指向核心素养的高中生物学实验教学实践

黄丽丽

生物学是以观察和实验为基础的自然科学。在教学过程中，教师可以根据教学和学生实际选取教材中相关实验进行有效设计，引导学生亲自动手实践，通过实践获得认知，从而提升学生的素养。

一、概念教学实验化，促进学生生命观念的形成

新课程设计的基本理念之一是聚焦大概念，课程内容框架和体系是由许多核心概念组成的。在概念教学时，为帮助学生有效达成对相应概念的深入理解，新课程标准给出了相关活动建议。例如，“概念2细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”包含3个重要概念，10个次位概念。为了让学生理解概念2，新课标建议开展“通过模拟实验探究膜的透性”等7个教学实践活动，而这些则可以成为学生理解相关概念的实验活动。

又如，为了让学生理解“酶是一类能催化生化反应的蛋白质”，笔者将“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验引入教学活动，进行了如下设计和实践：

首先，创设问题情境。例如，细胞代谢过程中会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢。幸而细胞中含有一种物质，能将过氧化氢及时分解，变成氧气和水。这种物质就是过氧化氢酶。俗话说，肝脏是人体的解毒器官，是因为肝脏中含有很多分解有害代谢产物的酶，新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。酶是细胞代谢不可缺少的催化剂，与无机催化剂相比，酶催化化学反应的效率如何呢？其次，教师引导学生阅读教材提供的参考资料：经计算，质量分数为3.5%的FeCl3和质量分数为20%的肝脏研磨液相比，每滴FeCl3溶液中的Fe3+数大约是肝脏研磨液中过氧化氢酶分子的25万倍。提出疑问：如何设计实验比较过氧化氢在过氧化氢酶和其他条件下的分解速率？再次，教师引导学生结合化学知识分析实验原理，明确实验目的。小组合作制订实验方案，教师引导学生分析实验变量，提示学生控制无关变量。最后，教师提供如新鲜的质量分数为20%的肝脏（如猪肝、鸡肝等）研磨液等实验材料和用具供小组选择进行实验，观察实验现象，记录的结果如表1：

通过“比较过氧化氢在不同条件下的分解速率”的实验，学生亲眼看到了过氧化氢酶的神奇效果，切实体验到了肝细胞中过氧化氢的存在，感受过氧化氢酶催化过氧化氢高效分解，能深刻理解肝脏的解毒功效，认识到肝脏对人体的重要性。

二、数据分析精细化，培养学生的科学思维

生物学科的实验教学是推动学生科学思维发展的有效载体。丰富多彩的实验材料刺激着学生的感官，满足了学生探索未知世界的需求;严谨的实验操作能培养学生的实践技能，真实可靠的实验数据可以培养学生求真的科学态度;对实验数据进行精细化处理和分析可以得出正确的结论，可以训练学生科学的思维方式和方法。如笔者带领学生进行“探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度的预实验”时，某小组记录的实验数据如表2：

有几个小组记录的实验数据差距较大，得出的结论也各不相同。实验数据是在严格控制自变量，无关变量相同且适宜的条件下得到的，反映因变量的数据可以帮助学生挖掘隐藏在现象和结果背后的科学原理和规律。实验数据的可靠性与实验原则、无关变量的控制、实验室的环境、学生的操作等各种因素有关，教师可以用手机或相机等电子设备拍摄学生的操作过程，以备对实验数据进行误差分析。在对上述实验数据分析中，笔者帮助学生回放当初的操作过程，各小组比较分析存在差距的原因，找到产生误差的根源。通过分析发现，有的小组对实验无关变量的控制不到位，如处理枝条时，实验组每根枝条上留存的叶芽数不相等，枝条底部剪出的斜面大小不相同等。

在教学过程中，笔者发现一些学生实验能力不足，不善探究，而是坐等教师告诉他所谓的“真相”和结论，即缺乏用逻辑思维分析问题的习惯。这就需要教师在教学过程中合理设计，适时引导，促使学生动手操作和实践。尽管刚开始学生操作很不流畅，难免会出现较大的误差，但教师可以抓住契机引导学生分析误差以得出正确的结论。在实验过程中如实记录数据，分析误差，是培养学生求真务实的科学态度的有效途径，是锻炼学生高阶思维、发展学生科学思维的重要方式。

三、实验设计情景化，培养学生的科学探究能力

教师在设计探究性实验时可以引导学生在真实的情景中开启探究之旅。例如，在学习光合作用时，笔者将教材中的验证性实验“提取和分离叶绿体中的色素”设计为探究性实验，引导学生进行探究活动，具体做法如下：

1.根据常见的自然现象提出议题，如自然界中，绝大多数植物的叶片是绿色的;秋天到了树叶会变黄;绿色幼苗中偶尔会出现白化苗，白化苗由于不能进行光合作用，一段时间后会死亡。在上述情景性议题下引导学生进行头脑风暴提出探究的问题，有些学生说：“叶片为什么是绿色，绿叶中是否含有绿色的色素？”有些学生提出：“秋天叶片为什么会变黄，叶片中是否含有多种色素？”也有学生提出：“白化苗为什么会死亡，这与色素有关吗？”对学生提出的五花八门的问题，教师要及时引导学生总结整理成一个问题进行探究，如：“植物叶片中与光合作用有关的色素有哪些，能不能从绿叶中提取和分离到呢？”

2.依据要探究的问题，引导学生阅读教材提供的实验原理，设计实验方案。教师对学生设计方案时存在的问题进行解疑，帮助学生修正实验方案，如学生从教材中得知，分离绿叶中的色素所用到的层析液是由20份在60℃～90℃下分离出来的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成，而这三种化学物质对人体有害，影响健康，不好配制。教师建议可以用93号汽油代替，并提示汽油有挥发性，注意做好防护。

3.利用课余时间或下一课时（课时充足的话），教师帮助学生准备实验所需的材料用具，按照实验方案中的步骤进行实验得到图2所示的结果。

从上述结果分析可以得出，绿叶中含有四种色素，滤纸条从上往下依次是橙黄色的胡萝卜素、黄色的叶黄素、蓝绿色的叶绿素a、黄绿色的叶绿素b;在层析液中溶解度最大的是胡萝卜素，最小的是叶绿素b;含量最多的色素是叶绿素a，含量最小的是胡萝卜素。此时，学生恍然大悟，叶片中因含有大量的叶绿素使叶片呈现绿色;除了叶绿素外，还有少量的类胡萝卜素，秋天可能由于各种因素使叶绿素消失，叶片便呈现出类胡萝卜素所具有的黄色。得到实验结果后，很多学生被色彩分明的色素条带所吸引，他们相互对比，相互交流。有学生提出不把圆形滤纸剪成教材所說的滤纸条，而是直接在圆形滤纸上进行色素的分离可得到圆形的色素环。在教师的指导下，学生积极动手，做出了美观的色素环。这显然是对滤纸条制备步骤进行了迁移应用和创新，使学生的创新能力得到了发展。

笔者在设计探究实验时创设情境，引导学生进行探究实践，解决真实问题。如何使探究活动有序顺利地完成，需要教师在课前精心设计，课堂上耐心指导，这样学生才能自主探究、学有所获。

四、实验活动实践化，培养学生的社会责任

实验教学中，将科学知识与相应的生活经验和社会实践相结合是培养学生社会责任的一种有效的措施。高中生物学选修一的课题一“果酒和果醋制作”是引导学生开展实践活动的一个绝好题材，由此笔者创设情境，引入实践活动主题：金秋十月，瓜果飘香，成熟的水果如果销售不完就会腐烂，造成浪费，会带来很大的经济损失，如何解决这一问题？将剩余的水果酿制成果酒和果醋储存不失为一个很好的办法。

活动安排：此次活动安排在高二下学期，秋季的9—10月份，正值葡萄旺季，品种丰富，此时葡萄上的酵母菌数量多且活力强，发酵酿酒的效果极佳;对我们所生活的地区（甘肃省定西市岷县）来说，此季节的温度正适合酿酒，温度适宜，发酵现象非常明显。

实践活动的实施：

1.材料及用具的准备：发酵瓶、纱布、榨汁机、盛葡萄汁的容器等，市場上购买的新鲜葡萄10斤。将盛放葡萄的器材和用具做好消毒处理。

2.将鲜葡萄去除枝梗和腐烂的籽粒，用清水冲洗1～2遍去除污物，注意冲洗次数不宜过多（避免冲走葡萄上的酵母菌）。

3.用榨汁机把葡萄榨成汁后装入发酵瓶，或用干净的手将葡萄捏碎流出汁液，用洁净的纱布将汁液过滤到发酵瓶中，但注入的果汁量不要超过发酵瓶总体积的2/3，盖好瓶盖。也可以将一部分发酵瓶用洁净的纱布封口（不盖瓶盖），用于果醋的发酵。

4.把发酵瓶放于适合的温度下进行发酵：葡萄酒的发酵瓶置于自然环境温度（18℃～25℃）下发酵，由于发酵旺盛期将会产生大量的CO2，因此每天要拧松瓶盖2～4次进行排气，以防止发酵瓶爆裂。葡萄醋的发酵瓶放入实验室的恒温培养箱中发酵，温度设置为30℃～35℃。或者当果酒酿成之后，可以在发酵瓶中加入醋酸菌或醋曲，用干净的纱布封口后转移到实验室的恒温培养箱中（温度设置为30℃-35℃）发酵。

5.10天以后可以进行果酒和果醋的检测：笔者和学生进行了一次愉快的品酒尝醋活动，品着自酿的酒和醋，学生脸上洋溢着幸福和自信的微笑。有些学生品酒后提出了新的问题，如有没有新的技术来提高酿制葡萄酒的效率？发酵时加入白砂糖会改善葡萄酒的口味吗？

通过此次自酿酒和醋的实践活动，学生不但熟悉了传统发酵技术，深刻理解了发酵的原理，而且认识到了传统酿制技术给人们带来的便利，体验到了中华优秀传统文化的魅力，更重要的是提高了学生学习的兴趣。利用这一素材，激发学生动手制作的兴趣，培养学生的实践操作能力，渗透STS教育，让学生将所学相关知识运用于实践，真正体会到生物科学的意义所在。

实验是提升学生生物核心素养的重要支撑。实验教学为学生动手动脑提供了平台，学生在“做中思，做中学，做中悟”中深刻地理解了科学概念，获得了丰富的感性认识，加深了对科学原理、规律的理解，促使生命观念形成;学生思维的系统性、灵活性、独创性、敏捷性能在实验设计、实施和修正实验方案的过程中得到发展，提升科学探究能力;细致严谨的操作过程、如实记录实验结果，有助于培养学生严谨、求真的科学态度，发展科学思维;实验设计过程中考虑实验成本、废物的产生和有毒物质的处理，将实验活动与生活、社会实践相结合等都有助于培养学生的社会责任和担当。

（作者单位：岷县第四中学）

编辑：李琴芳