优化高中课堂实验教学培养生物学科核心素养

黄佳倩

【摘 要】实验教学作为一种重要的课堂教学形式，贯穿了高中生物课程。优化高中课堂实验教学，有利于培养学生的自主探究能力。本文提出通过更新实验材料用具、抓住实验异常现象、注重实验的再探究和创新探究实验设计培养学生的生物学科核心素养。

【关键词】高中生物;实验教学;学科核心素养

随着《中国学生发展核心素养》的提出，我国的课程改革又向前推进了一步。有关学科核心素养内容的具体阐述，使教师对培养学生终身可持续发展的关键能力有了更加明确的认识。生物学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任[1]。即学生要有生物学的思想方法，能够求真务实，善于合作，勇于探究，以生物学的视角关注社会问题，尝试用生物学的方法解决问题。笔者对通过优化实验教学培养学生的生物学科核心素养进行了探讨。

1   更新实验材料用具，培养学生的生命观念

学生生命观念的形成，需要在较好理解生物学概念知识的基础上才能完成。学生能够运用生命观念认识生命世界、解释生命现象的前提是要能够领悟生物结构与功能相适应、生物的进化是对环境的适应等生物学的基本观念。生物实验对于学生理解生物概念起着重要作用，而实验材料及用具的选择对于实验来说至关重要。孟德尔之所以能够成功发现分离定律和自由组合定律，其中一个原因就是选择了豌豆作为实验材料;摩尔根能够成功证明基因在染色体上，也是因为他正确选择了果蝇作为实验材料。可见实验材料的选择对于实验的成败、科学探究乃至生命观念的形成起着举足轻重的作用。教师引导学生不拘泥于书本上给出的实验材料，并善于更新实验材料及用具，可以进一步培养学生的探究精神和生命观念[1]。

如在人教版高中生物教材必修一植物细胞质壁分离和复原的实验中，教师可以提出以下问题引导学生探究。第一，书本实验用的是0.3g/ml蔗糖溶液，而生活中常用食盐腌黄瓜，那么NaCl可以使洋葱表皮细胞发生质壁分离的现象吗？第二，若用不同浓度的蔗糖溶液进行细胞质壁分离和复原实验，实验结果会有什么不同？第三，如果不用洋葱表皮细胞，而用其他植物的细胞，质壁分离和复原现象明显吗？第四，是不是洋葱的所有细胞都能观察到质壁分离和复原现象呢？然后把学生分成4组，分别探究不同溶液（如0.3g/ml蔗糖溶液、0.3g/mlNacl溶液等）对洋葱表皮细胞质壁分离和复原的影响，不同浓度（如0.1g/ml蔗糖溶液、0.3g/ml蔗糖溶液、0.5g/ml蔗糖溶液、0.7g/ml蔗糖溶液等）的蔗糖溶液对洋葱表皮细胞质壁分离和复原的影响，不同植物细胞（如洋葱表皮细胞、白菜叶肉细胞、萝卜根细胞等）对质壁分离和复原的影响，洋葱不同细胞（如根尖细胞、外表皮细胞、内表皮细胞等）对质壁分离和复原的影响。学生通过改变实验的自变量进行实验，最终得出了结果和结论：三种溶液都可以使植物细胞发生质壁分离和复原，其中0.3g/mlNacl溶液可以使植物细胞发生自动复原;溶液浓度太低，不能使植物细胞发生质壁分离，溶液浓度越高，质壁分离现象越明显，而溶液浓度太高，无法发生质壁分离与复原，植物细胞因过度失水死亡;白菜叶肉细胞和洋葱内表皮细胞质壁分离现象看不清。教师可以继续引导学生探究：如果实验材料是无色的洋葱内表皮，那如何做这个实验？

2   抓住实验异常现象，培养学生的科学思维能力

科学思维是指运用科学的思维方法，在事实的基础上进行逻辑推理，进而解决实际问题的一种思维习惯和思维能力。在实验中出现非预期性的实验现象，即“异常”实验现象和结果时，就需要理性分析、推理其产生的原因。教师应抓住契机，培养学生的质疑能力和科学思维能力[2]。

如在人教版高中生物教材选修一中酵母细胞的固定化实验中，学生得到的凝胶珠形状并不为椭球形或球形，凝胶珠颜色过浅，也不易弹起，用手挤压很容易破裂。这时教师需要引导学生反思和讨论，归纳可能存在的问题。第一，配置溶液时用的是自来水而不是蒸馏水。第二，海藻酸钠浓度过高或过低。第三，氯化钙溶液浓度过低或过高。第四，凝胶珠在氯化钙溶液中浸泡的时间过长或者过短。第五，注射器的出口可能太粗或太细。然后把学生分成5个小组，让他们分别针对5个问题设计合理的探究方案。第1组分别用自来水和蒸馏水活化酵母菌、配制CaCl2溶液和海藻酸钠溶液以及冲洗凝胶珠;第2组分别称取0.2g、0.7g、2g海藻酸钠配制海藻酸钠溶液，最后用蒸馏水定容至10ml，从而得到低浓度、适宜浓度、高浓度的海藻酸钠溶液用于实验;第3组将海藻酸钠和酵母细胞混合液分别滴加到蒸馏水、0.05mol/LCaCl2溶液及0.5mol/LCaCl2溶液中;第4组将凝胶珠在CaCl2溶液中分别浸泡3分钟、30分钟和3小时;第5组选用大注射器和小注射器分别进行实验。5个小组独立进行实验探究，观察凝胶珠的形状、颜色、弹起情况和手捏是否容易破裂等，找出非标准凝胶珠产生的可能原因，最后汇总实验结果。对完善好的实验方案再次实验，最终得出预期的实验现象和结果。

3   注重实验的再探究，培养学生的科学探究品质

采用课本上的传统实验方法在实践操作过程中可能会存在一定的问题，这时候就需要对实验进行再设计、再探究，从而优化实验;或者在现有实验的基础上，延伸出新的实验课题，做进一步的探究，从而深化实验教学，更好地培养学生发现问题、提出问题并自主探究的能力与品质。

如在人教版高中生物教材必修一探究温度对酶活性的影响实验中，先让学生完善预设的实验方案，并完成实验操作，见下表1。

学生发现通过实验并不能观察到预设的实验现象。引导学生思考、回答问题——本实验中如何控制变量，并讨论实验中的变量：自变量（温度）、因变量（淀粉的分解量、是否出现蓝色和蓝色的深浅）、无关变量（淀粉和淀粉的用量、溶液的浓度、PH等）。学生通過解决以上问题，能进一步完善此实验方案（步骤四与步骤五对调）。再进行实验以检测完善好的实验方案，得出结论：酶催化需要适宜的温度，高温和低温都会影响酶的活性。教师还可以进一步提问：60℃是不是淀粉酶的最适温度？如果要确定淀粉酶的最适温度，如何设计实验方案进行探究？通过对探究实验的进一步探究，一个实验就变成了两个实验。这样也增强了学生自主探究的能力，加深了其对本实验的理解，有利于培养学生的质疑思维能力。

4   创新探究实验设计，培养学生的社会责任意识

生动的创新实验能极大地激发学生的好奇心和求知欲，调动学生的探究积极性，同时也能培养学生的社会责任意识，促进学生学科素养的发展。教师可以引导学生通过对探究性实验进行创新设计，探究问题或者破除伪科学，从而激发学生参与社会议题讨论的热情，增加学生的社会责任感和对生活的热爱。

如市场上常见的保健品中有一种核酸类保健品，广告宣传其可以增强免疫力和人体的调节功能。但实际上核酸广泛存在于所有动植物细胞、微生物体内，从食物中就可以获得丰富的核酸，无需另外补充。而且核酸作为遗传物质也不具有调节免疫的作用，核酸彻底水解后会变成磷酸、五碳糖和碱基（嘌呤和嘧啶），嘌呤也是导致人类尿酸增高和痛风的主要原因。因此，核酸不是越多越好，对于痛风患者而言，过多补充核酸甚至是有害的。教师可以提出人体是否需要额外补充核酸、我们吃的食物中是否含有核酸等一系列问题，引导学生设计实验进行探究。还可以选取日常生活中常见的食物进行DNA（核酸）的提取，如花菜、鸭血等。

总之，在教学中，教师要善于挖掘教材，把生物学知识的“生成过程”通过探究实验展现出来，让学生在潜移默化中习惯于探究性思考，在活动中探究发现，在应用中拓展反思，在探究过程中体验探究的快乐。这样能更好地促进学生的学科核心素养的培养和关键能力的

提升[2]。

【参考文献】

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]宋静.初中生物探究性实验教学策略初探[J].速读（中旬），2019（2）.