核心素养视域下的探究实验教学研究

黄萍?钟进清

【摘要】高中生物学实验有助于学生理解和巩固生物学概念，促进学科核心素养的提升。本文分析了目前生物实验教学的现状，阐述了在核心素养背景下，以探究为核心的生物实验教学的意义；并以探究“影响酶活性的条件”实验为教学案例，展示教师引导、学生自主探究的实验教学过程。

【关键词】核心素养；探究实验；酶活性

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》提出：“加强和完善生物学实验教学是促进学生达成生物学学科核心素养的重要支撑。”在生物学科中，高质量的实验教学可以有效地促进学生生物学科核心素养的提高。然而，理想和现实之间存在着一定的差距。

一、探究实验教学现状

1.教师方面。生物学课程标准和生物教材中所呈现的实验，与学生应掌握的科学方法和操作技能、重要生物学概念的建构等密切相关。这些实验可以说是教学的重点和难点，基本上是学生需熟练掌握的实验。但由于课时紧、实验操作难度较大或缺乏实验条件等因素，高中生物实验课开课率低。在生物实验教学中，教师较多地口头讲述实验过程以及实验原理，学生仅作为被动的“接收者”，动手实验的机会少，生物实验课的价值没有得到体现。

随着多媒体技术的普及，有的教师倾向于采用多媒体演示生物学实验，演示实验能吸引学生的注意力，但不利于学生实验探究能力和操作能力的培养。在组织学生进行实验过程中，大多数教师比较在意的是学生的操作步骤是否规范，实验结果是否正确，忽视了对学生实验相关能力的培养。

2.学生方面。教师遵循教材中的材料、步骤和方法开展实验教学，学生按照实验步骤进行就能得出结果。在生物实验操作中，大多是以教师为主体，有时候甚至是教师手把手地完成，学生成了“旁观者”，没有充分参与到实验的各个环节中。这样的教学模式不仅阻碍了学生实践能力的培养和发展，学生对实验操作中的科学原理也是一知半解。

实验教学模式的单一化，难以激发学生对生物学实验的兴趣。教师更多地关注书面成绩，对实验操作技能和实验相关能力的培养不够重视，也没有意识到其重要性。不少学生认为生物实验的学习是靠“背”和“记”，即使花费了大量时间和精力去做实验，对学习效果也没有多大影响。在这种误解下，学生参与实验的积极性低，实验能力也得不到提高。

二、核心素养背景下的探究实验教学要求

科学探究是生物学学科核心素养的重要组成部分，要求学生能针对特定的生物学现象进行观察、提问，并进行实验设计和操作，具备对实验结果进行交流和讨论的能力。在生物探究实验教学中侧重科学探究过程，可以让学生掌握科学探究的基本思路和方法，提高学科核心素养和实验能力，对于教师和学生都具有重要意义。

1.教师要成为“引导者”和“开发者”。新课程改革要求打破课堂教学中教师“一言堂”的局面，在实验教学中采取探究式教学模式，可以有效地顺应新课程改革。对于生物教材中的重要实验，教师应尽量创造实验条件，设置合理的实验探究情境，激发学生的兴趣，引导学生积极参与探究，提高动手、动脑的能力。教师通过对教材实验的深入研究，还可开发适合本校学生实际的实验课程资源，在提高生物实验课堂教学质量的同时，提升教师自身专业素养。

对于生物教材中难以开展的实验，教师应根据学校的实际情况和本校学生的特点，对教材中的实验进行开发、改进和优化。可从以下两方面着手：一是根据教材实验内容增加相应的素材和思考、讨论等环节，引导学生去主动探究、积极参与；二是在遵循教材实验目的和实验原理的情况下，对教材中的实验材料、方法等进行改进（示例见表1），在学校条件有限的情况下增加实验开出率。

2.学生由“接收者”转变为“行动者”。好奇是人类的天性，中学生对于未知的事物和问题常常具有强烈的好奇心和求知欲。生物实验探究活动本质就是提出问题并解决问题。学生在发现问题的过程中思考与探讨，然后以动手实验、观察为手段，形成对问题的解释，最后得出探究结论。整个过程契合中学生的特点和认知规律，可以提高学生的积极性和成就感，与学生仅作为“接收者”的教学模式相比，优越性是非常明显的。

表1 生物教材实验材料改进示例

例如在开设“绿叶中色素的提取和分离”实验时，有的学生不理解在研磨绿叶时为什么不能加水提取色素，而是加无水乙醇？为了解答学生的疑惑，并引出本实验色素提取的科学原理，笔者用多媒体创设了一个常见的生活情境：在绿色的草地上，两个小男孩在草地上嬉戏，他们的白裤子上粘了绿色的草汁。然后设疑：白裤子上粘了绿色草汁，用清水能洗掉吗？大多数学生都有这样的生活体验，衣服上沾染了绿叶色素，用水很难洗掉。那怎么办呢？学生的答案五花八门。哪些答案是正确的呢？笔者引导学生思考：草汁中绿色的主要成分是什么？学生通过课本内容，了解到是叶绿素等色素，这些色素不溶于水，所以用水很难洗掉。有没有别的方法呢？学生继续探究，这些色素不溶于水，但易溶于酒精等有机溶剂，因此可以用酒精等有机溶剂洗掉白裤子上沾染的色素。笔者进一步引导：本实验就利用了色素的这种特性，在研磨时加入无水乙醇，用无水乙醇来提取绿叶中的色素。将实验探究与日常生活相联系，并层层深入，激发学生的探究欲望。

三、探究实验教学模式

实验探究的目的不是为了获得统一的结论，而是让学生感受科学探究的过程，在探究过程中培养学科核心素养，提高实验能力。

1.实验探究原则。教师在学生实验探究的过程中，要做好“引导者”，学生探究的方向、探究主题与教材实验内容直接相关，不能为了“探究”而探究，避免额外占用太多教学时间。

在生物实验课开展之前，教师可以让学生根据实验内容，以小组为单位，去准备实验课需要用到的材料。这样能充分调动学生的积极性，还能增加学生交流和分享的能力。在进行生物实验课的时候，可以根据小组的人数合理地安排实验任务，保证每个学生都能参与到实验当中去，而教师则需做好引导和指导。要让学生在实验中充分发挥他们教学主体地位，这样才能够真正锻炼学生的实践操作能力。

2.探究实验教学案例。下面以探究“影响酶活性的条件”实验教学为例，阐述教师引导、学生自主探究的实验教学模式。

（1）实验分析。“影响酶活性的条件”是人教版高中生物必修1“分子与细胞”中的实验。酶在细胞代谢中具有重要作用，通过这个探究实验，学生可以加深对酶特性的认识，并认识自变量、无关变量、因变量等相关概念，初步掌握生物对照实验设置的方法。

（2）探究过程。本实验探究的过程为：提出问题→作出假设→设计实验→进行实验→分析结果→表达交流。

①创设情境，提出问题。教师利用多媒体课件展示：

情境1：加酶洗衣粉去血渍、奶渍的效果强，其使用注意事项为：用温水效果最佳，不能使用60℃以上的热水。

设疑：如果我们洗衣服时使用了60℃以上的热水或温度低的冷水，加酶洗衣粉效果会如何？

情境2：人体消化道不同部位消化液pH不同，如唾液pH为6.2～7.4，胃液pH为0.9～1.5，唾液淀粉酶会随食物流入胃。

设疑：唾液淀粉酶流入胃，还能继续起作用吗？

学生阅读课件内容，分组讨论“我想要探究的问题是什么”“我对问题作出的假设是什么”。小组内交流，确定要探究的问题。

设计意图：从学生熟悉的生活场景出发，引导学生思考影响酶活性的条件。情境中提供的素材接近学生的认知，易于激发学生的好奇心和进行探究的兴趣。

②选择材料，设计实验。教师展示实验材料和实验器具，并引导学生：对于本组要探究的问题，你认为实验的自变量是什么？实验分为几步操作？实验组和对照组应如何设置？

各小组根据所列问题，讨论实验方案，并写出简要的实验流程。安排两到三个组的小组长展示各自的实验方案，介绍本组的实验设计。其他小组倾听，并对展示的方案进行评价。

教师在学生介绍实验方案时，应及时进行鼓励和纠正：实验组和对照组的设置是否合理；自变量的确定是否正确；无关变量的控制是否合适等。

设计意图：问题形式有助于学生理清实验设计思路，以小组为单位进行实验设计，可以提高学生的交流能力和合作探究能力。交流各组的实验设计方案，通过小组间互评，教师点拨纠正，有利于修正和完善实验设计中不合理的部分，确保学生的实验方案科学、合理，具有可操作性。

③进行实验。教师利用大屏幕对实验操作和记录提出要求：小组内的成员要明确分工，记录观察到的实验现象。各小组进行实验，组长协调分工，进行实验操作，并做好实验现象记录。教师巡视，指导学生规范操作。在实验中遇到问题，小组讨论解决或咨询老师，并进行重复实验进一步验证。

设计意图：让学生在动脑思考和动手实验的过程中解决问题，提高成就感。同时锻炼学生的动手能力，增强规范操作意识，提高团队分工合作能力。

④分析结果，交流总结。小组派代表在班级交流实验现象，教师引导学生分析、总结实验结果，得出实验结论。学生交流探究，尝试对实验中出现的现象作出解释；并就实验中出现的疑惑，思考如何开展进一步探究。

设计意图：通过交流和思考，引导学生在本次实验的基础上，提出新的探索问题，进行更深入的思考探究。这样有助于培养学生对实验的严谨性和孜孜不倦的探索精神。

可见，基于探究的实验教学，可以挖掘课本实验的内涵；实现生物学实验的价值；提升实验教学的质量，充分体现“自主、探究、合作”的新课程理念。让学生自主探索，主动求知，学会分析问题和解决问题，这个过程的实质就是在培养学生的学科核心素养。设置以探究为核心的实验教学，也有利于教师专业素养的提升。

（基金项目：本文系海南省三亚市2022年小课题“高中生物学探究实验教学模式实践研究”的研究成果，课题编号：A402-2022005）