例谈基于科学探究的中学生物学实验教学实施

许龙兵

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《新课标》）明确提出了生物学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4个维度。其中，科学探究能够发现和解决现实世界中的生物学问题，而基于科学探究的中学实验教学需要教师转变观念，让学生在教师的指导下自主设计实验思路，寻找解决问题的方法，结合实践继续探究，最终培养发现问题、解决问题的探究能力。核心素养理念下的生物学教学应以培养健康人、智慧人作为基本培养目标，在科学探究活动中构建核心概念、发展科学思维、树立生命观念、增强社会责任。下面以“DNA的粗提取与鉴定”的教学实施为例，探讨生物学学科核心素养在高中生物学实验教学中的实践。

1教材分析

“DNA的粗提取與鉴定”是人教版高中教材中选修1模块中的内容，在高考中为b级实验考点。本节课设计由传统实验教学中学生按步就班、机械地进行操作，改为由学生自主探究的模式，学生按改进的实验方法主动去探究实验过程，获得实验结果，有效地提高了学习兴趣和探究能力。通过反复多次实验，学生得出结论：以植物花椰菜作为实验材料，取材范围广，成本低，操作简便且成功率高;而且整个实验中不使用特殊的实验器材，便于在所有中学中能推广和应用。

2学情分析和设计思路

学生已经学习了DNA分子结构和复制的相关知识，对DNA分子已经有了一定的认识，这为本节课的学习奠定了基础。但本节课对实验探究能力要求较高，实验操作中，教师应强化规范操作，引导学生对实验设计进行调整和改进。另外，学生需要在课外投入一定的时间和精力。该探究实验的设计思路如图1所示。

3教学目标

①能说出从生物材料中粗提取DNA的原理;②掌握DNA提取和鉴定的方法;③通过多种方法比较后，能够探索出一种最为简单、易操作、成功率高并且可以普遍推广的DNA提取方法。

4实验设计和操作

学生分成4个小组收集资料，讨论、设计出本组的实验方案（表1）。

5教学过程

5.1创设问题情境，激发学生探究兴趣

教师展示DNA双螺旋结构模型的图片，引入课题：生物体内是不是真的存在DNA？引导学生对DNA粗提取和鉴定的实验进行分析讨论。

5.2设计问题，共同探究实验原理和过程

教师引导学生思考：要提取的DNA主要存在于细胞的什么结构中？如何将它提取出来呢？怎样才能破坏细胞结构？在选择作为DNA提取材料时需要考虑哪些因素呢？提供了几种常见的动植物材料，思考这些材料是否适合用于进行DNA粗提取？以动物细胞或者植物细胞作为材料，如何获取DNA？

设计意图：教师利用一系列问题串，以此展示本节课的思路，激发学生思考和讨论的热情，培养学生分析问题、解决问题的能力。

5.3教师引导学生分析讨论

学生在课前查阅大量资料，分成4个兴趣小组，通过思考下列问题，选择实验材料：①选择这种材料是否可行？②提取DNA的难易程度如何？③最后提取出来的DNA的量是多还是少？④DNA的鉴定结果是什么？最终，小组讨论并设计出DNA的提取方案;并由每组组长在全班汇报。

①第一组以鸡血作为实验材料，进行DNA粗提取。操作程序复杂，耗时长，实验条件不易控制，再加上学生实验操作技能相对较弱，所以每增加一次实验步骤，就会损失相当部分DNA，特别是多次过滤和添加0.14mol/LNaCl的人工调节，操作不当会导致实验失败。

②第二组以洋葱为材料，添加嫩肉粉以除去蛋白质。学生普遍认为第二组成功率较高，能够提取出的絮状物较多，且操作过程简单，易掌握。

③第三组以花椰菜为材料，高温变性除掉蛋白质。将滤液放在60～75℃恒温环境中保温10～15min，经反复实验，发现需要影响实验最关键的环节是控制好具体温度。因此要确定实验的合适温度，还需要做一定量的实验。

④第四组也是以花椰菜为材料，不做任何特殊处理。得到滤液后加入冷酒精，也能得到较多絮状物，但DNA纯度比前三组要差，在鉴定时只能加入少量提取物，否则出现的蓝色效果不好。而且，溶液中加入二苯胺加热后有时会发白，观察不到蓝色反应。

6实验教学实施过程中的注意事项

（1）在进行实验材料和方法选择时，教师应引导学生充分发挥主观能动性，多思考，多实践。例如，花椰菜和洋葱作为实验材料，其DNA的提取量相对较多，但是用研钵研磨耗时长，杂质多，而且时间久了由于DNA酶的存在，会使DNA被降解。所以最好用研磨机统一对洋葱进行研磨，形成研磨液后再分发给学生。向材料里加入洗洁精和食盐时，应充分缓慢搅动，搅拌时玻璃棒匀速沿一个方向搅动，搅动太快，会出现较多泡沫，影响过滤。

（2）整个实验探究过程持续时间长，有很多工作需要利用课外时间完成。学生先分组明确各自的课题，然后收集资料讨论实验方法，设计好实验方案后进行实验。学生在实验过程中发现问题，自主探究以解决问题，可以提升科学探究的能力。

（3）教师在实验过程中要不断地引导学生，遇到问题要调整自己的实验思路，改进实验方法，最大限度地发挥主观能动性，能更好地解决问题。例如，过滤时用5或6层纱布，虽可滤出较多的残渣，如果使用离心机离心可能是获得澄清滤液更好的方法。

（4）在交流讨论的过程中，教师要重点提醒学生突出关于实验设计的思考，进行实验的过程中所遇到的困难及采取的措施，其他组的同学在交流的过程中也可以提出自己的疑问，或者给出相应的改进建议。这样可以发挥集体的智慧，共同探究。

7教学效果及学生反馈

整个过程中，教师和学生为了找到一个合适的实验方案，经过长时间的探究，最后确定以上四种实验方案。学生通过合作交流，不但掌握了操作步骤和操作原理，还体验了科学探究的过程，明确这四种实验方案的优劣，提升了生物学学科科核心素养。在学生开展探究的过程中，教师需要时刻注意学生的实验过程，引导正确的探究方向。在本节课的课堂实施过程中，教师和学生共同经历由“学习一实践一认识”向“再学习一再实践一再认识”不断循环的科学探究过程，教师和学生融合成为一个共同学习的群体。教师应该在准确把握教材的前提下，根据实际情况，适当地变验证实验为探究实验，充分发挥实验教学的作用。但是探究性学习并不是实验教学活动的全部，教师应该结合具体的教学内容，采用多种不同的教学方法，最终达到课程的副示。