高中生物学探究技能中核心素养的培养

刘东杰

(福建省福州市第三中学 350003)

高中生物学教学中有不少实验探究的内容，虽然学生在实验课上能完成课程要求的实验，但发现有不少学生在面对一个简单的课外科技实验探究活动时，则显得无从下手。这说明，仅有科学探究的方法和理论知识而缺乏探究技能，是难以开展科学探究活动的。要顺利开展科学探究活动，必需具备科学探究所需的各项技能，科学探究的技能主要包括观察、设计、分析、交流和创新等[1]。高中生物学教学的许多环节，如实验课、校本课程、研究性学习和课外科技兴趣活动以及生物学类社团活动等，都可以有针对性地培养学生学会如下科学探究技能。

1 学会观察

观察是用人体感觉器官或者使用仪器设备，对自然现象或人为实验现象进行观测，以获取相关信息的过程。观察是学生了解自然、认识自然，进而研究自然的第一步。培养学生学会观察可从几个环节进行。

1.1 学会使用观察工具 观察的工具有显微镜、放大镜、望远镜和各种传感器等。

例如，“用高倍显微镜观察几种细胞”“观察叶绿体和线粒体”“观察DNA和RNA在细胞中的分布”等，在这些实验中显微镜是主要的微观观察工具。许多学生虽然在初中使用过显微镜，但是到高中时还是难以熟练掌握使用方法。在第一节实验课，就要让学生学会显微镜的使用。教学内容包括显微镜的各部分组成和作用、显微镜使用的基本步骤、如何选择适合显微观察的材料和如何制作装片标本等。在研究酵母菌的细胞呼吸时，可以利用二氧化碳传感器，实时测定溶液中的二氧化碳浓度，直观地反映细胞呼吸的强度。

1.2 学会选择观察时机 观察时机不同，观察结果也会不同。要准确抓住时机才能取得良好的观察效果。

例如，观察紫色洋葱外表皮细胞，在硝酸钾溶液中的吸水和失水的实验中，如果没有及时观察装片中的现象，可能就看不到质壁分离现象。因为洋葱外表皮细胞在硝酸钾溶液中发生质壁分离后会很快地自动复原。再如观察植物根尖细胞有丝分裂时，大蒜根尖细胞有丝分裂活跃的具体时间可能随材料、地点和季节的不同而不同。要选细胞分裂活跃的时间进行固定，才能较好地观察到细胞有丝分裂过程染色体的变化。

1.3 学会选择观察材料 只有正确选择观察材料才能达到观察目的。

例如，观察DNA和RNA在细胞中的分布，需要选择的细胞中需含有DNA和RNA又不能有颜色干扰，可以选择洋葱内表皮、口腔上皮细胞等，哺乳动物成熟的红细胞，紫色洋葱外表皮则不适合；观察细胞的减数分裂，宜选择动物的精巢或者植物的未成熟花药，是因为这些材料发生减数分裂的细胞多；观察生物的遗传特点，宜选择果蝇、豌豆等作为遗传材料进行实验，因为它们繁殖周期短、容易饲养栽培、相对性状易于区分。

1.4 学会选择观测指标 无论是观察实验还是探究实验，都有需要观察的内容指标。

例如，观察培养液中酵母菌的数量变化时，要计算的是血细胞计数板计数区中格中染成蓝色的活酵母数量，不能把没染色的死酵母计算在内，因为死酵母已不属于生物了；探究胰岛素对小鼠血糖浓度的影响时，先要检测对照组和实验组小鼠注射胰岛素前的血糖浓度，再检测注射一段时间后的血糖浓度(若不测注射前的血糖浓度，就难以判断胰岛素的作用)。

2 学会设计

严格来讲，高中阶段的学生所进行的生物学实验大多是“菜单式实验”或者是“模仿式实验”，即按照给定的实验材料、步骤和仪器，在教师的演示下进行的。没有多少实验或步骤是学生自己设计的。这样的实验对于培养学生的动手能力无疑是有帮助的。但是，教师在实验教学中还应当结合所学的知识，注意培养学生的自主设计实验的能力。教师在教学中可以组织学生进行实验方案设计的练习，以熟悉实验设计的各项规范要求，从理论上提高实验设计的水平。

例如，“证明兴奋在神经纤维上双向传导”“探究甲状腺激素对小鼠代谢的影响”“探究外来物种对生态系统多样性的影响”等，都可以让学生进行设计。在准备让学生做探究实验时，还可以事先布置学生设计实验方案，再动手实验，把设计环节交还给学生。例如，“探究温度对酶活性的影响”实验，就可以让学生自行设计实验，选择不同的温度、酶、作用时间和检测试剂等。这样的实验可以激发学生的积极性，有利于科学探究能力的培养。

3 学会交流

运用语言、文字、图片和视频等方式，准确阐述研究的目的、实验的过程、结果和结论，或倾听或质疑或探讨，通过分析对比，做出自己的判断，可使学生更好地掌握科学知识、启迪思维，提高科学探究能力。

例如，“探究幼苗生长的向光性”“生长素类似物对枝条生根的作用”“果蝇的杂交实验”“探究赤霉素对铁树种子的萌发的影响”“细胞亚显微结构模型的制作”等实验后，组织学生召开专题答辩会，由学生个人或研究小组撰写探究小论文、制作PPT演示件、展示研究成果来汇报自己的研究项目，教师或学生负责提问和评价。在联系现实生活的“科学、技术和社会”教学活动中，有许多教学内容需要学生自己去查找资料学习，例如，“基因工程的新进展”“杂交水稻的研究”“克隆技术的研究及其伦理问题”等。学生在查找相关资料和随后进行的汇报交流及辩论过程中，能够了解生物学技术的新进展和在社会发展中的巨大作用，促使自己关注社会生产和生活，为他们进一步的学习和步入社会做准备。这样的交流，充满了思维的碰撞，可很好地锻炼语言的组织和表达能力。

4 学会创新

创新意味着能够以新的思维、新的角度和新的方法来探究和解决问题。要鼓励学生不要墨守成规、迷信权威，要勇于探索，提出自己的见解，实践自己的想法。对于中学生来说，创新可以是整体的，也可以是局部的，这需要更强的科学探究能力和综合素养[2]。

例如，在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，多以菠菜为材料提取叶片光合色素，滤纸上显示出“橙黄色-黄色-蓝绿色-黄绿色”4条色素带，对应“胡萝卜素-叶黄素-叶绿素a-叶绿素b”。但自然界中不同季节、不同植物的叶片颜色不同，能不能让学生去探究不同颜色叶片含有哪些色素、色素都有哪些理化性质呢？在生物学校本课程教学中，让学生自主探究，分离和提取不同颜色叶片的色素。在学生已经掌握的菠菜叶片色素提取和分离方法的基础上，让学生集思广益，设计实验的思路，然后展开实验。学生收集了不同颜色的叶片或花瓣，然后模仿所学实验进行分离和提取。实验中发现，从苋菜叶片提取的滤液中有紫红色的色素，但是在滤纸条上没分离出。经过查找资料和讨论，学生提出用清水作为层析液，终于分离出了水溶性紫红色的苋菜红素，并且验证了光合色素不溶于清水的特点，这就是实验方法的局部创新实例。