巧设高中生物学实验 发展学生核心素养

（广州市天河中学 广东广州 510630）

实验教学是高中生物学十分重要的一部分。教师在实验教学过程中，要引导学生正确地进行实验操作，细致地观察实验现象，记录、分析实验结果，总结实验结论。不过，有些学生虽然进行了实验操作，在随后的练习或检测中，并不能很好地进行知识迁移，或其形成的知识体系漏洞百出。所以，如何更深入地进行实验教学，帮助学生理解实验知识，培养学生科学思维和科学探究能力？教师应引导学生深层次的进行学习，如思考开展这个实验、实验采取这种方操作、出现这样的实验现象的原因。学生通过深度的学习和剖析，理解实验现象背后的科学原理，从而领悟知识、提升能力。

在高中生物学的实验教学中，笔者尝试巧设实验教学来引导学生深度思考和培养学生的科学探究能力。以培养学生的实验探究思维作为关键点，通过课前预习导学、课堂科学探究、课后延伸拓展的教学策略，贯穿观察现象、提出假说、实验设计、实施讨论、质疑创新等各种活动，切实地培养学生的科学探究能力，从而提升学生的生物学学科核心素养。

1 课前预习导学，引导观察、思考和提出假说

教师需引导学生观察实验现象并思考现象后的科学本质，提出解释的假说，以培养学生的科学探究素养。在高中生物学必修模块中，教师可应用好教材，选择丰富生物学学科的基础知识和背景材料，采用新的方法设计实验；也可将实验在课前用微课的形式在线上展示，引导学生观察，并结合将要讲述的课本内容进行预习和思考。这样，学生有了直观的认识，激发了学习的好奇心，将更有动力地寻找实验现象后的科学本质和原理。

例如，必修一模块第二章第2节“细胞中的无机物水”内容涉及无机盐是细胞中含量很少的无机物。学生会产生疑问：它们在细胞中有什么作用？联系学生日常生活中喜欢饮用各种饮料的现象，教师用矿物质饮用水设计一个小实验，组织兴趣小组的学生在课前预先进行实验探究，然后把实验过程拍摄下来，从而使学生能够更好地理解无机盐对细胞的作用。

小实验设计的内容：解剖生理状况基本相同的2只青蛙，取青蛙心脏，设为对照组和实验组，分别放于适量蒸馏水和等量矿物质饮用水的培养皿中；观察其蛙心维持跳动，及记录蛙心跳动的时间。在30 mL蒸馏水中，青蛙心脏跳动了约13 min；在30 mL矿物质饮用水中，则跳动了约22 min。

课前，教师在线上发送实验小视频，要求学生观看，并请学生结合课本知识，思考实验结果的原因，提出自己的观点。上课时，教师提出问题，引导学生思考：为什么蛙心在矿物质饮用水中跳动时间更长？这说明了无机盐对细胞生命活动具有什么作用？学生在课堂上分组讨论，由兴趣小组学生代表进行解答。学生经过分析，建立了“无机盐对于维持细胞的生命活动使必不可少的”的观点。这样，经过学生自主探讨建立的知识能使学生更深入地理解知识。接着，教师引入当缺乏无机盐时，人体会导致的症状，如钙盐太低，人体会出现抽搐等例子；并引导学生分析生活中各种饮料产品的成分。

这样，教师在课前预先将课本抽象的文字转化为直观的实验现象，并与学生的日常生活相联系，激发了学生的学习动力，促进学生自主学习。学生不单记住了是什么，并且还主动探究、加深理解了为什么，从而形成善于观察身边问题现象、思考和分析原因、形成解释观点的科学探究初步能力，并建立物质观和健康观。

2 课堂科学探究，培养设计、实施和交流能力

高中生物学实验教学是课堂教学的重要内容，除了实验实操课外，还有科学发展史的学习和演示实验的学习。而生物学教科书中的演示实验所需的实验时间可能较长，往往在课堂有限的时间不能完全实施实验的整个过程并呈现结果。教师可以组织兴趣小组学生在课外设计和实施这些实验，做好实验过程和实验结果的观察和记录。在课堂上，由学生代表表述该实验探究过程的表述，教师引导其他学生进行科学探究、讨论和交流。这样既让部分学生在亲身参与的探究实验活动中不断提升能力，也让观摩的学生从实验展示案例中受到启迪。

例如，在选择性必修1的“植物生长素的两重性”中，教师组织兴趣小组的学生设计实验理解证明生长素的两重性，即低浓度促进生长，高浓度抑制生长。

教师向生物兴趣小组的学生说明实验探究的原理和目的，引导学生分析对照组和实验组，设计实验。学生上网搜寻实验材料和实验试剂，做好实验准备；课后实施该实验，并拍摄实验视频和记录实验数据。将生理状况基本相同的天竺葵枝条分别置于100 mL的蒸馏水、低浓度生长素溶液和高浓度生长素溶液中，记录扦插枝条生根数或生根长度。低浓度生长素溶液中的生根条数最多，其次蒸馏水，高浓度生长素溶液的生根状况最差。

教学时，兴趣小组派代表讲述科学探究的过程。教师引导学生思考：三种溶液中扦插枝条生根状况与生长素浓度的关系什么？高浓度的生长素溶液的扦插枝条的生根条数为什么最少？如何以坐标曲线的方式直观展示这一实验结果？学生分组讨论，结合教科书自主学习，从而理解和掌握植物生长素两重性作用的知识要点。教师继续例举生活中其他体现植物生长素两重性的例子，如顶端优势现象、根的向地性和茎的背地性等例子，引导学生分析，帮助学生灵活运用学到的知识要点，使学生达到知识迁移、深入理解的学习。

这样，学生通过对实验的探究和讨论，深入理解知识要点，同时也在一定程度上锻炼了科学探究能力和基于严谨的科学思维的表述。并且，因为学生代表表述的思维能更贴近学生的思维水平，可以起到带头作用，也更容易启发其他学生对知识点理解，提高了课堂实验教学的有效性。

3 课后延伸拓展，生成自发、质疑和创新实力

前面两步的培养使学生具有了一定的科学探究能力，教师要对学生继续引导。例如，针对学科某个知识点，教师继续提出疑问或进行拓展，让学生自主地分析问题，讨论解决问题的思路和方法，设计解决问题的方案。然后，学生讨论并实施，再根据实验结果，进行分享和交流、质疑和创新，探索更优的方案。教师如此延伸、拓展实验，最终使学生生成自发、质疑和创新的科学探究能力。

例如，必修一第六章第1节“细胞增殖”中学习有丝分裂知识点后，教师提出疑问：细胞的有丝分裂过程如果受到外界因素的干扰，对细胞分裂有影响吗？长期的手机辐射会不会影响细胞分裂呢？为了解答这个疑问，教师引导学生课后设计实验来证明。

教师引导探究小组的学生思考，课后独立地把实验方案写出来。学生展示彼此设计的实验方案，相互评价方案的科学性和可行性，教师指出方案不当之处，学生进行修正、完善实验设计方案。学生在课后时间进行实验探究“手机辐射对洋葱根尖细胞有丝分裂的影响”：培养洋葱若干个，在适宜的温度下培养备用，选取生理状况基本相同的洋葱，分为对照组（空白）、手机待机组、手机上网组3组实验，每组约2个洋葱。采取不同的手机辐射程度（等量的时间处理，处理3 d、7 d、10 d）；记录、计算每组洋葱的根的数量和长度的平均值；观察每组洋葱根尖分生区细胞的有丝分裂中期的图像。实验结果显示手机辐射在一定程度上影响了根尖细胞的形态和结构。手机待机组和上网组的细胞与正常细胞形态有一定的异常变化。另外，从3组根的数量和长度的数据曲线来看，手机辐射组的根生长明显减慢，尤其是手机上网组的生长速度更缓慢，根的长度和数量平均最最低。教师引导探究小组学生分析实验结果，讨论得出结论，及整理撰写实验报告。

课堂上，探究小组将实验过程在线上课堂呈现。教师引导学生思考：这个实验的结果真实吗？实验过程是否有失误之处？有无更好的实验方案？从而培养学生对实验数据真实性的质疑辨析能力，及对实验的一定的改进、创新能力。学生可在线上评价区进行讨论和交流。教师引导学生进一步思考：如果手机辐射对洋葱根尖细胞的细胞分裂有影响。那么，手机辐射对人体细胞的细胞分裂有影响吗？这样可以引导学生关注身体健康和培养健康的生活方式，应有控制性、适度地使用手机，从而建立正确的生命健康观念。

经过拓展、实践和提升，学生逐渐掌握了科学探究的方法和生成了科学探究的实力，也在一定程度上培养了科学探究精神和素养。当再次碰到科学疑问时，学生能独立地尝试设计实验方案进行验证，从而切实地培养科学探究能力，能根据实际问题去设计相关的实验或实践活动进行有效地探索和解决。

4 巧设实验教学，落实核心素养

生物学学科核心素养包含培养学生的生命观念、科学思维、科学探究和社会责任4个方面。学生的学习不再是简单识记课本上某个知识点，而是需要能更深层次地理解和运用这个知识点。这样既需培养学生的科学思维和科学探究，也需培养学生个人人生观、价值观的养成，及对社会、国家关注的情感和责任的生成。

在上述的实验教学过程中，教师通过课前预习导学、课堂科学探究和课后延伸拓展的教学策略，使学生的科学探究能力要素如发现问题、提出假说、设计实验、实验实施、讨论与交流，以及情意要素如团队合作、好奇心和求知欲、勇于质疑和创新等方面均得到一定的锻炼和提高。并且，在教学过程中，教师引导学生善于观察、发现问题、独立思考和分析问题，有利于学生形成严谨缜密的科学思维；引导学生独立思考，科学评价，并用科学理念去验证其正确性，有利于学生形成主动探索、积极进取的科学探究精神。此外，在实验实践过程中，学生体验了实验探究的乐趣，有成功的成就感，也有失败的挫折感，有利于帮助形成健康正确的生命观念；促进质疑和创新，养成坚强和勇敢的科学精神和科学态度，并对形成其社会国家责任担当有积极意义。