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基于核心素养的中学生物实验教学变革
摘 要：基于核心素养的高中生物课程标准对生物实验教学提出了更高要求,然而目前很少有实验课程促进学生核心素养提升的研究.文章通过分析生物实验教学中存在的问题,结合核心素养以及《普通高中生物学课程标准》提出了几种改革生物实验教学的方法,期望能为实验教学质量的提高、学生学科素养的提升提供参考.
关键词：中学生物实验；核心素养；生物课程标准
作者简介：刘轶,西南大学附属中学校教师.（重庆 400700）
中图分类号：G633.91
文献标识码：A
文章编号：1671-0568（2018）25-0119-03
2016年9月,《中国学生发展核心素养》正式发布,所谓核心素养是学生应具备的,能够适应终生发展和社会发展的必备品格和关键能力,发展核心素养将会成为未来教育的核心.在教学实践中,将核心素养转化为学科素养才能让核心素养真正得以落实.《普通高中生物学课程标准（征求意见稿）》便提出了生物学课程从生命观念、理性思维、科学探究和社会责任等方面发展学生的学科核心素养.
随着《中国学生发展核心素养》和《普通高中生物学课程标准（征求意见稿）》的推行,生物学科教学发生着翻天覆地的变化,以学生为主体,激发学生主动参与教学活动,在新型教学资源与多种形式的课堂活动辅助下历练学生动手实践能力、探究能力、分析问题和解决问题的能力以及团队协作能力,从而全面培养学生的核心素养.实验教学作为生物学科教学的重要组成部分是培养核心素养的重要途径.然而,现阶段生物实验教学仍面临诸多问题：学生对学科兴趣不大,学习内驱力不够；学生对知识掌握不全面,仍然通过讲、记、背的形式掌握理论知识；课本知识、考试知识掌握得较好,对于课外的知识了解太少,知识的应用、理论联系实际的能力欠缺；学生动手能力不强,对实验设计、方法、步骤只知其然,不知其所以然,创新意识缺乏；教师在教学过程中过分看重实验教学的应试功能而忽略了实践功能,课堂上忽视了学生的主体作用,导致学生的实践能力和动手能力差,科学思维和实验探究能力较弱.在这些问题的影响下,目前生物实验课程教学效率不高,教学效果不佳.核心素养、新课标甚至新高考都对生物实验教学提出了更高的要求,故实验课程改革与创新迫在眉睫.
在中学生物实验教学中,教师应明确学生的主体地位,设计丰富有趣的实验内容,让学生主动思考、深入探究,在思考问题与解决问题中把握生物学科学习的真谛.同时,要创新学习形式与教学方法,培养学生的实践运用能力,激活他们的创新思维.
一、创新教学形式,寓学于乐
创新学习形式是新课标的要求,如何在实验课程教学中达到这一效果呢？兴趣是最好的老师,在实验教学中可将实验内容趣味化、生活化,寓学于乐,以激发学习兴趣,增加学科乐趣,让停留于教材的生物知识真正走进学生,让枯燥无趣的实验课变得多姿多彩.教师可带领学生开展生物模型与标本制作、植物敲拓染、人工琥珀制作等活动,开设精油提取、精油皂制作、酸奶制作、生态瓶制作等学生感兴趣的实验,让学生真正参与到实验中来,真正发挥学生的主体作用,让他们在活动与实验中体验生物学科的乐趣,内化生物学知识,进而培养生物学科核心素养.例如,生态瓶的制作能让学生深入理解生态学知识,将人与自然、科学紧密联系在一起,融入生态教育、生命教育.
此外,还可以改变教学模式来创新教学形式.翻转课堂作为近年来兴起的一种新型教学模式,是指重新调整课堂内外的时间,将学习的决定权从教师转移给学生.课前让学生通过以教学视频为主的教学资源实现知识的传授,课上通过同学讨论、个别化辅导、自主探究或者测验题等方式完成知识的内化的一种教学模式.利用翻转课堂教学模式的优势,设计基于翻转课堂的生物实验教学模式.例如,将“练习使用显微镜”和“馒头在口腔中的变化”两节内容分别作为验证性实验和探究性实验的案例进行教学设计,能达到理论与实践有机结合的效果,实验教学方式新颖,学生参与度高,教学效果较佳.[1]
二、创新实验材料、方法与实验设计
创新力的提高是培养学生核心素养的重要保障,而实验是提高创新力的有效方式.实验创新从核心素养的角度来看,能培养学生的逻辑思维能力和科学素养.从学生的终生发展而言,能培养学生的创新意识、创新思维,激发学生创新潜能,引导学生思考,促进学生个性和谐发展；从学科教学而言,可以提高学生的参与度,提高实验教学的有效性.在生物实验开展中,可从以下方面进行创新：
1. 实验材料创新.“叶绿体中色素的提取和分离”实验分为提取和分离两个过程,提取材料为菠菜,根据实际情况可用生菜、韭菜等鲜嫩绿色较深的植物材料代替.分离过程中滤纸条放入试管中容易接触到试管壁上的层析液,可以将试管换为小烧杯,底部放适量层析液,将高于烧杯的滤纸条顶部折弯挂在烧杯上稍微倾斜即可.同时,实验材料可以利用身边的资源,就地取材.例如,在“绿叶在光下制造有机物”实验中,所用到的天竺葵并非所有地方都有,可使用常见的酢酱草或蔓花生等野生小植株替代天竺葵,效果良好；在“观察小鱼尾鳍血液流动现象”时,可使用常见的蝌蚪替代小鱼,就地取材,方便适合并节约购买经费.[2]
2. 实验方法创新.教材上的有些实验过程缓慢、耗时长,且实验效果不佳,可以通过一定手段对其进行适当改进与创新,提高实验效率.用料理机或打浆机替代人工研磨、用恒温可调节水浴锅代替酒精灯进行水浴加热.
借助新技术对传统实验进行创新,例如,利用传感器开展生物学实验,可将实验中不可见的现象成为可见,把难以测定的数据变得方便测定,还能实时采集实验数据,展现生命现象的动态过程,且用传感器测得的数据较精确,灵敏度高,能捕捉到微弱的变化.[3]目前传感器已被用于“探究生物的呼吸方式”“生物体维持PH稳定的机制”“环境因素对光合作用强度的影响”[4]等实验.又如,对于显微镜观察类实验可借助于显微数码互动系统.通过显微数码互动系统,教师能在终端计算机中看到每组学生的操作情况,并及时对学生进行指导.而且利用配套操作软件能将事先准备好的显微形态结构、生命活动等进行数码摄像,储存于计算机内,待需要时通过多媒体投影到学生课堂银幕上或每组学生的计算机终端上.
3. 实验设计创新.探究性实验较验证性实验更能培养学生的思维能力,教师在教学过程中可对课本实验进行创新,将验证性实验改为探究性实验.例如.将检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的实验融入种子萌发的过程中,在学生掌握理论知识的基础上,带领学生鉴定种子萌发过程中不同阶段的有机物,让学生通过颜色的深浅判断出种子萌发过程中糖类、脂肪、蛋白的变化趋势.这种实验设计能让学生对糖类、脂肪和蛋白质的鉴定及种子萌发过程的理解更深入.又如,将验证性实验“唾液淀粉酶对淀粉的分解作用”变为探究性实验“探究唾液淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解”,也改变了实验教学模式,改变学生学习方式.[5]此外,教师还可让学生对教材实验进行探究.如“绿叶中色素的提取和分离”实验中可引导学生对色素提取方法改进进行探究.[6]教材实验的创新设计既能增强学生对学科知识的理解,也提升了学生分析问题、设计实验的能力.
三、拓展实验宽度,丰富实验课程
《普通高中生物学课程标准（征求意见稿）》对生物学科教学内容作了较大幅度的调整,教学内容少而精.课程是教学的生命,生物实验课程丰富,开设有必修与选修课程.其中,必修主要是课本实验,选修实验可设置成进阶式的课程,包含兴趣课程、拓展课程、专业实验课程.兴趣课程开设诸如精油提取、精油皂与精油润唇膏制作、酸奶制作、植物敲拓染等课程；拓展课程主要是结合教材知识点开设新的实验内容,如植物向性运动的实验设计,可以要求学生不局限于课本上的实验材料和用品,自己选择合适的实验材料和用品开展实验；专业实验课程主要是让学生掌握植物组织培养、微生物的培养与分离、微生物鉴定、凝胶电泳、基因扩增、分子杂交等实验技术.多元化的课程设计,让学生在掌握课本知识的基础上,更深入掌握科学研究的思路与方法,有利于学生的终生发展.
四、增加实验深度,引导学生开展课题研究
实验探究既是生物学科核心素养的内在要素,又是综合培养学生生物学科核心素养的一种有效方法.如果生物实验仅限于教材中的内容,就不能达到新课标的要求,所以,生物实验教师除了完成常规实验课程,还需引导学生关注现实世界中的生物学问题,在课余时间进行实验探究、课题研究,让学生通过实验更深刻地理解专业知识.通过此种形式培养学生提出问题、解决问题的能力,培养学生的创新意识、合作意识、科学思维、科学态度.对于课题方向的选择,我们可以从日常生活中与生物学相关的问题入手,如环境保护、食品营养与安全、社会伦理、医药卫生等,这些研究内容能充分体现生物学科核心素养的社会责任.
生物实验教学是培养学生能力的重要途径,既能激发学生的学习兴趣,巩固理论知识,又能培养学生的观察能力、动手操作能力、科学探究与创新能力.在新时代背景下,教师在日常教学中要善于挖掘能培养学生综合能力的实验,开发相关课程与活动,促进学生综合素质的提升,提高学生的核心素养,促进学生全面发展.
参考文献：
[1] 李响．翻转课堂在初中生物实验教学的应用研究［Ｄ］．河北：河北师范大学, ２０１６．
[2] 谢婕, 吴松斌, 陈佳敏． 中学生物实验存在的问题及改进原则［Ｊ］．广东第二师范学院学报,２０１６,３６,（５）：１０８－１１１．
[3] 黄婷．使用ＰＡＳＰＯＲＴ传感器探究“生物体维持ｐＨ稳定的机制”［Ｊ］．中学生物教学, ２００７,（６）： ６０－６１．
[4] 李乐峰, 丁元元． 用氧气传感器进行“光合作用释放氧气”实验教学的探索［Ｊ］．中学生物 教学,２０１５,（１１）：５０－５１．
[5] 张淑伟．高中生物实验创新研究［Ｄ］．陕西：陕西师范大学,２０１３.
[6] 郭琪琦．基于核心素养的中学生物实验创新趋势［Ｊ］．中学生物教学,２０１７,（７）：１１－１３．
责任编辑 黄 晶
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