基于核心素養的高中生物實驗優化方法

■安徽省淮北市第十二中學 李 曼

生物是包含各種生命現象的一門學科，課程教學也多是引導學生通過觀察和分析掌握抽象的生命概念和生命觀點。核心素養則是當前重要的教學理念之一，要求教師在教學中充分尊重事實，用證據說話，引導學生運用合理的方法和思維去學習。而實驗是加深學生對知識理解的有效措施，鍛煉學生動手實踐能力的同時，助力其良好探究習慣的養成。因此，教師應注重對生物實驗教學的優化，促進學生核心素養的發展。

一、核心素養下優化高中生物實驗的意義

（一）激發學生學習興趣

興趣是人類探索未知的原動力，是一種心理表現，也是獲取知識、開闊視野的一種驅動力。生物實驗具有真實、直觀、形象的特點，學生在操作中能夠有效激發探究興趣，且教師多會在實驗教學中制定明確的目標，讓學生目的明確地展開學習，有助于教學效率的提高。更重要的是，為了保證實驗順利開展、實驗結果證明相應的結論，學生在操作中應積極動腦思考，努力克服實驗中遇到的困難，這樣才能獲得實驗成功。而此時成功的喜悅和探究的興趣都會轉化為對科學的熱愛，是培養學生科學素養的重要手段。

（二）提供認知學習情境

高效的學習不僅需要明確的教學目標和完善的教學設計，還需要符合學生的認知規律，組織學生由淺入深地學習，通過“感知—理解—應用”掌握生物知識。而教師在教學中要為學生營造良好的學習情境，提供充足的材料，為高效學習奠定良好的基礎。

（三）掌握科學研究基本過程

高中生物實驗多由科學家探索過程演化而來，充分體現了科學研究的基本過程，學生在實驗中需要體驗這一過程，并結合具體實驗步驟獲取其中蘊含的知識，將對知識的認知由感性上升到理性。學生掌握科學研究的基本思路，將發現問題、分析問題、解決問題的基本程序逐漸轉化為良好的思維習慣。

（四）培養研究能力與創新能力

對高中生而言，研究能力與創新能力是核心素養的重要組成部分，教師應引導學生運用所學知識、技能和經驗積極探索未知問題，并主動思考和解決，而具有探索性質的實驗能夠促進學生能力的發展。在高中生物實驗教學過程中，教師應采取多樣化的手段培養學生的探索能力和設計能力，如結合教學內容給出實驗課題，讓學生自行設計實驗方案，并提供豐富的實驗儀器、材料和試劑，鼓勵學生采用不同的方法設計同一個實驗課題，在不影響實驗結果的基礎上加以創新。

二、核心素養背景下高中生物實驗優化策略

（一）做好準備工作，注重觀念培養

生命觀念是生物核心素養的重要組成部分，也是生物教學目標之一，教師應注重教學準備工作的開展，有效培養學生的生命觀念。在以往的高中生物實驗教學中，部分教師忽視了實驗前期準備工作的重要性，沒有做好課程銜接，學生無法提前了解實驗教學主題及開展形式，也不會產生主動探究興趣，甚至在課堂教學進度緊張時，會利用語言講解來代替實驗教學，在這種教學模式下，實驗準備工作并不充分，不利于學生思想觀念的發展。對此，教師應重視實驗準備工作，并在備課環節做好充足的準備，讓學生通過自主學習對實驗形成感性認知，以便在課堂實驗教學中緊跟教師思路，形成良好的生命觀念。

以人教版高中生物選擇性必修第一冊《第1 節植物生長素》教學為例，為了讓學生掌握生長素的相關知識，加強對生長素的理解，教師應積極做好準備工作：

首先，在課前引導學生自主閱讀教材，觀察植株的生長方向及特點，并提出問題：“什么原因導致植株生長方向發生了改變？這種改變有什么意義？”讓學生在思考中激發探究興趣，同時明確新知主題。

其次，教師圍繞“生長素”設計微課視頻，要求學生在課后觀看，自主學習，了解“達爾文實驗”“包森·詹森實驗”“拜爾實驗”“溫特實驗”等實驗過程及結論，聯系生活實際分析生長素對植物成長的重要性。

最后，教師在微課視頻結尾設計探索問題：“植物激素和動物激素都被稱為激素，兩者有哪些異同？”學生在自主學習的基礎上組織語言加以總結，加深對生長素相關內容的認識。

基于此，學生通過自主學習能夠在正式教學前對生長素有較為深刻的認識，課堂中實驗教學活動的開展也會更加順利。

（二）優化實驗模式，學生主動參與

實驗是培養學生科學探究能力的主要途徑，也是學生未來發展必需的能力，是素質教育背景下教師教學中的重要內容之一。但是在當前的實驗教學中，部分教師對實驗教學模式存在一些誤解，通常通過演示實驗和驗證實驗開展教學活動，其中，演示實驗一般由教師操作或播放多媒體課件，驗證性實驗則通常安排在理論知識講解之后，運用所學知識來操作實驗。這兩種實驗方式是生物教學中較為常見的，但有著明顯的缺點，演示實驗中學生的參與度較低，驗證性實驗會影響學生的探究興趣。對此，教師應積極調整實驗教學模式，增加探究性實驗數量，先結合教學內容提出問題，再引導學生結合問題提出猜想，根據猜想設計相關實驗探究活動。由此，重現知識被發現和形成的過程，并讓學生在參與中豐富學習感悟。

以人教版高中生物必修第一冊第3 章《細胞的基本結構》教學為例，本課“觀察洋蔥表皮細胞的質壁分離”實驗是教學的難點，教師應優化實驗模式，讓學生在主動參與中加深對知識的理解。

首先，教師在課堂初始為學生講解細胞的基本結構，以“影響洋蔥表皮細胞質壁分離速度的因素”為主題開展探究性實驗，引導學生以小組合作的形式，在互動中逐層遞進地展開探討。

其次，為了保證小組探究實驗順利開展，教師應為學生提供相應的學習資料，如“成熟植物細胞的原生質層”模式圖，讓學生在觀察中掌握細胞壁、細胞膜、液泡等結構特點，分情況討論細胞液失水和吸水的情況，進而在探究中明確實驗原理。

再次，教師為學生提供充足的探究空間，讓學生結合自主學習中對細胞結構的認知大膽猜想，初步設計實驗方案，并在小組討論中完善實驗方案，為探究實驗順利開展奠定良好的基礎。

最后，教師為學生提供相應的實驗器材，鼓勵學生在小組合作的模式下結合實驗方案展開探究，通過“制作臨時裝片—顯微鏡觀察—滴入含有紅墨水的蔗糖溶液—顯微鏡觀察—滴入清水——顯微鏡觀察”等步驟，將觀察結果記錄下來，再結合實驗結果與同組成員展開探究，從而掌握質壁分離規律。

基于此，合理開展探究實驗，讓學生參與實驗猜想、實驗方案設計和總結等過程，在解決問題的同時培養科學探究素養。值得注意的是，為了保證小組合作順利開展，教師在實驗中應按照學生能力劃分合作學習小組，并在學生遇到問題時提供幫助。

（三）引入相關案例，培養社會責任

社會責任感是生物素養的重要組成部分，也是學生成長中必不可少的能力，教師應借助實際案例展開教學，引導學生在生物、技術與社會關系的基礎上明確責任感的重要性。在以往生物實驗教學中，部分學生的學習態度存在一定的問題，包括操作不規范、渾水摸魚等，都嚴重限制了實驗效率。對此，教師在實驗教學中應強調安全問題，借此培養學生的社會責任意識，讓學生明確實驗存在的危險，以及出現安全事故的概率，從而形成社會責任感，在實驗中嚴格按照規范操作。

以人教版高中生物必修第二冊第1 節《孟德爾的豌豆雜交實驗（一）》教學為例，為了讓學生了解孟德爾雜交實驗過程及提出的假說，解釋分離現象，教師應引入相關案例，讓學生在掌握知識的同時形成社會責任感。

首先，教師以教材中后人對孟德爾的評價為切入點，向學生介紹孟德爾的主要成就，讓學生認識到孟德爾雜交實驗對遺傳學發展的重要意義，并了解孟德爾豌豆雜交實驗的原理和優點。

其次，教師組織學生模擬操作“人工異花傳粉”的過程，并引導學生思考：“豌豆去雄在開花前還是在開花后進行？”引導學生大膽猜想，設計科學的實驗步驟，再進行實踐操作。由此，讓學生在實驗中通過動手實踐掌握知識點。

最后，為了進一步激發學生的學習動力，教師應從生活實際出發，引入孟德爾自由結合定律在植物育種以及動物優化育種中所做出的貢獻，如市面上的番薯有多個種類，平常吃的有白心、紅心、紫心等品種，其中紅薯和白薯較為常見，而紫薯近年來逐漸普及，而從紅薯到紫薯就是不斷培育的結果，是孟德爾定律的不斷應用。

基于此，學生可以在實驗中總結知識，并結合具體案例認識到孟德爾為人類發展所做出的突出貢獻，進而聯系自身的學習行為，明確自身作為社會公民應該承擔的義務和責任，從而樹立社會責任意識。

（四）聯系生活實際，培養應用意識

學習知識的根本目的在于應用，培養學生的應用意識在高中生物課堂尤為重要，也是核心素養培養的重要目標。其中，生物實驗具有較強的實踐性，教師結合生活實際積極創設情境，讓學生認識到生物實驗與實際生活之間的聯系，以及生物學習的價值。具體來說，在實際教學中，教師應在生物實驗與現實生活之間搭建溝通的橋梁，讓學生在實驗中調動生活經驗來解決實際問題，不斷提升知識應用能力。

以人教版高中生物選擇性必修第二冊第5 節《生態系統的穩定性》教學為例，為了鍛煉學生的實踐能力以及知識運用能力，教師應聯系生活實際培養其應用意識。

首先，教師應組織學生操作“設計并制作生態缸”的實驗，先向學生介紹實驗的背景知識和實驗原理，并以探究活動角度引導學生從提出問題、做出假設、設計實驗、觀察記錄、分析實驗、得出結論的流程完成本次實驗活動。

其次，鼓勵學生以小組為單位，利用周末時間自行準備好材料，準備過程中應盡量選擇常見的事物，突出生物實驗與生活實際的聯系?；顒訉嵤╇A段，教師應將班級學生分成6—8 人學習小組，分工合作完成材料準備和實驗設計等流程，這一過程中，學生借助手里的材料將適量的植物、動物等放入密封的玻璃缸中，模擬人工微型生態系統，讓學生觀察人工生態系統的穩定性，總結生態系統的穩定性、營養結構及非生物因素之間的密切關系。

最后，各小組要對生態缸中水質、植物和動物的生長情況做好記錄，通過一段時間的觀察，結合實情提出問題：“有的生態缸中植物很快枯萎了，有的生態缸中卻長出了雜草，為什么會出現這種情況？”由此，讓學生在實驗中提出疑問，思考后再釋疑，從而提升學生的學科核心素養。

基于此，借助生活常見物品完成生物實驗，讓學生認識到學習生物知識的價值，有效強化了其知識應用意識。

（五）開展多元評價，促進能力提升

在以往的生物教學工作中，教師側重學生對實驗原理和結論的掌握，忽視了實驗過程對學生能力的培養，教學評價也始終處于單一的形態，這種教學模式下，學生難以深入掌握知識，綜合能力自然難以得到提升。而在核心素養背景下，為了促進學生綜合能力的發展，教師應積極豐富教學評價方式，并以評價結果為依據調整后續的教學活動，使教學內容貼合學生發展需求。

以人教版高中生物必修第二冊第2 節《DNA 的結構》教學為例，為了培養學生的能力，教師應在實驗后注重評價環節的開展。

首先，教師應在課堂中指導學生展開實驗，先提出相關教學要求，再引導學生結合生活材料構建DNA 模型。學生在參與實驗的過程中，教師要留心學生在實驗中的表現，結合綜合認知分析素養發展情況，為點評工作的開展提供相應的依據。

其次，教師提出問題檢驗學生對知識的掌握情況，如“組成DNA 的化學物質有哪些？”“DNA 的一級結構是什么？”“DNA 的主要功能是什么？”讓學生結合實驗結果積極討論。由此借助問題引導學生回憶實驗過程，既可以通過問答明確教學內容的邏輯關系，又能根據學生的實際回答情況了解其真實的學習情況。

最后，教師對學生實驗及問答中的表現加以評價，結合學生的綜合認知分析其素養的發展，再開展綜合性的評價。同時，為了提高學生的課堂參與度，教師可以設計自評和互評活動，讓學生結合實驗結果評價自身的不足，總結學習中存在的問題，還可以結合小組合作實驗中的實際情況，對其他同學加以評價。

如此一來，在多元化的教學評價活動中，學生對自身的學習方向和目標有了更明確的認識，教師也可以根據教學內容為學生布置相應的任務，讓學生針對性地提升綜合素養，真正實現多維能力的發展。

三、結語

總而言之，在核心素養的引導下，高中教學目標和方案發生了相應的改變，生物實驗受到了更高的重視。教師應積極改變教學理念，明確生物實驗教學優化對學生發展的意義，并在實際教學過程中設計多元化的教學策略，提升學生在實驗中的參與度，進而真正滿足生物實驗的不同需求，設計出更具有趣味性和教育意義的生物實驗。