［摘要］ 面對高中生物實驗教學(xué)中仍存在的實驗內(nèi)容單一、實踐深度不夠、缺乏互動性和探究性等問題，強化學(xué)科實踐理念的實驗教學(xué)創(chuàng)新顯得尤為重要。從梳理實踐經(jīng)驗出發(fā)，文章提出了一系列凸顯學(xué)科實踐的實驗教學(xué)創(chuàng)新實施策略，包括設(shè)計多樣化的實驗內(nèi)容、鼓勵學(xué)生主動參與實驗、引入技術(shù)手段等，從而激發(fā)學(xué)生興趣、增強他們的科學(xué)思維能力。通過創(chuàng)新高中生物學(xué)中的葉綠體系列實驗，明確以事實依據(jù)映射“雙基”、協(xié)同思考體驗項目學(xué)習(xí)、整合實驗歷程建構(gòu)觀念的基本實施路徑。

［關(guān)鍵詞］ 高中生物學(xué)；實驗教學(xué)；學(xué)科實踐；科學(xué)思維

基于學(xué)科實踐的教學(xué)觀認為，知識內(nèi)蘊在探究、建構(gòu)、運用和實踐過程中，知識的本質(zhì)不是脫離具體的生活實踐情境和個人經(jīng)驗而獨立存在的，而是個體解決問題的工具，在實踐中創(chuàng)造、生成的產(chǎn)物，具有生成性、動態(tài)性。生物學(xué)科的本質(zhì)屬性便是實驗與實踐，高中生物學(xué)課程高度關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的實踐經(jīng)歷，通過探究性活動或完成工程學(xué)任務(wù)，加深對生物學(xué)概念的理解，提升應(yīng)用知識的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。目前，高中生物學(xué)實驗教學(xué)中仍存在著一些問題，如實驗內(nèi)容單一、實踐深度不夠、缺乏互動性和探究性等，限制了學(xué)生的實踐體驗和探究能力培養(yǎng)。學(xué)科實踐的育人理念對高中生物實驗教學(xué)創(chuàng)新具有重要意義。一方面通過親身實踐，學(xué)生的綜合素養(yǎng)受到多方面、浸潤式影響，能將抽象的生物學(xué)概念和理論轉(zhuǎn)化為具體的實驗操作與觀察，提高理解與記憶能力。另一方面，學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)康暮鸵筮M行實驗設(shè)計，選擇合適的實驗方法和工具進行實驗操作，有助于掌握科學(xué)實驗的基本原則和技巧，提高實驗?zāi)芰ΑＭ瑫r，在實踐中學(xué)生需要積極觀察、實驗和分析，從而發(fā)展觀察力、邏輯思維和實驗推理能力。這些能力對學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和終身學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)至關(guān)重要，使他們在解決實際問題和應(yīng)對生活挑戰(zhàn)時更具自信。gueLYkeati7zz9flgi9iCg==此外，運用學(xué)科經(jīng)驗進行實踐活動，不僅需要學(xué)生親自動手，直觀感受科學(xué)的樂趣和挑戰(zhàn)，還可以小組合作的形式展開，提倡同伴協(xié)作共同完成實驗設(shè)計和操作，并組織觀點交流和成果分享。

一、凸顯學(xué)科實踐的高中生物學(xué)實驗教學(xué)的策略

1.設(shè)計多樣化的實驗內(nèi)容

多樣化的實驗內(nèi)容能夠更好地契合學(xué)科實踐的核心要求。學(xué)科實踐注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新思維和問題解決能力。通過設(shè)計多樣化的實驗內(nèi)容，比如簡單的驗證性實驗，還有探究性實驗和綜合性實驗，學(xué)生能夠在不同的實驗情境中應(yīng)用所學(xué)知識，鍛煉實際操作技能。多樣化的實驗內(nèi)容還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性。不同類型的實驗?zāi)軌驖M足學(xué)生的不同需求和興趣，使他們更愿意積極參與實驗過程。這樣有助于增強學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)動力。此外，多樣化的實驗內(nèi)容有利于拓寬學(xué)生的知識面和視野。具體而言，在生物學(xué)實驗教學(xué)中，教師可以設(shè)計多樣化的實驗內(nèi)容，引入不同的技術(shù)手段等，包括計算機模擬實驗、觀察實驗、探究實驗等。比如利用“慕課”，通過混合式教學(xué)的形式，將面對面的教學(xué)過程與線上學(xué)習(xí)進行有機融合，增強學(xué)生活動實踐的互動性和趣味性，從而實現(xiàn)學(xué)習(xí)目標的最優(yōu)化；也可以通過“NOBOOK虛擬仿真實驗軟件”等，進行生物學(xué)實驗的模擬和操作，提高實驗的靈活性和可控性。此外，還可以建立實驗室合作網(wǎng)絡(luò)等，多渠道增加實驗資源的豐富度和多樣性。

2.引入探究式學(xué)習(xí)

從學(xué)科實踐的本質(zhì)來看，探究式學(xué)習(xí)強調(diào)學(xué)生的主動參與和自主探索。這與學(xué)科實踐的核心理念高度契合，有助于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新思維?？紤]到學(xué)科實踐的目標，引入探究式學(xué)習(xí)能促使學(xué)生更加深入地理解生物學(xué)知識。通過親身實踐，學(xué)生真切體驗知識的形成過程，從而加深對知識的理解和掌握。同時，探究式學(xué)習(xí)為學(xué)生提供了一個真實的問題情境，讓他們在探索過程中學(xué)會運用所學(xué)知識解決實際問題。這充分體現(xiàn)了學(xué)科實踐注重培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題能力的特點。具體而言，教師應(yīng)激勵學(xué)生積極踴躍地參與實驗設(shè)計及實驗進程，提出諸多問題或設(shè)定相關(guān)主題，賦予學(xué)生一定的實驗自由度與選擇權(quán)，引導(dǎo)他們進行實驗探究，充分發(fā)揮其主動性與創(chuàng)造性。由此，使得學(xué)生在實踐中達成思維的深度碰撞與知識的廣泛交流，悉心培育他們的科學(xué)思維、團隊協(xié)作以及問題解決能力。

3.實施項目化實驗學(xué)習(xí)

生物學(xué)實驗應(yīng)當(dāng)與課堂教學(xué)相結(jié)合，引入項目化學(xué)習(xí)。一方面，學(xué)科實踐強調(diào)學(xué)生的主體地位，而項目化實驗學(xué)習(xí)能充分發(fā)揮學(xué)生的主動性。學(xué)生主導(dǎo)實驗項目，從選題、設(shè)計到實施、總結(jié)，全程參與，自主探究，切實提升實踐能力。另一方面，學(xué)科實踐追求真實情境下的問題解決，項目化實驗學(xué)習(xí)正好滿足這一需求。學(xué)生面對真實的實驗問題，通過獨立思考、團隊協(xié)作，尋找解決方案，培養(yǎng)問題解決的能力。此外，學(xué)科實踐關(guān)注學(xué)生的創(chuàng)新精神，項目化實驗學(xué)習(xí)有助于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能。在項目實施過程中，學(xué)生不受傳統(tǒng)實驗方法的束縛，可以自由探索，嘗試新的實驗思路和方法，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。具體操作方面，實驗前，教師可以引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)相關(guān)理論知識，提供實驗前的背景知識，讓學(xué)生通過設(shè)計和實施整個實驗項目來深入學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容。通過項目化學(xué)習(xí)能幫助學(xué)生將知識應(yīng)用到實際情境中，培養(yǎng)他們的綜合能力和創(chuàng)新能力。實驗后，教師進一步引導(dǎo)學(xué)生對實驗結(jié)果進行討論，與相關(guān)科學(xué)史知識進行比較，以加深學(xué)生對生物學(xué)原理的理解。

4.加強實驗數(shù)據(jù)處理和分析

實驗數(shù)據(jù)的處理與分析是科學(xué)探究的重要環(huán)節(jié)，通過對數(shù)據(jù)的整理、歸納和解讀，學(xué)生能夠?qū)W會運用科學(xué)方法進行推理和判斷，從而培養(yǎng)科學(xué)思維。這一過程契合了學(xué)科實踐注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和探究能力的要求。與此同時，加強實驗數(shù)據(jù)處理和分析還有助于提高學(xué)生的實驗技能。在處理數(shù)據(jù)的過程中，學(xué)生需要掌握數(shù)據(jù)收集、整理、統(tǒng)計等方法，以及運用相關(guān)軟件進行數(shù)據(jù)分析的技能。這些技能的提升，將使學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)和研究中受益無窮。有效的數(shù)據(jù)處理和分析能夠增強學(xué)生對實驗結(jié)果的理解和解釋能力，通過對數(shù)據(jù)的仔細分析，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果中的規(guī)律和趨勢，進而深入理解生物學(xué)現(xiàn)象背后的原理。這不僅有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，還為他們今后的科研工作奠定了基礎(chǔ)。并且，在數(shù)據(jù)處理的過程中，學(xué)生需要遵循科學(xué)規(guī)范，認真對待每一個數(shù)據(jù)，避免主觀臆斷和誤差，認識到學(xué)科實踐內(nèi)化的嚴謹態(tài)度和科學(xué)精神，這將對他們未來發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。此外，實驗教學(xué)中教師也應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析能力。學(xué)生不僅要開展實驗操作，還要學(xué)會整理和分析實驗數(shù)據(jù)，思考實驗的目的、方法和預(yù)期結(jié)果，并對實驗結(jié)果進行深入分析和解釋。通過反思和討論，最終提高學(xué)生的實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理能力，培養(yǎng)科學(xué)思維和實驗推理能力。

二、凸顯學(xué)科實踐的實驗教學(xué)創(chuàng)新實施案例

Wilson在最初構(gòu)建“能量”主題進階學(xué)習(xí)時，將其分為：引出概念→找出關(guān)聯(lián)→構(gòu)造概念圖→建立事實聯(lián)系強化理解。隨后，Neumann等人基于Wilson的進階學(xué)習(xí)理念將能量主題整體學(xué)習(xí)分為“事實→映射→關(guān)聯(lián)→概念構(gòu)建”四個層級。該劃分體系，從以事實為基礎(chǔ)到實際運用再到整合構(gòu)建，具有很好的理論性和實證效果。在高中生物學(xué)實驗教學(xué)中，以葉綠體為主題的系列實驗同樣適用于上述層級的劃分，并且對應(yīng)新高考評價體系下的生物學(xué)核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力培養(yǎng)（見表1）。

1.以事實為依據(jù)，映射出光合作用相關(guān)基礎(chǔ)概念和學(xué)生基本能力

課前教師要求學(xué)生自己了解、搜集以往科學(xué)家所做的葉綠體的相關(guān)實驗，課堂上讓學(xué)生自主交流學(xué)習(xí)，然后帶著學(xué)生進行演繹推理，通過探究學(xué)習(xí)的方式（確定實驗?zāi)康摹鞔_實驗原理→提出實驗假設(shè)→控制實驗變量→演繹推理實驗過程→觀察記錄實驗現(xiàn)象→得出實驗結(jié)論并討論實驗結(jié)果），交流分享幾個著名的光合作用的相關(guān)實驗，并嘗試用數(shù)軸法來表示光合作用相關(guān)的科學(xué)史（圖略），以加深學(xué)生理解。

①1881年法國席姆佩爾發(fā)現(xiàn)淀粉在植物細胞的特定部位形成，1883年他將這些實體命名為葉綠體，并證明新的葉綠體可以從已存在的葉綠體分裂產(chǎn)生。

②1913年R.M.威爾施泰特闡明了葉綠素的化學(xué)組成，1940年德國化學(xué)家G.A.考斯奇和H.菲舍爾發(fā)現(xiàn)了世界上第一張葉綠體的電鏡照片。這些工作為提出“光合作用中心”“色素吸收光子”“能量傳入光合作用中心”的發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

③20世紀40年代初，英國植物生理學(xué)家用離體葉綠體做實驗，檢測到了放氧反應(yīng)，但還不能肯定這個反應(yīng)是光合作用的一部分。直到1951年，它才被證實是光合作用的一部分。

④1954—1955年，美國化學(xué)家D.I.阿爾農(nóng)和美國微生物學(xué)家M.B.艾倫發(fā)現(xiàn)葉綠體既能夠釋放氧氣又能同化二氧化碳，證實了葉綠體的確是光合作用的場所。

通過以上科學(xué)史的梳理，引導(dǎo)學(xué)生意識到科學(xué)研究是在前人的研究上不斷證實與改進，科學(xué)發(fā)現(xiàn)是隨著時間的推移不斷突破和完善的。幫助學(xué)生形成系統(tǒng)的生命觀念，培養(yǎng)科學(xué)思維和科學(xué)探究的能力。

2.促進知識概念協(xié)同，突出項目化實驗學(xué)習(xí)體驗

以葉綠素提取為例，教材中列出的提取方案在實際操作中也存在一些安全隱患，因而在項目化教學(xué)中，可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)具體條件，討論如何進行合理化創(chuàng)新設(shè)計（見圖1）。比如，討論如何簡化實驗操作、避免有毒試劑的使用等。又如，在對葉綠素進行層析的間隙，可以安排學(xué)生觀察不同生長環(huán)境下，植物的葉肉細胞的葉綠體數(shù)量及分布特點等，從而充分利用課堂教學(xué)時間，拓展實驗教學(xué)內(nèi)容。層析結(jié)束后，再仔細觀察分離后的色素的種類、顏色、含量、溶解度和擴散速度分別如何，并進一步分析這些差異與植物生長環(huán)境、葉綠體數(shù)量及分布之間的相關(guān)性。

獲取以上知識之后，可以進行色素吸收光譜的創(chuàng)新實驗設(shè)計。我們知道，陽光是由不同波長的光組合而成的復(fù)合光，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在色素和陽光之間放置一塊三棱鏡，光在穿過三棱鏡時，不同波長的光分散開形成不同顏色的光帶，并將其稱為光譜。同理，分別讓不同顏色的光照射色素就可以得到不同色素的吸收光譜。由此，鼓勵學(xué)生用生活中常見的材料自制光譜儀，觀察不同色素的吸收光譜（見圖2）。通過不同實驗的關(guān)聯(lián)，有效提高學(xué)生的動手操作能力、實踐探究能力，從而促進學(xué)生對生物學(xué)現(xiàn)象的觀察、解釋、討論與分析，增強學(xué)生的生物學(xué)習(xí)興趣。

3.整合實驗歷程建構(gòu)學(xué)科觀念，實現(xiàn)層級進階

整合實驗歷程建構(gòu)學(xué)科觀念，意味著將實驗的整個過程進行梳理和整合，以此來構(gòu)建起關(guān)于該學(xué)科的核心概念和思想體系，并逐步實現(xiàn)從基礎(chǔ)到高級、從簡單到復(fù)雜的層次遞進。具體的教學(xué)創(chuàng)新中需要全面整合，即不僅僅關(guān)注單一的實驗操作或結(jié)果，而是將多個實驗、不同階段的實驗經(jīng)歷有機地結(jié)合起來。同時，還需要通過對實驗歷程的分析和總結(jié)，提煉出學(xué)科的本質(zhì)特征、基本原理和重要概念，形成對學(xué)科的深入理解和認識。凸顯學(xué)科實踐的實驗教學(xué)，可以基于具身參與進行表象認知，厘清基礎(chǔ)概念，經(jīng)歷“學(xué)習(xí)理解→應(yīng)用實踐→遷移創(chuàng)新”，逐級搭建進階學(xué)習(xí)平臺。在實驗操作過程中，幫助學(xué)生搭建概念學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，明晰不同實驗操作的原理與目的，分析實驗現(xiàn)象與結(jié)果，形成創(chuàng)新思維。在深度理解光合作用系列實驗之后，促使學(xué)生形成葉綠體相關(guān)的結(jié)構(gòu)與功能觀，進而實現(xiàn)“事實→映射→關(guān)聯(lián)→整合”的層進式學(xué)習(xí)進階，充分發(fā)揮生物學(xué)學(xué)科實踐的作用。

［江蘇省基礎(chǔ)教育前瞻性教學(xué)改革實驗項目“高中生物學(xué)具身創(chuàng)造式學(xué)習(xí)模式建構(gòu)與深化實踐”（項目編號：2022JSQZ0201）和江蘇省教育科學(xué)規(guī)劃重點課題“工程教育視野下高中生物學(xué)學(xué)科實踐學(xué)習(xí)空間的開發(fā)研究”（項目編號：B/2023/03/46）研究成果］

［參考文獻］

［1］陳宗榮.新課程背景下學(xué)科實踐的價值與路徑[J].福建教育，2023（07）：6-8.

［2］彭婷，李健.促進學(xué)科實踐的小學(xué)科學(xué)STREAM教學(xué)研究[J].中小學(xué)班主任，2023（14）：8-11.

［3］李家清.中學(xué)地理教學(xué)設(shè)計與案例研究[M].北京：科學(xué)出版社，2012：17-19.

［4］ Wilson M. Measuring progressions：Assessment structures underlying a learning progression[J]. Journal of Research in Science Teaching，2010，46（6）：716-730.

［5］Neumann K，Veering T，Boone W J et al. Towards a learning progression of energy[J]. Journal of Research in Science Teaching，2013，50（2）：162-188.

［6］陳廷華.具身創(chuàng)造式學(xué)習(xí)——創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計[M].北京：光明日報出版社，2022.

趙 寧 江蘇省無錫市輔仁高級中學(xué)。

陳廷華 江蘇省無錫市輔仁高級中學(xué)，正高級教師。