巧設(shè)高中生物學(xué)實驗 發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)

（廣州市天河中學(xué) 廣東廣州 510630）

實驗教學(xué)是高中生物學(xué)十分重要的一部分。教師在實驗教學(xué)過程中，要引導(dǎo)學(xué)生正確地進行實驗操作，細(xì)致地觀察實驗現(xiàn)象，記錄、分析實驗結(jié)果，總結(jié)實驗結(jié)論。不過，有些學(xué)生雖然進行了實驗操作，在隨后的練習(xí)或檢測中，并不能很好地進行知識遷移，或其形成的知識體系漏洞百出。所以，如何更深入地進行實驗教學(xué)，幫助學(xué)生理解實驗知識，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究能力？教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生深層次的進行學(xué)習(xí)，如思考開展這個實驗、實驗采取這種方操作、出現(xiàn)這樣的實驗現(xiàn)象的原因。學(xué)生通過深度的學(xué)習(xí)和剖析，理解實驗現(xiàn)象背后的科學(xué)原理，從而領(lǐng)悟知識、提升能力。

在高中生物學(xué)的實驗教學(xué)中，筆者嘗試巧設(shè)實驗教學(xué)來引導(dǎo)學(xué)生深度思考和培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。以培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究思維作為關(guān)鍵點，通過課前預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)、課堂科學(xué)探究、課后延伸拓展的教學(xué)策略，貫穿觀察現(xiàn)象、提出假說、實驗設(shè)計、實施討論、質(zhì)疑創(chuàng)新等各種活動，切實地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，從而提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 課前預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)，引導(dǎo)觀察、思考和提出假說

教師需引導(dǎo)學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象并思考現(xiàn)象后的科學(xué)本質(zhì)，提出解釋的假說，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。在高中生物學(xué)必修模塊中，教師可應(yīng)用好教材，選擇豐富生物學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)知識和背景材料，采用新的方法設(shè)計實驗；也可將實驗在課前用微課的形式在線上展示，引導(dǎo)學(xué)生觀察，并結(jié)合將要講述的課本內(nèi)容進行預(yù)習(xí)和思考。這樣，學(xué)生有了直觀的認(rèn)識，激發(fā)了學(xué)習(xí)的好奇心，將更有動力地尋找實驗現(xiàn)象后的科學(xué)本質(zhì)和原理。

例如，必修一模塊第二章第2節(jié)“細(xì)胞中的無機物水”內(nèi)容涉及無機鹽是細(xì)胞中含量很少的無機物。學(xué)生會產(chǎn)生疑問：它們在細(xì)胞中有什么作用？聯(lián)系學(xué)生日常生活中喜歡飲用各種飲料的現(xiàn)象，教師用礦物質(zhì)飲用水設(shè)計一個小實驗，組織興趣小組的學(xué)生在課前預(yù)先進行實驗探究，然后把實驗過程拍攝下來，從而使學(xué)生能夠更好地理解無機鹽對細(xì)胞的作用。

小實驗設(shè)計的內(nèi)容：解剖生理狀況基本相同的2只青蛙，取青蛙心臟，設(shè)為對照組和實驗組，分別放于適量蒸餾水和等量礦物質(zhì)飲用水的培養(yǎng)皿中；觀察其蛙心維持跳動，及記錄蛙心跳動的時間。在30 mL蒸餾水中，青蛙心臟跳動了約13 min；在30 mL礦物質(zhì)飲用水中，則跳動了約22 min。

課前，教師在線上發(fā)送實驗小視頻，要求學(xué)生觀看，并請學(xué)生結(jié)合課本知識，思考實驗結(jié)果的原因，提出自己的觀點。上課時，教師提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么蛙心在礦物質(zhì)飲用水中跳動時間更長？這說明了無機鹽對細(xì)胞生命活動具有什么作用？學(xué)生在課堂上分組討論，由興趣小組學(xué)生代表進行解答。學(xué)生經(jīng)過分析，建立了“無機鹽對于維持細(xì)胞的生命活動使必不可少的”的觀點。這樣，經(jīng)過學(xué)生自主探討建立的知識能使學(xué)生更深入地理解知識。接著，教師引入當(dāng)缺乏無機鹽時，人體會導(dǎo)致的癥狀，如鈣鹽太低，人體會出現(xiàn)抽搐等例子；并引導(dǎo)學(xué)生分析生活中各種飲料產(chǎn)品的成分。

這樣，教師在課前預(yù)先將課本抽象的文字轉(zhuǎn)化為直觀的實驗現(xiàn)象，并與學(xué)生的日常生活相聯(lián)系，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)。學(xué)生不單記住了是什么，并且還主動探究、加深理解了為什么，從而形成善于觀察身邊問題現(xiàn)象、思考和分析原因、形成解釋觀點的科學(xué)探究初步能力，并建立物質(zhì)觀和健康觀。

2 課堂科學(xué)探究，培養(yǎng)設(shè)計、實施和交流能力

高中生物學(xué)實驗教學(xué)是課堂教學(xué)的重要內(nèi)容，除了實驗實操課外，還有科學(xué)發(fā)展史的學(xué)習(xí)和演示實驗的學(xué)習(xí)。而生物學(xué)教科書中的演示實驗所需的實驗時間可能較長，往往在課堂有限的時間不能完全實施實驗的整個過程并呈現(xiàn)結(jié)果。教師可以組織興趣小組學(xué)生在課外設(shè)計和實施這些實驗，做好實驗過程和實驗結(jié)果的觀察和記錄。在課堂上，由學(xué)生代表表述該實驗探究過程的表述，教師引導(dǎo)其他學(xué)生進行科學(xué)探究、討論和交流。這樣既讓部分學(xué)生在親身參與的探究實驗活動中不斷提升能力，也讓觀摩的學(xué)生從實驗展示案例中受到啟迪。

例如，在選擇性必修1的“植物生長素的兩重性”中，教師組織興趣小組的學(xué)生設(shè)計實驗理解證明生長素的兩重性，即低濃度促進生長，高濃度抑制生長。

教師向生物興趣小組的學(xué)生說明實驗探究的原理和目的，引導(dǎo)學(xué)生分析對照組和實驗組，設(shè)計實驗。學(xué)生上網(wǎng)搜尋實驗材料和實驗試劑，做好實驗準(zhǔn)備；課后實施該實驗，并拍攝實驗視頻和記錄實驗數(shù)據(jù)。將生理狀況基本相同的天竺葵枝條分別置于100 mL的蒸餾水、低濃度生長素溶液和高濃度生長素溶液中，記錄扦插枝條生根數(shù)或生根長度。低濃度生長素溶液中的生根條數(shù)最多，其次蒸餾水，高濃度生長素溶液的生根狀況最差。

教學(xué)時，興趣小組派代表講述科學(xué)探究的過程。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：三種溶液中扦插枝條生根狀況與生長素濃度的關(guān)系什么？高濃度的生長素溶液的扦插枝條的生根條數(shù)為什么最少？如何以坐標(biāo)曲線的方式直觀展示這一實驗結(jié)果？學(xué)生分組討論，結(jié)合教科書自主學(xué)習(xí)，從而理解和掌握植物生長素兩重性作用的知識要點。教師繼續(xù)例舉生活中其他體現(xiàn)植物生長素兩重性的例子，如頂端優(yōu)勢現(xiàn)象、根的向地性和莖的背地性等例子，引導(dǎo)學(xué)生分析，幫助學(xué)生靈活運用學(xué)到的知識要點，使學(xué)生達到知識遷移、深入理解的學(xué)習(xí)。

這樣，學(xué)生通過對實驗的探究和討論，深入理解知識要點，同時也在一定程度上鍛煉了科學(xué)探究能力和基于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維的表述。并且，因為學(xué)生代表表述的思維能更貼近學(xué)生的思維水平，可以起到帶頭作用，也更容易啟發(fā)其他學(xué)生對知識點理解，提高了課堂實驗教學(xué)的有效性。

3 課后延伸拓展，生成自發(fā)、質(zhì)疑和創(chuàng)新實力

前面兩步的培養(yǎng)使學(xué)生具有了一定的科學(xué)探究能力，教師要對學(xué)生繼續(xù)引導(dǎo)。例如，針對學(xué)科某個知識點，教師繼續(xù)提出疑問或進行拓展，讓學(xué)生自主地分析問題，討論解決問題的思路和方法，設(shè)計解決問題的方案。然后，學(xué)生討論并實施，再根據(jù)實驗結(jié)果，進行分享和交流、質(zhì)疑和創(chuàng)新，探索更優(yōu)的方案。教師如此延伸、拓展實驗，最終使學(xué)生生成自發(fā)、質(zhì)疑和創(chuàng)新的科學(xué)探究能力。

例如，必修一第六章第1節(jié)“細(xì)胞增殖”中學(xué)習(xí)有絲分裂知識點后，教師提出疑問：細(xì)胞的有絲分裂過程如果受到外界因素的干擾，對細(xì)胞分裂有影響嗎？長期的手機輻射會不會影響細(xì)胞分裂呢？為了解答這個疑問，教師引導(dǎo)學(xué)生課后設(shè)計實驗來證明。

教師引導(dǎo)探究小組的學(xué)生思考，課后獨立地把實驗方案寫出來。學(xué)生展示彼此設(shè)計的實驗方案，相互評價方案的科學(xué)性和可行性，教師指出方案不當(dāng)之處，學(xué)生進行修正、完善實驗設(shè)計方案。學(xué)生在課后時間進行實驗探究“手機輻射對洋蔥根尖細(xì)胞有絲分裂的影響”：培養(yǎng)洋蔥若干個，在適宜的溫度下培養(yǎng)備用，選取生理狀況基本相同的洋蔥，分為對照組（空白）、手機待機組、手機上網(wǎng)組3組實驗，每組約2個洋蔥。采取不同的手機輻射程度（等量的時間處理，處理3 d、7 d、10 d）；記錄、計算每組洋蔥的根的數(shù)量和長度的平均值；觀察每組洋蔥根尖分生區(qū)細(xì)胞的有絲分裂中期的圖像。實驗結(jié)果顯示手機輻射在一定程度上影響了根尖細(xì)胞的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。手機待機組和上網(wǎng)組的細(xì)胞與正常細(xì)胞形態(tài)有一定的異常變化。另外，從3組根的數(shù)量和長度的數(shù)據(jù)曲線來看，手機輻射組的根生長明顯減慢，尤其是手機上網(wǎng)組的生長速度更緩慢，根的長度和數(shù)量平均最最低。教師引導(dǎo)探究小組學(xué)生分析實驗結(jié)果，討論得出結(jié)論，及整理撰寫實驗報告。

課堂上，探究小組將實驗過程在線上課堂呈現(xiàn)。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：這個實驗的結(jié)果真實嗎？實驗過程是否有失誤之處？有無更好的實驗方案？從而培養(yǎng)學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)真實性的質(zhì)疑辨析能力，及對實驗的一定的改進、創(chuàng)新能力。學(xué)生可在線上評價區(qū)進行討論和交流。教師引導(dǎo)學(xué)生進一步思考：如果手機輻射對洋蔥根尖細(xì)胞的細(xì)胞分裂有影響。那么，手機輻射對人體細(xì)胞的細(xì)胞分裂有影響嗎？這樣可以引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注身體健康和培養(yǎng)健康的生活方式，應(yīng)有控制性、適度地使用手機，從而建立正確的生命健康觀念。

經(jīng)過拓展、實踐和提升，學(xué)生逐漸掌握了科學(xué)探究的方法和生成了科學(xué)探究的實力，也在一定程度上培養(yǎng)了科學(xué)探究精神和素養(yǎng)。當(dāng)再次碰到科學(xué)疑問時，學(xué)生能獨立地嘗試設(shè)計實驗方案進行驗證，從而切實地培養(yǎng)科學(xué)探究能力，能根據(jù)實際問題去設(shè)計相關(guān)的實驗或?qū)嵺`活動進行有效地探索和解決。

4 巧設(shè)實驗教學(xué)，落實核心素養(yǎng)

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包含培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任4個方面。學(xué)生的學(xué)習(xí)不再是簡單識記課本上某個知識點，而是需要能更深層次地理解和運用這個知識點。這樣既需培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究，也需培養(yǎng)學(xué)生個人人生觀、價值觀的養(yǎng)成，及對社會、國家關(guān)注的情感和責(zé)任的生成。

在上述的實驗教學(xué)過程中，教師通過課前預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)、課堂科學(xué)探究和課后延伸拓展的教學(xué)策略，使學(xué)生的科學(xué)探究能力要素如發(fā)現(xiàn)問題、提出假說、設(shè)計實驗、實驗實施、討論與交流，以及情意要素如團隊合作、好奇心和求知欲、勇于質(zhì)疑和創(chuàng)新等方面均得到一定的鍛煉和提高。并且，在教學(xué)過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生善于觀察、發(fā)現(xiàn)問題、獨立思考和分析問題，有利于學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)縝密的科學(xué)思維；引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，科學(xué)評價，并用科學(xué)理念去驗證其正確性，有利于學(xué)生形成主動探索、積極進取的科學(xué)探究精神。此外，在實驗實踐過程中，學(xué)生體驗了實驗探究的樂趣，有成功的成就感，也有失敗的挫折感，有利于幫助形成健康正確的生命觀念；促進質(zhì)疑和創(chuàng)新，養(yǎng)成堅強和勇敢的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度，并對形成其社會國家責(zé)任擔(dān)當(dāng)有積極意義。