基于生物学学科核心素养的教材实验二次开发实践探索

陈玉梅 杨春 吴依妮

摘要：针对浙科版教材实验的二次开发，以举例的方式从完善教材实验方案、改进教材实验效果和教材实验的创新三个方面进行了阐述，为更好地开展实验教学，发展学生的生物学学科核心素养提供了思路。

关键词：教材实验 二次开发 生物学学科核心素养

中图分类号：G633.91 文献标志码：B

生物学是一门以实验为基础的自然科学。生物学实验以其直观形象性为学生认识和掌握生物知识提供了感性材料。学生亲历实验过程，仔细分析，使感性认识上升到理性认识，能更好地理解和掌握生物学知识，其发现问题、分析和解决问题的能力也会得到较好的发展。在生物学实验中，教师还可以发展学生探索求真的科学精神和科学态度。生物学教学重视实验教学，不仅充分体现《普通高中生物学课程标准（2017年版）》的基本理念“教学过程重实践”，也有助于发展学生的生物学学科核心素养。因此，浙科版教材中安排了观察、模拟、探究和调查等多种类型的实验。

但是在实际教学中，部分教材中的实验因课时限制或教材实验本身的局限性等原因无法开展。有些教材实验时间过长，无法在一节课开展;有些教材实验结果不明显，打击了教师进行实验教学的积极性;有些教材实验，在教材中只有简单的描述，没有具体的实验原理、实验变量和操作过程，可操作性差。除此之外，教材实验大多数是验证性实验，学生只是通过实验简单地验证了某个实验现象，缺乏深入的思考和迁移。同时，教材实验多是定性实验，学生通过实验过程可以观察到具体的实验现象，而科学探究能力中“利用数学方法处理、解释数据”的实现必须要依靠定量实验。针对上述情况，笔者对部分教材实验进行了二次开发，以期改善实验教学现状，发展学生的生物学学科核心素养。

1从“无”到“有”，完善实验方案

部分教材实验缺乏完整的实验方案，从而限制了实际教学过程中相关实验的开设，如浙科版必修1中的“探究环境因素对光合作用的影响”、必修2中的“制作DNA双螺旋结构模型”、必修3中的“探究2，4-D对插枝生根的作用”等活动。因此，教师借助校本选修课程，反复实践，完善了相关实验的完整方案。例如，对“探究2，4-D对插枝生根的作用”的实验，教材对于该实验只提供了2，4-D和盆栽植株，没有指出具体浓度和操作细节。按照教材上的水培方法，一些木本枝条如迎春花、杜鹃花，很难扦插生根，常温下浸泡一周左右就会腐烂。而采用土壤扦插，增加了实验难度，测量周期比较长，一般要30d以上，测量起来比较困难。因此经过摸索，将本实验材料改为高中学生熟悉的洋葱，取得了较好的实验效果。经过完善，本实验方案如下：

实验材料与试剂：烧杯若干，大小、生长状态相同的洋葱若干。浓度依次为10¹²、10^-11、10^-10……、10^-3mol/L的2，4-D溶液。

实验步骤：

①取若干烧杯，编号。一组烧杯中装入蒸馏水，其余烧杯中分别装入等体积的不同浓度的2，4-D溶液。

②将生长状态相同的洋葱放置于烧杯上，洋葱底部接触溶液，放置于相同且适宜的环境中培养。

③每天更换烧杯中的溶液，每天定时测量洋葱的生根数和根的长度，并记录实验数据。

经过完善后的实验，实验材料更加简单，实验时间可以控制在一周内完成，实验效果明显。

除此之外，对于模型类实验，如制作DNA双螺旋模型、减数分裂模型的制作研究等活动，通过茅根、纸、黏土等教具的使用，也达到了很好的教学效果。完善后的教材实验可操作性更强，为实际教学中开设相关实验提供了实践依据。

2从“有”到“精”，缩短实验时间，改进实验效果

针对部分教材实验时间过长或实验结果不理想，通过改进实验材料与装置进行尝试，收到了较好的实验效果。

例如，浙科版必修1“制作并观察植物细胞有丝分裂的临时装片”。制作并观察植物细胞有丝分裂的临时装片主要包括解离、漂洗、染色和制片四个环节。按照教材的操作要求，解离20min，漂洗10min，耗时比较长，在一节课上完成该实验非常仓促，且實验效果往往不明显，难以清晰地观察到有丝分裂各时期的显微图。通过实践，将盐酸的体积分数由10%提高到20%，可将解离时间缩短为10min，解离效果基本相同;同时，将染色剂更换为苯酚品红，染色体着色效果更好，观察更清晰。

又如，浙科版选修1的“α-淀粉酶的固定化”实验中，按照教材要求，α-淀粉酶的固定及洗柱过程各需要40min的时间，整个实验需要2h左右才能完成。通过实践，改进实验装置，将简易注射器改为既便宜又能轻易买到的夹套保温层析柱，采用酶活为10000U/g的α-淀粉酶，将酶量提高到6g，可以将酶的固定过程缩短为5min同时可以将洗柱过程更改为蒸馏水用量8mL，洗柱速度1.5mL/min，从而将洗柱时间缩短到10min以内。这样可以将整个实验压缩在一节课内完成，既提高了实验课效率，又能取得理想的实验结果。

3从“少”到“多”，从定性到定量，改验iY性实验为探究性实验

多数教材实验是定性实验，也是验证性实验。因此在实际教学中，教师对学生分析解释实验数据、绘制坐标曲线等重要能力的培养只能“纸上谈兵”，通过试卷上题目的反复练习来完成。这显然有悖于新课改的精神，不利于学生科学探究能力的培养。因此，教师可以有针对性地将教材中的部分验证实验创新为探究性实验，创造条件让学生自己亲自设计与分析实验。

例如，对浙科版必修1“验证活细胞吸收物质的选择性”的实验教材描述得比较简单，通过比较煮沸与未煮沸的玉米种子经过红墨水染色后，胚和胚乳的着色情况验证活细胞的细胞膜具有选择透性。通过创新，实验材料选择甜菜块根，用打孔器将甜菜块根打成直径0.5cm的长条，然后切成1cm的小段，清水中漂洗数次后放入装满清水的烧杯中静置过夜，使破损细胞的甜菜素充分释放。然后，在每个试管中放入相同数量的甜菜根块，控制不同的水浴温度或pH进行实验，通过分光光度计测定溶液的光密度值。这样可以探究不同温度或pH对生物膜选择透性的影响。创新后的实验在一节课内可以顺利完成，教师可以引导学生利用得到的数据进行坐标图的绘制，以及实验误差的分析与讨论等，充分发展了学生的科学探究能力。

实验课的开设对生物学教学至关重要，教材实验的二次开发有助于提高实验课效率，改进实验效果，同时通过适当的创新，可以更好地发展学生的生物学学科核心素养。但是，教材实验的二次开发需要大量的时间和精力，需要团队合作，也可以开发成校本选修等课程，以期达到更好的系统性和操作性，与非实验教学相辅相成，共同促成学生生物学核心素养的发展。