通过实验教学促进学生核心素养发展

肖东琦+李霞

以落实“立德树人”为根本任务，发展“学生核心素养”为目标，从课标、教材、教学实施等方面进行的新课改正在不断深入。生物是以实验为基础的自然学科，实验在发展学生科学精神和培养学生学会学习、勇于实践创新等方面发挥着重要作用。在深化教育领域综合改革的背景下，教师要如何发挥包括生物学科在内的实验教学的作用以促进学生核心素养的发展呢？在此，将以“酵母菌种群数量的测定”为例探讨这一问题。

一、精心设计实验教学

1.教师创设情境，学生自主学习

教师首先带领部分学生参观了红酒庄园，再由这些学生做学习分享。教师提出了酿酒过程中的两个关键问题：发酵开始前为什么要接种过量的菌种？接种后，为什么要做一次发酵罐的外循环？学生认为，可能是为了使酵母菌增殖增加种群数量。教师又进一步引发学生思考：酿酒是否与酵母菌的种群数量有关？从而引出学习任务——测定酵母菌种群数量的方法。课后，学生利用教材、网络获取种群数量测定的相关知识，分组设计实验。

2.自主设计实验，发展理性思维

学生自主实验设计中涉及对照组的设置、变量的控制、多次重复取平均值的原则等，这一过程使学生的理性思维得以充分施展，并使学生的实验素养得到培养和锻炼。在实验开始前，组织学生对各组实验方案进行讨论、互评，培养学生批判质疑的精神和理性思考的能力。如本实验中为学生提供的菌种为安琪酵母，由于该酵母为日常发面所用，可能含有多种酵母菌，学生提出应在设计实验时增加纯化菌种的操作步骤从而控制无关变量。

3.在讨论与交流中发现问题并不断反思

由于教师对实验并没有做出严格限制，因此各组的实验设计方案均存在差异，如培养基种类的选择、数量测定的方法等。教师鼓励小组间进行交流、讨论，分享实验现象和数据。通过分析与比较，更有利于学生从中发现问题，收获知识。如利用土豆葡萄糖培养基的小组，在用显微计数法对同一样本多次计数后，仍有较大误差。学生对实验设计方案和实验操作进行反思后，找出了影响实验结果的原因：由于过滤较为困难，使培养基不够澄清，影响了在显微计数环节对酵母菌的准确观察，导致实验误差增大。于是学生及时修改了设计方案，规范了操作流程，得到了更客观的实验数据。

4.在数据处理过程中增强探究与解决问题的能力

实验后，学生利用Excel软件对数据进行处理，计算标准差和回归方程，以确定数据的可靠性，发现使用显微计数和稀释涂布平板法计数所获同一时间种群数量数据有较大差异。针对这一问题，学生继续探究实验，并进一步规范操作，排除误差干扰，绘制出了微生物的生长曲线图。根据分析数据得出推论，可能是显微计数统计了死菌的数量，并提出了验证方法——进行染色区别。此外，学生还得到一个经验性的认识，即显微计数法容易受到多种因素的影响，导致实验数据的可靠性降低。学生为此提出了新的测量方案：用分光光度计计算OD值的方法代替显微计数法来测定种群数量。

通过分析“酵母菌种群数量测定”实验可以看出，实验教学确实可以有效发展学生的学科核心素养，而核心素养各要素并不是孤立存在的，它们互相关联、共同作用，才能形成学生必备的品格和关键能力。

二、不断改进实验教学

1.缓解实验教学耗时较长与课时紧张的矛盾

一是对实验进行整合，减少重复实验。“酵母菌种群数量测定”实验涉及必修3模块中的“种群与群落”及选修1模块中“微生物利用”中的内容，其中包括“尝试建立数学模型解释种群数量变化”及“测定某种微生物的数量”。由于实验较复杂，如果分别在不同模块、不同时间进行实验，必要的准备工作和所需材料较多，花费时间较长。因此，可将两个实验有机整合，有效减少时间消耗。

二是把多种实验课程相结合。对于耗时较长的实验，可就核心环节进行课堂实验教学，利用生物兴趣小组进行完整的实验。在实验教学过程中，通过开展课堂实验、选修课实验、兴趣小组等多种方式，相互协调配合，可取得较好的教学效果。

三是改进实验设计方案。“种群数量测定”需要连续测定种群数量，在实际教学的有限时间中较难实现。通过对实验过程的探究发现，酵母菌种群数量增长规律清晰，在特定时间点会发生规律性的变化：0～4小时为调整期，4～24小时为对数期，24～64小时为稳定期，64小时之后进入衰亡期。鉴于此，实验可选在以上关键时间点进行。此外还发现，如果保证前期接种量相同和其他条件相同，在适宜的情况下，同种酵母菌的增殖规律是相同的，故可采取测多个种群数量绘制一条生长曲线的方法，也可有效缩短实验时间。当然，还可以通过改进实验材料、实验仪器等方法，降低实验耗时，增强实验效果。

2.改变实验教学方式

传统的实验教学多为讲授式，导致学生对实验几乎没有兴趣，对实验原理以及重复实验不理解。通过预设作业，可促进学生自主学习、主动探究，使学习效果显著；还可通过微课、显微数码互动等新技术支持，增强实验教学的效果。

3.创设情境拉近与学生的距离

实验要贴近生活，如该实验从参观酒厂发现的问题入手，激发学生探究的兴趣。还可进一步改进实验，增加难度，开展“酿酒过程中，发酵液中的酵母菌种群数量测定”“发酵液中酵母菌种群数量与酒精含量的关系”等实验。

4.教师不断提高实验能力

在开展本实验的初期，教师先进行了大量的预实验，对实验可能会出现的问题进行了研究，而学生在实验过程中发现的新问题，又促使教师进行了更深入地研究教师在实验教学中要与学生教学相长，不断提高自身的实验能力。

三、对实验教学的进一步思考

1.进行跨学科实验教学，共同制订核心素养目标

物理、化学、生物均是以实验为基础的自然学科，实验教学是重要的教学方式之一。三门学科共同制订学段核心素养的发展目标，并结合目标调整实验教学计划、实验类型设置等，将更有利于强化实验教学的效果，既强调共通性，又可突出学科特色，符合课改的理念。

2.项目化实验教学

创新实验设计，在生活中发现问题，让物理、化学、生物三学科共同参与设计创新实验。进行真实验、真探究，真正体现核心素养的各要素是一个综合体，切实减轻学生负担，发展学生核心素养。

（責任编辑 郭向和）