周初霞

摘要：對“第七屆全國中小學(xué)實驗說課活動”中展示的高中生物學(xué)實驗案例進行分析，以探討目前高中生物學(xué)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀，并提出基于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)落實的實驗教學(xué)的相應(yīng)對策。

關(guān)鍵詞：實驗教學(xué) 生物學(xué)教學(xué) 核心素養(yǎng) 案例分析

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：B

《普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版）》中明確指出：“要加強和完善生物學(xué)實驗教學(xué)”“實驗教學(xué)是促成學(xué)生達成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要支撐”。實驗教學(xué)是生物學(xué)教學(xué)的重要部分，有利于完整、正確地理解生命科學(xué);有利于幫助學(xué)生確立辯證唯物主義自然觀;有利于促進學(xué)科融合，落實STEM教育，加強對科學(xué)本質(zhì)的理解。實驗技術(shù)手段的發(fā)展促進了實驗教學(xué)的不斷改革，使教學(xué)的效率和效果顯著提升。全國中小學(xué)實驗教學(xué)說課活動的成功舉辦，為推進我國中小學(xué)實驗教學(xué)，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，提高學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力，發(fā)揮了重要作用。2019年10月“第七屆全國中小學(xué)實驗教學(xué)說課活動”中，來自全國不同省、市、自治區(qū)的19位高中生物教師進行了現(xiàn)場展示。展示的實驗課題研究面較廣，涉及必修和選修模塊的教學(xué)實驗，其中必修的占68%，選修的占32%。下面對這19個實驗案例的特點及存在的問題進行分析，并提出了基于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)落實的實驗教學(xué)的相應(yīng)對策。

1實驗教學(xué)理念新，立意高

教師能以新課程理念來指導(dǎo)實驗教學(xué)，關(guān)注學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

1.1教學(xué)目標指向生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

大多數(shù)教師在制訂教學(xué)目標時，能從生物學(xué)生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任等學(xué)科核心素養(yǎng)進行設(shè)計。這說明教師已轉(zhuǎn)變觀念，認同將三維目標的落實轉(zhuǎn)向核心素養(yǎng)目標的全面達成，特別是在注重學(xué)生建構(gòu)核心概念，發(fā)展科學(xué)思維和科學(xué)探究的同時，也注重發(fā)展學(xué)生的社會責(zé)任。例如，借助分析耐旱植物細胞的細胞液濃度，關(guān)心農(nóng)業(yè)發(fā)展，嘗試用所學(xué)來解決現(xiàn)實問題;通過對蒙塵葉片的探究，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注大氣污染，樹立環(huán)保理念和綠色發(fā)展理念;課后探究減肥酵素能否用于減肥，讓學(xué)生體會利用生物學(xué)知識解決生活中問題，等等。

1.2實驗教學(xué)過程引導(dǎo)學(xué)生主動參與

教師能開展“自主、合作、探究”學(xué)習(xí)、項目式教學(xué)法、STEM教學(xué)等教學(xué)方式，能關(guān)注學(xué)生在活動中生成的問題，以問題為研究的導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生思考、討論、查閱文獻，設(shè)計方案，師生共同創(chuàng)新改進實驗，解決問題，發(fā)展科學(xué)思維能力。

1.3實驗教學(xué)關(guān)注過程性評價

有的教師開發(fā)了實驗評價量表，通過學(xué)生自我評價、生生互評及教師評價來幫助學(xué)生認識自我，改進學(xué)習(xí)方式。有的教師在實驗探究中鼓勵學(xué)生使用電腦、手機等移動端輔助學(xué)習(xí)，利用Excel進行圖標制作，錄制實驗視頻，用PFF等形式進行實驗成果匯報等。教師通過評價促進學(xué)生實驗探究能力的提升，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2實驗創(chuàng)新方法多，效果優(yōu)

實驗創(chuàng)新是這次說課展示活動的一個主要特色。教師在實驗材料、裝置、方法、方案、技術(shù)等方面進行了多維度的探究，創(chuàng)新方法多樣，效果優(yōu)良。

2.1材料、試劑的合理選擇

教師選取合適的、可操作的生物材料進行研究，充分利用當(dāng)?shù)刭Y源，因陋就簡地開展好實驗教學(xué)。例如，選用當(dāng)?shù)氐娜藚⒐麃硖娲i肝研磨液;用人口腔上皮細胞替代雞血進行DNA的提取;以活化處理的玻璃紙（水浴加熱10 min）作為半透膜;用重鉻酸鉀檢測酒精改成酒度計檢測，將定性檢測改成定量分析;蒸餾水活化酵母細胞改進為用質(zhì)量分數(shù)為5%的葡萄糖溶液活化以提高實驗效率，等等。選取合適的實驗材料，能使實驗進展順利，并獲得明顯的實驗現(xiàn)象或可靠的實驗數(shù)據(jù)。

2.2實驗裝置、儀器的改進

教師在先進教學(xué)技術(shù)的運用中表現(xiàn)出了較高的水平，智慧教育設(shè)備使用率近50%。例如，在實驗中使用紫外分光光度計、數(shù)碼顯微鏡、手機助手投屏、紅外線光電傳感器等先進儀器，特別是運用數(shù)字化實驗技術(shù)進行定量分析，使實驗中不可見的現(xiàn)象成為可見，把難以測定的數(shù)據(jù)變得方便測定，還能實時采集到較精確的實驗數(shù)據(jù)。另一方面，有的教師沒有利用最先進的儀器，而是因地制宜地使用廢棄的物品進行實驗裝置的改進，體現(xiàn)綠色環(huán)保的思想。例如，自制光譜儀觀察葉綠素、類胡蘿卜素的吸收光譜;自制瓊脂糖凝膠電泳裝置來替代二苯胺試劑鑒定DNA;酵母細胞的固定化中，將注射器改進為小型蠕動泵，制作凝膠珠;觀察顏色、摔打法檢測凝膠珠質(zhì)量改進為砝碼檢測，實現(xiàn)了自動化、標準化。改進實驗裝置，不但達到更好控制實驗變量、容易操作、結(jié)果明顯的效果，而且將統(tǒng)計分析、建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的思想方法融入實驗教學(xué)中。

2.3實驗時間的優(yōu)化

高中生物教科書上有些實驗過程緩慢、耗時長，不利于一節(jié)課來開展，在一定程度上抑制了學(xué)生參與實驗的積極性。教師通過創(chuàng)新手段，縮短實驗時間，提高實驗效率。例如，酵母細胞的固定化中，錐形瓶發(fā)酵裝置改進為“注射器+輸液器”裝置，將發(fā)酵時間由24 h縮減至15min;探究酵母菌呼吸作用的方式中，將酵母菌懸液改為高活性酵母菌干粉，縮短反應(yīng)所需的時間，由38 min縮短至8 min。還有的教師利用“互聯(lián)網(wǎng)+”，線上與線下相結(jié)合，課前、課堂、課后相融合開展實驗教學(xué)，使得時間較長的實驗也能完成。

2.4實驗內(nèi)容的拓展

有的教師將定性實驗拓展為定量實驗，如探究pH對酶活性影響的實驗創(chuàng)新與實踐、STEM理念下酶的高效性實驗的創(chuàng)新與改進。有的教師將驗證實驗提升為探究實驗，如“探究植物細胞的吸水和失水”。有的教師將單因子變量實驗拓展為雙因子變量實驗，如“探究影響光合作用的因素”，利用自制實驗裝置探究光照強度、光質(zhì)、C02濃度、溫度以及葉齡等因素中的兩種因素對光合作用的影響。有的教師將不同實驗進行整合，如“PCR獲取并擴增目的基因及電泳檢測”，將PCR實驗與DNA電泳實驗整合到一起，讓PCR結(jié)果的檢測更加準確和直觀。有的結(jié)合教科書內(nèi)容開設(shè)新的實驗內(nèi)容，如“用基因工程技術(shù)進行環(huán)境監(jiān)測的實驗設(shè)計”。教師適當(dāng)開設(shè)創(chuàng)新性、拓展性的實驗課程，豐富課程資源，讓學(xué)生在建構(gòu)概念的基礎(chǔ)上，更深入掌握科學(xué)研究的方法，有利于學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

3實驗教學(xué)存在的問題與策略分析

3.1教學(xué)目標的定位與落實：從實驗教學(xué)走向?qū)嶒灲逃?/p>

教師展示的教學(xué)目標不具體，空洞、高大、虛設(shè)的現(xiàn)象不在少數(shù)，特別是社會責(zé)任目標無法在課堂上落實的現(xiàn)象比比皆是，如“致力于改善工業(yè)生產(chǎn)體系，設(shè)計工業(yè)生產(chǎn)裝置”“學(xué)會運用生物學(xué)的知識解決現(xiàn)實生活問題”“傳承非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，厚植愛國情懷”。也存在實驗的創(chuàng)新形式化，為了創(chuàng)新而“創(chuàng)新”的現(xiàn)象。例如，有的教師盲目拔高課標的要求，將定性實驗拓展為定量實驗，驗證實驗提升為探究實驗;有的是實驗方案的簡單羅列或堆砌;有的將本來簡單的實驗裝置改進得很復(fù)雜，而沒有較好地提升學(xué)生的思維力度;有的用其他版本教科書介紹的或經(jīng)典的實驗方法來替代，等等。這些現(xiàn)象造成的原因是教師脫離實驗教學(xué)的目標定位，對實驗教學(xué)目的理解得不夠明確，不夠深入，停留在讓學(xué)生動手實驗操作的層面。

實驗教學(xué)目的要明確。實驗教學(xué)的目的是達成教學(xué)目標，而不是為做實驗而做實驗，應(yīng)從實驗教學(xué)走向?qū)嶒灲逃?，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，實現(xiàn)教書育人。教師提供必要的、有代表性的事實，使學(xué)生在親歷實驗過程中主動構(gòu)建概念，并深入理解、內(nèi)化科學(xué)概念。同時，學(xué)生在實驗過程中逐步發(fā)展科學(xué)思維，提高科學(xué)探究能力，滲透社會責(zé)任，樹立正確的科學(xué)本質(zhì)觀。因此，教學(xué)目標的制定要依據(jù)課標，符合學(xué)生學(xué)習(xí)的實際情況，以促成學(xué)生達成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。目標要合理化、科學(xué)化、具體化，并能在課堂中有效達成，實現(xiàn)教學(xué)評的一致。

3.2實驗教學(xué)過程的設(shè)計與開展：從淺層學(xué)習(xí)走向深度學(xué)習(xí)

展示的實驗獲取信息多、但對信息分析少的現(xiàn)象比較普遍。實驗教學(xué)中信息的獲取很重要，但信息的分析整合更重要，因為分析的過程是一個對獲取信息的去粗取精、去偽存真的思維加工過程，是實現(xiàn)概念建構(gòu)、發(fā)展科學(xué)思維的必然途徑。教師要研究通過透徹分析實驗內(nèi)容，促進學(xué)生從單純做實驗的淺層學(xué)習(xí)走向?qū)嶒炘砝斫狻⒎治龅纳疃葘W(xué)習(xí)。特別是實驗課課堂中交流匯報環(huán)節(jié)至關(guān)重要，有時甚至比實驗本身更重要。因為準確表達觀點或?qū)⒂^點表述出來的過程、呈現(xiàn)資料的過程都可以促進學(xué)生反省思考并建構(gòu)新的知識，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生查閱文獻資料，對實驗中出現(xiàn)的異常問題進行討論，甚至爭論，借以促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

實驗教學(xué)中圍繞重要概念進行問題設(shè)計是促進深度學(xué)習(xí)的前提。提出問題、解決問題是科學(xué)研究的基本模式?！耙灾赶蚝诵母拍畹膯栴}為起點”是幫助學(xué)生深入理解生物學(xué)知識的一種教學(xué)設(shè)計思路。實驗為學(xué)生更好地形成和理解重要概念提供了豐富的事實性知識和情境。實驗教學(xué)過程是學(xué)生獲取事實性的證據(jù)，圍繞問題提出自己的觀點，并進行深入解釋論證，從而建構(gòu)概念的過程。教師圍繞重要概念設(shè)計問題，圍繞解決真實問題設(shè)計活動，促使學(xué)生帶著問題在做中思、做中學(xué)、做中悟，形成對生物學(xué)概念的理解，促進思維的發(fā)展。教師設(shè)計課堂教學(xué)問題時，應(yīng)從實驗條件、實驗操作和實驗結(jié)果出發(fā)，從對概念的理解上設(shè)置問題的答案。學(xué)生在思考、分析問題時，不斷回顧實驗操作和實驗結(jié)果形成的條件，有助于深入理解概念，從而更有效地幫助實現(xiàn)從淺層學(xué)習(xí)走向深度學(xué)習(xí)。

3.3實驗教學(xué)評價的落實：從感性評價走向精準評價

展示的實驗教學(xué)重基于實驗報告的終結(jié)性評價而輕形成性評價的現(xiàn)象較為突出，甚至有的教師沒有評價環(huán)節(jié)。少數(shù)教師開發(fā)了評價量表，但評價量表的評價也是基于師生的感性評價，缺乏科學(xué)的、精準的評價，且著重是對知識與技能的評價，而不是素養(yǎng)的評價。實驗教學(xué)沒有考慮教、學(xué)、評的一致，這也是導(dǎo)致教師盲目提升實驗教學(xué)目標，增加實驗教學(xué)內(nèi)容的根本原因。

精準的評價能幫助教師轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念。認同“講了，不等于學(xué)了”“學(xué)了，不等于學(xué)會了”的教學(xué)觀念，也是促進學(xué)生反思學(xué)習(xí)的重要途徑。沒有反思的學(xué)習(xí)是淺表的學(xué)習(xí)。反思學(xué)習(xí)不僅是學(xué)生將所學(xué)的知識、技能內(nèi)化成為關(guān)鍵能力、必備品格與價值觀念的必經(jīng)之路，也是形成自己的元認知、心智習(xí)慣、成長型思維的唯一路徑。

研究基于人工智能達成精準的評價。充分利用智能設(shè)備，增強課堂學(xué)習(xí)的交互性、合作性與探究性，記錄過程數(shù)據(jù)，特別是對素養(yǎng)的評價，單靠紙筆評價是不完整的。大數(shù)據(jù)技術(shù)在高中生物學(xué)實驗教學(xué)中實現(xiàn)了實驗評價的量化分析，使得實驗成效評估更精準、科學(xué)。教師借助大數(shù)據(jù)技術(shù)進行實驗數(shù)據(jù)的跟蹤與記錄、處理與分析，從而確保評價的真實與全面。研究信息技術(shù)與實驗教學(xué)的深度融合，建立線上線下混合學(xué)習(xí)的智能系統(tǒng)，使得教學(xué)從原來線性的資源支持轉(zhuǎn)向豐富的情境建構(gòu)，從單向的師生交互轉(zhuǎn)向多向的單元協(xié)作探究，從接收信息的載體轉(zhuǎn)向收集學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的工具，從一次性教學(xué)流程轉(zhuǎn)向個性化的教學(xué)評一致。同時，通過智能技術(shù)與課堂教學(xué)的深度融合，保證實驗教學(xué)的充足時間，真正把學(xué)科核心素養(yǎng)落在課堂教學(xué)中。