基于发展生物学核心素养的创新实验室建设

王佳晨++王红梅

摘 要：本文介绍了如何以创新实验室建设为途径，发展学生生物学核心素养的思考与实践，包括依托学科环境建设，基于探究实验和问题教学，立足课程建设和社会实践等，从而培养学生的理性思维和科学探究能力，帮助学生树立生命观念和社会责任。

关键词：创新实验室 生命观念 理性思维 科学探究 社会责任

《普通高中生物学课程标准》明确指出：高中教育阶段的生物学课程是以提高学生的生命观念、理性思维、科学探究和社会责任等生物学核心素养为宗旨的学科课程，旨在让学生习得生物学知识的同时，养成理性思维的习惯，形成积极的科学态度，发展终身学习的能力。而创新实验室是以学科核心观念、思想和方法为指导，恰當配置和使用仪器设备和技术，组织开展研究性教与学活动，进而培养学生学习兴趣和探究、创新精神，提高学生研究性学习能力和综合素养的实验室，它既是高中课程改革和学校特色办学的需要，更是发展学生学科素养，培养创新优质人才，实现学科价值的需要。为贯彻课程标准的指导思想，实现二者间的有机结合，笔者以本校生物创新实验室建设和使用为例，阐述如何围绕发展学生生物学核心素养的所做的一些思考与实践。

一、依托学科环境建设，形成学生的生命观念

生命观念是指人们对观察到的生命的总的认识或看法，是对生命现象及相互关系（或特性）进行解释后的抽象[1]。学生应在理解生物学概念性知识的基础上形成生命观念，如结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等，并能用于认识生命世界、解释生命现象。本校的生物创新实验室是以生态环保为主题，共分主体实验室、河流水质治理综合实践基地和无土栽培休闲园三大区块。在指导学生利用相应设施开展活动的过程中也渗透生命简单到复杂、低等到高等、微观到宏观的进化发展观、生物体乃至生态稳态与平衡观以及物质与能量观等。

1.主体实验室

主体实验室内设有中央处理区、检测区、演示操作区、水质在线检测区几大功能区，其中检测区又分为食品检测实验区、洁净显微观察室、气体检测实验区、水质检测实验区，可以对不同种类的水体或空气污染物、有害物进行多种分析测试，通过测试指标了解当地的水质、大气污染、食品安全等情况（见表1、表2）。在众多检测指标中，微生物指标是非常重要的一项，通过显微观察、查阅资料，学生将领会生物进化发展观：在生物于环境相互作用的过程中，个体应把自己放在系统的生态环境中，适应相应的环境，并找到适合自己的生态位，也就是所谓的“适者生存”。

此外，实验室在环境布置上还设立了生物学名人，如屠呦呦、袁隆平等的简介，通过榜样人物引领和激励，让学生一进入实验室就受到感染和鼓舞，激发研究的动力和激情。实验室内还摆放了大量的标本和模型和挂图。模型的呈现，不仅帮助学生形成结构与功能相适应的观点，也让学生能够更加直观的观察和感受充满神奇和奥秘的生命现象。

2.河流水质治理综合实践基地

为达到理论与实践相结合的目的，在学校西侧一条污染较为严重的河流上建立了一个约30平方米的河流水质治理综合实践基地，上面架设生态浮床，种植吸收污染的植物，底部增加高分子纳米底泥封淤网、施洒相关生物菌种和相关生化药剂，达到污染治理，净化水质的要求。同时，在其上面设立有远程水质监测系统，可远程监控该区域的水质变化，从而传输到主体实验室进行分析。

在生物学的领域中，小到细胞，大到生物圈都是处于稳态与平衡中。系统中的不同组分在发生不断改变，却保持相对稳定。但当河流生态系统的变化超过一定的范围，稳态就会被打破。通过对河流的检测，学生从系统整体的高度分析和理解生命现象，对稳态和负反馈平衡也有更深刻的认识，从而树立科学的辩证唯物观。

3.无土栽培休闲园

在实验室东侧的平台处，还建有无土栽培休闲园，该区域使用现代农业的无土栽培模式，无土栽培区集立柱栽培、管道栽培、廊架栽培等各种无土栽培形式，使学生掌握无土栽培的基本技术，了解现代农业发展的方向。

无土栽培研究的过程也是物质与能量观深层次理解的过程：物质的代谢离不开能量，矿质元素、生物大分子等的运输都需要能量、物质的转化也伴随能量的转化，如光合作用，但物质与能量不会完全重合。

二、基于探究实验和问题教学，培养学生理性思维和科学探究能力

理性思维是一种基于证据与逻辑推理的思维方式，理性思维的培养能够引导学生遵循事物发展的规律认识本质，是学科核心素养的重要组成部分[2]。而科学探究能力是研究自然科学和社会科学必备的综合能力，是个体适应社会、促进自我发展的重要素质。

1.开展问题教学，提升理性思维

不同于传统实验室以验证性实验为主，创新实验室主要是通过学生现有的知识和能力去探索未知的问题，因此，培养学生的问题意识、思维水平、科研精神、创造能力是关键。我的生物创新实验室为学生的创新研究提供了广阔的学习空间，在学生熟悉掌握实验室中仪器BOD测定仪、电导率仪、全波谱紫外可见分光光度计、自动滴定仪、溶解氧测定仪、无线数码体视显微镜等设备原理构造、操作方法和应用范围的基础上自主开展创新实验研究。在实验室的教学方法上，我们打破原有理论重于实践的传统课堂教学模式，主要采用问题驱动的方式，即教师通过布置一定的实验任务，提出问题，学生以小组合作学习方式开展活动，小组成员间相互商讨、相互启发，通过查阅文献、实地考察确定研究方向和研究手段，进而开展实验研究。

2.创设探究性实验，引导主动探究

探究性实验则是培养学生科学探究能力的重要途径。我校生物创新实验室的教学内容以探究实验为核心，主要包括以下几种类型：一是教材实验的延伸和拓展，如“探究环境因素对黑藻胞质环流的影响”，创新实验室较普通实验室多了数字切片数字教学系统，为学生提供黑藻叶片临时装片等数字切片资源，无线数码体视显微镜的辅助观察更有利于实验的深入开展；二是学生个人或团队在生活中观察发现并提出的问题，如运用实验室的农药残留快速测定仪开展“农贸市场蔬菜中农药残留情况的研究”；三是由指导教师确定的研究项目，如“探究无土栽培条件下温度和光照条件对不同植物生根的影响”，无土栽培园完善的滴灌系统为该研究的开展提供了保障。通过以上这些探究实验的开展，让学生针对特定的生物学现象，运用已学知识，进行观察、讨论、查阅文献资料、设计实验、开展实验研究。

又如，关于学校西侧河流污染的问题，教师提出“该河流为何会被污染？”的研究任务，学生通过前期的分析讨论和实地调查研究最终发现污染源主要来自上游的餐饮企业的污水排放，通过实验室分析检测并查阅相关资料，进一步确定了污染的主要成分和治理方法，最终形成研究报告。探究实验和问题驱动的教学方式改变了学生被动接受知识的弊端，促使学生主动研究，发掘创造潜能，有助于培养学生的合作精神和探究能力；同时，在科学研究过程中体会和领悟科学的思想观念，从而形成严谨求实的理性思维和科研作风。

三、立足课程建设和社会实践，在价值引领中提升学生的社会责任感

1.相关课程建设

创新实验室应旨在满足学生对课程多样化、个性化的需求，着力培养学生的创新意识和实践能力，因此，课程建设成为创新实验室建设的关键。在契合我校办学理念、培养目标的基础上，遵循学生的认知规律、兴趣爱好、个性特长，以培养学生的科学素养，强化学科综合与拓展作为目标，教研组相继开发了社会调查、环境监测、食品安全、无土栽培四大类创新实验课程体系，包括《生物科学与嘉善产业》、《食品与健康》、《校园微生物探秘》、《水质污染与治理》、《无土栽培与花卉种植》等十多门课程。这些课程均注重理论与实践的相结合，如《空气污染与人类疾病》，在理论方面可以让学生掌握空气质量的划分标准、常见空气污染物的主要类型和对人体健康的影响；实践方面通过调查研究、采样分析确定空气污染物的来源和成分，进而提出防治策略，进而激发学生对身边的生活现象、农业生产和人体健康等相关感兴趣的问题进行研究，进而将学科的研究领域进一步扩大。

2.社会实践活动

生物学与生产、生活具有密切的联系，生物学的学习不能局限于书本、课堂、实验室，要把课堂延伸到大自然中、延伸到现实生活中，生物创新实验室的教学也应该更加贴近自然、关注社会，从而培养学生参与社会事务的责任感。以社会实践基地为依托，教师组织学生开展社会实践活动：如组织学生到碧云花园参观，学习杜鹃花种植技术；到科创中心了解先进生物技术的发展和前景；到东大树脂有限公司了解企业在水污染治理方面的经验和做法；参加公益宣传，呼吁企业和市民有效的减少或阻止污水、废气等污染物的排放等。通过丰富的社会实践活动，让学生将知识与生活实际联系起来，学以致用，进一步激发学生探究创新研讨的能力和兴趣。同学们在深入了解家乡的生态环境和食品安全的现状同时，形成了注重健康生活，关注生态环保和社会发展，从自我做起，自觉承担社会责任，形成服务社会的意识与社会责任感。

四、结语

目前，各省市创新实验室建设方兴未艾，但综上所述，笔者认为创新实验室在建设和使用中要始终以发展学生学科核心素养为核心，突出学科环境建设，注重课程建设和教学方式的革新，在教学中给学生提供更多实践性、开放性、探究性学习载体，从而让学生从被动接受的教育转变为主动学习；同时倡导实践出真知，要让学生与自然和生活对话，将生活、实践中的问题带入到实验室的研究，充分参与并动手实践，在体验中培养学科兴趣，提高科学思维能力，激发创新意识和创造能力，从而让创新实验室真正成为学生自主探索、创新研究的实践平台。

参考文献

[1]苏科庚.聚焦高中生物核心素养[J].中学生物教学，2016（08）： 62-63

[2]徐文珍，葉巧燕，黄键.发展学生生物学核心素养的思考[J].福建基础教育研究，2006（12）：105-106