xué)習(xí)。

3.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)的落實(shí)：從感性評(píng)價(jià)走向精準(zhǔn)評(píng)價(jià)

展示的實(shí)驗(yàn)教學(xué)重基于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的終結(jié)性評(píng)價(jià)而輕形成性評(píng)價(jià)的現(xiàn)象較為突出，甚至有的教師沒有評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)。少數(shù)教師開發(fā)了評(píng)價(jià)量表，但評(píng)價(jià)量表的評(píng)價(jià)也是基于師生的感性評(píng)價(jià)，缺乏科學(xué)的、精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)，且著重是對(duì)知識(shí)與技能的評(píng)價(jià)，而不是素養(yǎng)的評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)沒有考慮教、學(xué)、評(píng)的一致，這也是導(dǎo)致教師盲目提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的根本原因。

精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)能幫助教師轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念。認(rèn)同“講了，不等于學(xué)了”“學(xué)了，不等于學(xué)會(huì)了”的教學(xué)觀念，也是促進(jìn)學(xué)生反思學(xué)習(xí)的重要途徑。沒有反思的學(xué)習(xí)是淺表的學(xué)習(xí)。反思學(xué)習(xí)不僅是學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)、技能內(nèi)化成為關(guān)鍵能力、必備品格與價(jià)值觀念的必經(jīng)之路，也是形成自己的元認(rèn)知、心智習(xí)慣、成長(zhǎng)型思維的唯一路徑。

研究基于人工智能達(dá)成精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)。充分利用智能設(shè)備，增強(qiáng)課堂學(xué)習(xí)的交互性、合作性與探究性，記錄過程數(shù)據(jù)，特別是對(duì)素養(yǎng)的評(píng)價(jià)，單靠紙筆評(píng)價(jià)是不完整的。大數(shù)據(jù)技術(shù)在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)的量化分析，使得實(shí)驗(yàn)成效評(píng)估更精準(zhǔn)、科學(xué)。教師借助大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的跟蹤與記錄、處理與分析，從而確保評(píng)價(jià)的真實(shí)與全面。研究信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合，建立線上線下混合學(xué)習(xí)的智能系統(tǒng)，使得教學(xué)從原來線性的資源支持轉(zhuǎn)向豐富的情境建構(gòu)，從單向的師生交互轉(zhuǎn)向多向的單元協(xié)作探究，從接收信息的載體轉(zhuǎn)向收集學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的工具，從一次性教學(xué)流程轉(zhuǎn)向個(gè)性化的教學(xué)評(píng)一致。同時(shí)，通過智能技術(shù)與課堂教學(xué)的深度融合，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的充足時(shí)間，真正把學(xué)科核心素養(yǎng)落在課堂教學(xué)中。