高中生物研究型實(shí)驗(yàn)的開發(fā)及完善

杜靜

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》明確指出：生物學(xué)課程要求學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過程，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)和發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習(xí)得生物學(xué)知識(shí)，養(yǎng)成理性思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，發(fā)展終身學(xué)習(xí)及創(chuàng)新實(shí)踐的能力。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不同，研究型實(shí)驗(yàn)偏向以學(xué)生為主體，通過實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)流程的完整參與以及問題的自主解決，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)轉(zhuǎn)化和問題探究能力，啟蒙學(xué)生研究興趣并增加學(xué)生的創(chuàng)新欲望。

微生物發(fā)酵是高中生物選修中的教學(xué)內(nèi)容，其中泡菜制作、亞硝酸鹽含量檢測(cè)側(cè)重于動(dòng)手實(shí)踐，需要學(xué)生通過親自操作深入掌握課本知識(shí)。但現(xiàn)階段教師對(duì)實(shí)驗(yàn)投入時(shí)間和精力有限；實(shí)驗(yàn)形式單一，主要為觀察、鑒別和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；教學(xué)方式局限于教師課前準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，課上講解實(shí)驗(yàn)步驟，巡視指導(dǎo)；由于學(xué)時(shí)限制，一般會(huì)選擇開設(shè)部分實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分散且連貫性差，學(xué)生不能連續(xù)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，無(wú)法很好地理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮托枰鉀Q的問題，難以培養(yǎng)獨(dú)立思考和解決問題的能力。針對(duì)上述問題，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)項(xiàng)目、授課模式等方面改進(jìn)，本研究實(shí)驗(yàn)從前期資料查找、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)操作、問題解決、分析總結(jié)等都需要學(xué)生自主完成，讓學(xué)生最大限度地去經(jīng)歷完整的實(shí)驗(yàn)過程，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的形成。

開發(fā)綜合型研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

與傳統(tǒng)教學(xué)模式的被動(dòng)性和不連續(xù)性不同，研究型實(shí)驗(yàn)更注重學(xué)生自主思考意識(shí)和動(dòng)手能力的培養(yǎng)。本實(shí)驗(yàn)作為一個(gè)完整的研究項(xiàng)目，學(xué)生全程參與完成項(xiàng)目流程，將傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)、微生物培養(yǎng)、分離與計(jì)數(shù)、種群數(shù)量變化等優(yōu)化整合，把單一、獨(dú)立、不連貫的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容整合，開發(fā)綜合型、連貫性的研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)開始前，通過實(shí)驗(yàn)流程圖，使學(xué)生了解各實(shí)驗(yàn)間的聯(lián)系和設(shè)計(jì)依據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行文獻(xiàn)資料查閱，實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)相扣，上個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是下個(gè)實(shí)驗(yàn)的材料。學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)總體流程后，就會(huì)明白各實(shí)驗(yàn)的目的和意義，積極思考如何得到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，增強(qiáng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性和能動(dòng)性。

實(shí)驗(yàn)流程圖使學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)原理和流程有了整體認(rèn)識(shí)，為后續(xù)各實(shí)驗(yàn)方案的制定和操作奠定基礎(chǔ)。學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮螅茚槍?duì)性地解決遇到的問題，更好地調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)中的思考，和發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的實(shí)際訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛧?yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神，提高學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)。

采用“互聯(lián)網(wǎng)+實(shí)驗(yàn)”教學(xué)授課模式

受課時(shí)限制，一些耗時(shí)較長(zhǎng)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)如泡菜發(fā)酵、菌株篩選等，都不可能在某個(gè)教學(xué)周或課堂中集中完成，需要合理安排分期進(jìn)行。選取生物校本選修課，結(jié)合學(xué)校長(zhǎng)短課，學(xué)生在一學(xué)期的校本選修課中完成整個(gè)研究型實(shí)驗(yàn)。具體安排如下。

理論教學(xué) 學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前，教師對(duì)研究型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行講解，使學(xué)生了解相關(guān)理論知識(shí)，并引導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行獨(dú)立思考和提出問題。本實(shí)驗(yàn)第一節(jié)課以探究性學(xué)習(xí)的教學(xué)模式帶領(lǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程圖，讓學(xué)生把理論知識(shí)與實(shí)際研究有機(jī)結(jié)合。

實(shí)驗(yàn)技能培訓(xùn) 進(jìn)行基本實(shí)驗(yàn)技能培訓(xùn)，使學(xué)生掌握微生物培養(yǎng)、基因工程操作技術(shù)，避免學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能操作不規(guī)范或操作不當(dāng)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不正確。

“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，改革教學(xué)手段 為解決課時(shí)不足、學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作不熟練等問題，采取如下措施：一是通過錄制短視頻的方式制作實(shí)驗(yàn)微課，并在微課發(fā)布后要求學(xué)生就其相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)、思考、小組討論，方便學(xué)生反復(fù)觀看，加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作流程的印象。二是提供微信公眾號(hào)（如生物勘探、解旋酶等）和生命科學(xué)論壇（如生物谷、丁香園等），讓學(xué)生了解基因工程前沿知識(shí)。三是微信群推送NCBI鏈接，指導(dǎo)學(xué)生在網(wǎng)上進(jìn)行引物設(shè)計(jì)和序列比對(duì)等?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和操作技能的掌握，促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和解決問題能力的提升，提高了教學(xué)效果。

研究型實(shí)驗(yàn)的不足與完善

由于研究型實(shí)驗(yàn)開設(shè)時(shí)間短，尚處于起步階段，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)不足，因此在實(shí)踐過程中還存在著一些問題。第一，實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì)以教師為主，而非學(xué)生自己思考設(shè)計(jì)，若結(jié)合學(xué)生現(xiàn)階段知識(shí)儲(chǔ)備和能力，將一部分實(shí)驗(yàn)方案交由學(xué)生制定則能更好地鍛煉其思考能力，加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解。第二，受限于理論知識(shí)的理解，學(xué)生在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)過程中仍存在不能完全理解實(shí)驗(yàn)原理和目的、為了實(shí)驗(yàn)而做實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。第三，雖然錄制了實(shí)驗(yàn)微課，但由于基因工程實(shí)驗(yàn)具有操作嚴(yán)格、各試劑加入量精確等特點(diǎn)，學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能相對(duì)欠缺，因此需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行基本技能的強(qiáng)化培訓(xùn)：移液器的正確使用、試劑的配制、正確加入方法和順序及材料的高溫滅菌等。第四，歷經(jīng)一學(xué)期，選擇校本選修班的學(xué)生為研究對(duì)象完成了整個(gè)研究型實(shí)驗(yàn)，但如何在全年級(jí)學(xué)生中開展，在常規(guī)教學(xué)內(nèi)容安排、教學(xué)時(shí)間調(diào)整、實(shí)驗(yàn)室開放等方面仍是值得探索的課題。

總之，通過設(shè)計(jì)目標(biāo)明確的研究型實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主導(dǎo)的自主學(xué)習(xí)，學(xué)生為完成目的明確的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容而自主開展實(shí)驗(yàn)，對(duì)微生物培養(yǎng)、基因工程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作的深入了解，有助于學(xué)生對(duì)基本理論知識(shí)的理解，促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立思考和自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)。

（作者單位：？首都師范大學(xué)附屬育新學(xué)校）