基于發展生物學核心素養的創新實驗室建設

王佳晨++王紅梅

摘 要：本文介紹了如何以創新實驗室建設為途徑，發展學生生物學核心素養的思考與實踐，包括依托學科環境建設，基于探究實驗和問題教學，立足課程建設和社會實踐等，從而培養學生的理性思維和科學探究能力，幫助學生樹立生命觀念和社會責任。

關鍵詞：創新實驗室 生命觀念 理性思維 科學探究 社會責任

《普通高中生物學課程標準》明確指出：高中教育階段的生物學課程是以提高學生的生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任等生物學核心素養為宗旨的學科課程，旨在讓學生習得生物學知識的同時，養成理性思維的習慣，形成積極的科學態度，發展終身學習的能力。而創新實驗室是以學科核心觀念、思想和方法為指導，恰當配置和使用儀器設備和技術，組織開展研究性教與學活動，進而培養學生學習興趣和探究、創新精神，提高學生研究性學習能力和綜合素養的實驗室，它既是高中課程改革和學校特色辦學的需要，更是發展學生學科素養，培養創新優質人才，實現學科價值的需要。為貫徹課程標準的指導思想，實現二者間的有機結合，筆者以本校生物創新實驗室建設和使用為例，闡述如何圍繞發展學生生物學核心素養的所做的一些思考與實踐。

一、依托學科環境建設，形成學生的生命觀念

生命觀念是指人們對觀察到的生命的總的認識或看法，是對生命現象及相互關系（或特性）進行解釋后的抽象[1]。學生應在理解生物學概念性知識的基礎上形成生命觀念，如結構與功能觀、進化與適應觀、穩態與平衡觀、物質與能量觀等，并能用于認識生命世界、解釋生命現象。本校的生物創新實驗室是以生態環保為主題，共分主體實驗室、河流水質治理綜合實踐基地和無土栽培休閑園三大區塊。在指導學生利用相應設施開展活動的過程中也滲透生命簡單到復雜、低等到高等、微觀到宏觀的進化發展觀、生物體乃至生態穩態與平衡觀以及物質與能量觀等。

1.主體實驗室

主體實驗室內設有中央處理區、檢測區、演示操作區、水質在線檢測區幾大功能區，其中檢測區又分為食品檢測實驗區、潔凈顯微觀察室、氣體檢測實驗區、水質檢測實驗區，可以對不同種類的水體或空氣污染物、有害物進行多種分析測試，通過測試指標了解當地的水質、大氣污染、食品安全等情況（見表1、表2）。在眾多檢測指標中，微生物指標是非常重要的一項，通過顯微觀察、查閱資料，學生將領會生物進化發展觀：在生物于環境相互作用的過程中，個體應把自己放在系統的生態環境中，適應相應的環境，并找到適合自己的生態位，也就是所謂的“適者生存”。

此外，實驗室在環境布置上還設立了生物學名人，如屠呦呦、袁隆平等的簡介，通過榜樣人物引領和激勵，讓學生一進入實驗室就受到感染和鼓舞，激發研究的動力和激情。實驗室內還擺放了大量的標本和模型和掛圖。模型的呈現，不僅幫助學生形成結構與功能相適應的觀點，也讓學生能夠更加直觀的觀察和感受充滿神奇和奧秘的生命現象。

2.河流水質治理綜合實踐基地

為達到理論與實踐相結合的目的，在學校西側一條污染較為嚴重的河流上建立了一個約30平方米的河流水質治理綜合實踐基地，上面架設生態浮床，種植吸收污染的植物，底部增加高分子納米底泥封淤網、施灑相關生物菌種和相關生化藥劑，達到污染治理，凈化水質的要求。同時，在其上面設立有遠程水質監測系統，可遠程監控該區域的水質變化，從而傳輸到主體實驗室進行分析。

在生物學的領域中，小到細胞，大到生物圈都是處于穩態與平衡中。系統中的不同組分在發生不斷改變，卻保持相對穩定。但當河流生態系統的變化超過一定的范圍，穩態就會被打破。通過對河流的檢測，學生從系統整體的高度分析和理解生命現象，對穩態和負反饋平衡也有更深刻的認識，從而樹立科學的辯證唯物觀。

3.無土栽培休閑園

在實驗室東側的平臺處，還建有無土栽培休閑園，該區域使用現代農業的無土栽培模式，無土栽培區集立柱栽培、管道栽培、廊架栽培等各種無土栽培形式，使學生掌握無土栽培的基本技術，了解現代農業發展的方向。

無土栽培研究的過程也是物質與能量觀深層次理解的過程：物質的代謝離不開能量，礦質元素、生物大分子等的運輸都需要能量、物質的轉化也伴隨能量的轉化，如光合作用，但物質與能量不會完全重合。

二、基于探究實驗和問題教學，培養學生理性思維和科學探究能力

理性思維是一種基于證據與邏輯推理的思維方式，理性思維的培養能夠引導學生遵循事物發展的規律認識本質，是學科核心素養的重要組成部分[2]。而科學探究能力是研究自然科學和社會科學必備的綜合能力，是個體適應社會、促進自我發展的重要素質。

1.開展問題教學，提升理性思維

不同于傳統實驗室以驗證性實驗為主，創新實驗室主要是通過學生現有的知識和能力去探索未知的問題，因此，培養學生的問題意識、思維水平、科研精神、創造能力是關鍵。我的生物創新實驗室為學生的創新研究提供了廣闊的學習空間，在學生熟悉掌握實驗室中儀器BOD測定儀、電導率儀、全波譜紫外可見分光光度計、自動滴定儀、溶解氧測定儀、無線數碼體視顯微鏡等設備原理構造、操作方法和應用范圍的基礎上自主開展創新實驗研究。在實驗室的教學方法上，我們打破原有理論重于實踐的傳統課堂教學模式，主要采用問題驅動的方式，即教師通過布置一定的實驗任務，提出問題，學生以小組合作學習方式開展活動，小組成員間相互商討、相互啟發，通過查閱文獻、實地考察確定研究方向和研究手段，進而開展實驗研究。

2.創設探究性實驗，引導主動探究

探究性實驗則是培養學生科學探究能力的重要途徑。我校生物創新實驗室的教學內容以探究實驗為核心，主要包括以下幾種類型：一是教材實驗的延伸和拓展，如“探究環境因素對黑藻胞質環流的影響”，創新實驗室較普通實驗室多了數字切片數字教學系統，為學生提供黑藻葉片臨時裝片等數字切片資源，無線數碼體視顯微鏡的輔助觀察更有利于實驗的深入開展；二是學生個人或團隊在生活中觀察發現并提出的問題，如運用實驗室的農藥殘留快速測定儀開展“農貿市場蔬菜中農藥殘留情況的研究”；三是由指導教師確定的研究項目，如“探究無土栽培條件下溫度和光照條件對不同植物生根的影響”，無土栽培園完善的滴灌系統為該研究的開展提供了保障。通過以上這些探究實驗的開展，讓學生針對特定的生物學現象，運用已學知識，進行觀察、討論、查閱文獻資料、設計實驗、開展實驗研究。

又如，關于學校西側河流污染的問題，教師提出“該河流為何會被污染？”的研究任務，學生通過前期的分析討論和實地調查研究最終發現污染源主要來自上游的餐飲企業的污水排放，通過實驗室分析檢測并查閱相關資料，進一步確定了污染的主要成分和治理方法，最終形成研究報告。探究實驗和問題驅動的教學方式改變了學生被動接受知識的弊端，促使學生主動研究，發掘創造潛能，有助于培養學生的合作精神和探究能力；同時，在科學研究過程中體會和領悟科學的思想觀念，從而形成嚴謹求實的理性思維和科研作風。

三、立足課程建設和社會實踐，在價值引領中提升學生的社會責任感

1.相關課程建設

創新實驗室應旨在滿足學生對課程多樣化、個性化的需求，著力培養學生的創新意識和實踐能力，因此，課程建設成為創新實驗室建設的關鍵。在契合我校辦學理念、培養目標的基礎上，遵循學生的認知規律、興趣愛好、個性特長，以培養學生的科學素養，強化學科綜合與拓展作為目標，教研組相繼開發了社會調查、環境監測、食品安全、無土栽培四大類創新實驗課程體系，包括《生物科學與嘉善產業》、《食品與健康》、《校園微生物探秘》、《水質污染與治理》、《無土栽培與花卉種植》等十多門課程。這些課程均注重理論與實踐的相結合，如《空氣污染與人類疾病》，在理論方面可以讓學生掌握空氣質量的劃分標準、常見空氣污染物的主要類型和對人體健康的影響；實踐方面通過調查研究、采樣分析確定空氣污染物的來源和成分，進而提出防治策略，進而激發學生對身邊的生活現象、農業生產和人體健康等相關感興趣的問題進行研究，進而將學科的研究領域進一步擴大。

2.社會實踐活動

生物學與生產、生活具有密切的聯系，生物學的學習不能局限于書本、課堂、實驗室，要把課堂延伸到大自然中、延伸到現實生活中，生物創新實驗室的教學也應該更加貼近自然、關注社會，從而培養學生參與社會事務的責任感。以社會實踐基地為依托，教師組織學生開展社會實踐活動：如組織學生到碧云花園參觀，學習杜鵑花種植技術；到科創中心了解先進生物技術的發展和前景；到東大樹脂有限公司了解企業在水污染治理方面的經驗和做法；參加公益宣傳，呼吁企業和市民有效的減少或阻止污水、廢氣等污染物的排放等。通過豐富的社會實踐活動，讓學生將知識與生活實際聯系起來，學以致用，進一步激發學生探究創新研討的能力和興趣。同學們在深入了解家鄉的生態環境和食品安全的現狀同時，形成了注重健康生活，關注生態環保和社會發展，從自我做起，自覺承擔社會責任，形成服務社會的意識與社會責任感。

四、結語

目前，各省市創新實驗室建設方興未艾，但綜上所述，筆者認為創新實驗室在建設和使用中要始終以發展學生學科核心素養為核心，突出學科環境建設，注重課程建設和教學方式的革新，在教學中給學生提供更多實踐性、開放性、探究性學習載體，從而讓學生從被動接受的教育轉變為主動學習；同時倡導實踐出真知，要讓學生與自然和生活對話，將生活、實踐中的問題帶入到實驗室的研究，充分參與并動手實踐，在體驗中培養學科興趣，提高科學思維能力，激發創新意識和創造能力，從而讓創新實驗室真正成為學生自主探索、創新研究的實踐平臺。

參考文獻

[1]蘇科庚.聚焦高中生物核心素養[J].中學生物教學，2016（08）： 62-63

[2]徐文珍，葉巧燕，黃鍵.發展學生生物學核心素養的思考[J].福建基礎教育研究，2006（12）：105-106