例谈高中生物教学中如何发展学生生物学核心素养

李鹏飞

要达成“立德树人”的教育目标，发展学生的“核心素养”是关键举措。“核心素养”以培养“全面发展的人”为核心，注重发展学生的科学精神、学会学习、实践创新等方面的能力，培养有人文底蕴、能健康生活、有责任担当的能终身发展的现代公民。

“核心素养”是跨学科素养，生物学作为自然科学中的一门基础学科，不仅有本学科结论丰富的知识体系，也是医学、药学、農业工程、环境保护、城市规划和建设及其他有关的科学基础，同时包括了人类认识自然现象和规律的一些特有的思维方式和探究过程。因此，在培养和发展学生的“核心素养”中，生物学科也有着丰富的内涵。

1 生物学核心素养的具体内涵

1.1 生命观念

培养学生生物体的结构和功能相适应的观点，行使相应的功能必须有对应的结构；具有物质和能量观，明白吸能反应和放能反应是伴随着ATP的水解和ATP的合成进行的，生态系统中物质是能量流动的渠道，能量是物质循环的动力；具有进化的观点，适者生存不适者被淘汰，进化是适应环境的表现，理解进化的本质；具有稳态与平衡观，个体和环境都通过反馈调节实现稳态。

1.2 理性思维

理性思维是一种建立在证据和逻辑推理基础上的思维，理性思维的类型有比较与分类、分析与综合、归纳与演绎、抽象与概括、建立模型、批判性思维等。培养学生在有关生物学的问题情境中，基于事实和证据，利用相关的生物学原理，通过逻辑推理予以阐述。

1.3 科学探究

在科学探究过程中学习生物学知识、发展理性思维、培养科学态度，是一种综合能力的发展。科学探究的过程包括根据现象提出问题、对问题作出假设、制订探究方案（或探究实验）、实施方案（或实施实验）、获取结果（实验现象或数据）、得出结论、表达和交流以及进一步探究。在此过程中，教师可以培养学生的观察能力、提出问题能力、获取信息能力（如查阅资料能力）、实验设计能力、理性思维能力、实验动手能力、团队合作能力、表达和交流能力等。

1.4 社会责任

生物科技的迅速发展，使得高新技术越来越多地进入人们的生活中，如试管婴儿、克隆技术、转基因技术、植物组织培养等。科学是一把双面剑，高新技术的兴起，一方面在医疗、卫生、农业、环境保护等诸多方面提高生产力，让人们的生活和社会越来越美好；而另一方面也带来不少隐忧，诸如转基因食品是否安全、设计试管婴儿严重冲击人类道德底线、基因身份证会否引起新的社会歧视等。因此，教师应培养学生正确的认知观，辨别迷信和伪科学；积极主动地参与社会讨论中的生物学议题，并作出理性的判断和解释；能主动向他人宣传健康生活、关爱生命和保护环境等相关知识。

2 发展学生生物学核心素养的途径

2.1 实验教学是培养学生生物学核心素养的重要途径

生物学是一门以实验为基础的学科，高中生物学教材中也有很多探究性实验和验证性实验。教师可以通过实验让学生深入理解相关知识，同时发展学生的理性思维和探究能力。

如，探究外界溶液浓度与植物细胞发生质壁分离的关系。本实验中，教师除了让学生观察到植物细胞发生质壁分离和质壁分离复原的现象外，还可从以下几个方面进行教学设计，发展学生的生物学素养。

2.1.1 在实验材料的选取上展开讨论

实验结束后，教师提出以下问题供学生讨论：

① 本实验为什么选用紫色洋葱鳞片叶外表皮？内表皮可否？

② 利用洋葱还可以做哪些高中生物学实验？

答案：① 紫色洋葱鳞片叶外表皮为成熟植物细胞，细胞有紫色大液泡，便于观察。内表皮没有色素，不便于观察，故不可行。

② 洋葱鳞片叶内表皮可用于“观察DNA和RNA在细胞中的分布”，培养洋葱根尖可用于“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”和“低温诱导植物染色体数目的变化”，洋葱管状叶可用于“提取和分离绿叶中的色素”。

2.1.2 重视对实验设计的分析，引导学生开展科学探究

实验设计是在充分理解实验原理的基础上，在保证安全的前提下，结合现有的材料用具，科学地综合性地设计出实验流程和预期实验结果。对教师中已经给出的实验设计，学生可先按照教材实验操作，并观察记录实验结果，然后尝试对实验进行调整和改进。如本实验中，教师可引导学生进一步思考：

① 能否用藓类小叶做此实验（图1）？

② 若可行，则在显微镜下观察到A、B处颜色分别是什么？

③ 若在滴入的蔗糖溶液（0.3 g/mL）中加有伊红（植物细胞不吸收的红色染料），则在显微镜下观察到A、B处颜色分别是什么？

④ 能否先做质壁分离复原实验，再做质壁分离实验？为什么？

答案：① 能 ②无色 绿色 ③ 红色 绿色 ④ 否 没有质壁分离，就没有后续的质壁分离复原，此两步骤具有时间的先后和逻辑的因果关系。

2.1.3 围绕实验结果开展进一步讨论，培养学生的发散思维

人们把引起50%左右的细胞发生初始质壁分离的浓度称为等渗浓度。通过实验，可以测出洋葱鳞片叶外表皮的等渗浓度。在此基础上，教师可提出如下问题，供学生思考讨论：

（1） 为什么是50%左右的细胞，而不是100%？

（2） 为什么不是所有的细胞同时发生质壁分离，而有先后之分？洋葱的其他部位发生质壁分离的等渗浓度也是该数值吗？其他植物呢？

（3） 还可更精确的测出等渗浓度吗？

答案：（1） 100%的细胞发生质壁分离，说明蔗糖溶液浓度明显高于细胞液浓度；没有细胞发生质壁分离，说明细胞处于吸水状态，蔗糖溶液浓度明显低于细胞液浓度；所以50%左右的细胞发生初始质壁分离的浓度称为等渗浓度

（2） 不同的细胞代谢状况不同，细胞液浓度不同，渗透压不同。不是。不是。

（3） 可以，进行进一步实验，在本实验等渗浓度附近设置蔗糖浓度梯度更小的实验组。

评析：教科书中的实验通常有明确的实验原理、确定的实验材料和实验步骤。实验中，学生往往会不假思索，按部就班地进行操作，得到预期结果便算完成了任务，虽一定程度锻炼了实验动手能力，但忽略了发散思维、理性思维和探究精神的培养。本例实验中的问题设置，是围绕培养学生核心素养的要求制订的。问题设置体现了“生命观念”的要素，指向结构与功能相适应的观点，同时发展了学生的发散思维，反映了“理性思维”的要素。

2.2 探究性学习是发展学生核心素养的关键举措

在日常教学中，探究性学习一点一滴地渗透开展，能很好地培养学生的科学探究意识、创新能力、实验设计能力、实践动手能力和团队合作能力以及表达交流等方面的能力。

如，探究温度对酶活性的影响。在实施本实验之前，教师可和学生一起探究如下问题：

（1） 本实验自变量、因变量、无关变量分别是什么？

（2） 有如下实验步骤：

① 取3支试管，编号1、2、3并各注入2 mL淀粉溶液；

② 另取3支试管，编号A、B、C并向各试管注入1 mL淀粉酶溶液；

③ 向各试管滴入1滴碘液；

④ 将3支试管分别放在冰块、37℃水和沸水中维持温度5 min；

⑤ 观察实验现象；

⑥ 将A、B、C试管溶液分别加入1、2、3试管中混合。

以上实验步骤最合理的顺序应为（ ）

A. ①④→②→⑥④→③→⑤

B. ①②→⑥④→③→⑤

C. ①④→②④→⑥→③→⑤

D. ①④→②④→⑥④→③→⑤

（3） 对实验结果的鉴定能否改为加斐林试剂水浴加热？

评析：通过对（1）的讨论，学生进一步加深对变量的理解，明确本实验的对照原则。通过对（2）实验步骤的探讨，学生明确对自变量处理的有效性，养成理性思维的习惯。问题（3）的回答是否定的，原因是如果选用斐林试剂，反应时需要水浴加热50～65℃来验证实验结果，那么可能置于低温条件（冰块）下的酶逐渐恢复活性而导致部分淀粉被水解生成还原糖，结果与置于适宜温度条件的试管中一样都会出现砖红色沉淀的现象，从而不能达到检测实验结果的目的。

通过探讨，最终可确定实验步骤如表1所示。

2.3 注重生物科学史的学习有助于学生理解科学本质，培养其理性思维和科学探究精神

生物学作为自然科学，包括了人类认识自然现象和规律的一些特有的思维方式和探究过程，通过生物科学史的学习，教师引导学生领悟生物学家的科学研究方法、科学思想、科学精神和科学态度。

如，对生物膜的探索历程。教师提供科学史资料：

细胞膜不仅是细胞的边界，而且还承担着控制物质进出细胞以及实现细胞间信息交流的功能，那么细胞膜的具体成分和结构又是什么呢？在历史上，为解决这些疑问，生物学家先后开展了很多的实验。

（1） 19世纪末，欧文顿用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验，发现脂溶性物质容易透过细胞膜，不溶于脂质的物质透过细胞膜十分困难。这表明细胞膜的主要成分中应有哪类物质？（提示学生：化学课上学习的相似相溶原理）

（2） 欧文顿认为，膜是由脂质组成的。欧文顿的推论是否正确呢？细胞膜中还有其他物质吗？20世纪初，科学家将从哺乳动物红细胞中分离出来的膜进行化学分析，结果表明膜的主要成分是脂质和蛋白质。

（3） 脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？1925年，两位荷兰科学家用有机溶剂丙酮提取人的红细胞膜中的脂质，并将它在空气-水界面上展开时，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的两倍。该实验结果能说明什么问题？

上述实验过程可以很好地展现当年科学家的研究思路；同时通过对上述实验结果的推理分析，学生顺其自然地理解细胞膜的基本结构。

（4） 蛋白质位于脂双层的什么位置呢？20世纪50年代科学家罗伯特森利用电子显微镜观察细胞膜，发现它由“暗—亮—暗”的三层结构构成。于是他提出生物膜的“蛋白质—脂质—蛋白质”三层结构模型，并描述为静态统一结构。

（5） 有什么证据证明细胞膜中的物质是不断运动的呢？1970年，科学家用绿色和红色荧光染料分别标记小鼠和人细胞表面的蛋白质分子，然后诱导两个细胞融合。融合细胞一半发绿色荧光，另一半发红色荧光。但在37 ℃条件下培养40 min，两种颜色的荧光均匀分布。這一实验，又能证明什么？

通过上述实验分析，学生很容易得出细胞膜具有流动性的特点。在此基础上，教师展示1972年桑格和尼克森提出的生物膜的流动镶嵌模型，水到渠成。

2.4 开发校本课程，培养学生人文情趣和社会责任

校本课程的开发既能帮助学生更好地理解生物学知识，又能在自然与社会之间搭建沟通的桥梁，提高学生的人文素养和对学校对家乡的认同感，培养学生的责任意识。

如目前我校生物组借助学校第二课堂平台，在学生社团“中山二中生物社”内开展了葡萄酒的酿造、红树林物种多样性研究（资料查阅）、红树林生态系统保护策略研究、叶脉书签的制作、制作生态缸、生物电影赏析等活动。一方面可以拓展学生的视野和培养学生实验探究能力，同时发展学生的理性思维以及对环境保护的责任意识和担当精神。校本课程的开发，可一定程度上满足学生的兴趣发展和个性培养，同时能为学生的进一步学习打下基础，为其职业规划启发萌芽，还可以培养学生关心家乡、服务家乡的情感。

2.5 学科融合，培养学生思考问题全局观，提高学生问题解决能力

“核心素养”是跨学科素养，自然科学中的数学、物理学、化学、生物学等各门学科，其研究方法、思想方法、基本原理等都有着密切的联系。教师要注意学科间的联系，充分体现自然界是一个统一的整体，有利于学生理解科学的本质和研究方法，有利于学生建立科学的生命观，发展生物学核心素养。

参考文献：

[1] 蒋桂林.基于高中生核心素养培养的生物学科素养的思考[J].中学生物学，2015，10.

[2] 吴成军.基于生物学核心素养的高考命题研究[J].中国考试，2016，10.

[3] 赵占良.试论中学生物学的学科本质[J].中学生物教学，2016，1～2.