“三新”背景下高中生物實驗教學探究

【摘要】在新課程、新教材、新高考的“三新”背景下，學生的實驗探究能力以及實驗設(shè)計能力培養(yǎng)成了高中生物實驗教學的重要目標，要求教師要凸顯實驗教學的探究性，引導學生自主設(shè)計實驗。文章闡述了“三新”背景下的高中生物教學要求，提出改進策略，如豐富的實驗類型，精心創(chuàng)設(shè)實驗教學情境；學生分析實驗方案，助力學生理解實驗思想；聚焦探究過程，凸顯生物實驗的探究性；關(guān)注實驗設(shè)計，提升學生實驗設(shè)計能力?！娟P(guān)鍵詞】高中生物；實驗；“三新”背景；策略生物是一門建立在實驗基礎(chǔ)上的學科，在新課程、新教材、新高考的“三新”背景下開展高中生物實驗教學，要重點培養(yǎng)學生的實驗探究能力、實驗設(shè)計能力。但是從目前的情況來看，高中生物實驗教學存在諸多問題，如實驗過程的探究性不足、培養(yǎng)學生自主設(shè)計生物實驗的能力被忽視，不利于“三新”改革的推進。針對這些情況，高中生物教師要加強對“三新”內(nèi)容及特點的研究，明確生物實驗教學的要求，進而探索有效的實驗教學策略。一、“三新”背景下的高中生物實驗教學要求高中生物新教材和舊教材相比，增加了更多的實驗內(nèi)容，要求學校應(yīng)該按照規(guī)定和計劃完成各種實驗教學，這足以說明生物實驗的重要性。高中生物教師也應(yīng)該深刻認識到實驗教學的重要地位，探索有效的實驗教學策略和方法，全面提升實驗教學的有效性。高中生物新課標指出，要將學生的生物學科核心素養(yǎng)發(fā)展作為課程目標、課程內(nèi)容以及課程實施和評價的宗旨。核心素養(yǎng)是綜合性的概念，對于某一個學科來說，是指學生在學科學習中形成的關(guān)鍵能力和必備的學習品質(zhì)[1]。高中生物學科的核心素養(yǎng)包括科學思維、科學探究等。這就要求教師在生物實驗教學中不僅要關(guān)注學生對實驗相關(guān)原理、過程、結(jié)果等實驗知識的掌握，還要有意識地引導學生進行實驗探究，經(jīng)歷提出問題、作出假設(shè)、實驗計劃、表達交流等過程，形成科學探究的思維，讓生物核心素養(yǎng)在實驗教學中落實。在新一輪的高考改革中，高考生物試題的實驗題分值逐漸提高，以實驗題材為背景的試題題量在不斷增加，實驗成了重要的命題載體，這也要求教師要高度重視生物實驗教學。從高考生物實驗題的形式以及命題的方向來看，實驗題也從以往的分析說明向?qū)嶒灥母倪M完善、實驗的方案設(shè)計轉(zhuǎn)變，學生不僅要能夠?qū)ι飳嶒灥牟襟E、方法加以分析和說明，還要自主設(shè)計實驗[2]。新高考對學生的自主設(shè)計實驗?zāi)芰μ岢隽烁叩囊?，教師在實驗教學中也應(yīng)該給予學生自主設(shè)計實驗的平臺。二、“三新”背景下的高中生物實驗教學改進策略（一）豐富實驗類型，精心創(chuàng)設(shè)實驗教學情境高中生物教材增加了更多的實驗內(nèi)容，高考試題中生物實驗的分值也逐漸提高，這些信號都在告訴教師要重視實驗教學，增加實驗課時。生物本身是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，開展實驗教學能夠促使學生深度把握生物知識的本質(zhì)內(nèi)涵，在實驗中總結(jié)規(guī)律，對生物概念形成更深刻的見解。目前高中生物實驗以觀察型實驗、驗證型實驗為主，實驗步驟通常是已知的，讓學生跟隨明確的實驗步驟進行操作，通過實驗理解生物知識、總結(jié)規(guī)律等。這兩種實驗類型主要提升學生的實驗操作技能，對學生的探究思維、實驗設(shè)計能力的提升作用有限，因此，教師應(yīng)該引入豐富的實驗類型[3]。除了驗證型實驗、觀察型實驗之外，還應(yīng)該引入調(diào)查類實驗、探究型實驗和建模類實驗，開拓學生的視野，培養(yǎng)學生的實驗?zāi)芰?。為了讓學生全身心地參與到生物實驗中進行思考和探究，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)實驗情境，將學生的實驗動機激發(fā)出來。情境創(chuàng)設(shè)是構(gòu)建有效課堂的重要因素，新課標也強調(diào)要創(chuàng)設(shè)問題探究的情境增強學生的體驗感。教師可以結(jié)合學生的現(xiàn)實生活和學習需求創(chuàng)設(shè)實驗探究的真實情境，將學生設(shè)計生物實驗的動機激發(fā)出來，以情境引導學生主動思考、探索，實現(xiàn)從“要我設(shè)計”到“我要設(shè)計”的轉(zhuǎn)變。為了增強情境的體驗性，教師可以從現(xiàn)實生活中的常見現(xiàn)象、社會熱點話題以及科學進展等方面提煉情境素材，借助多媒體技術(shù)呈現(xiàn)直觀的圖片或者視頻[4]。比如在“探究植物細胞的吸水和失水”這一內(nèi)容的教學中，教師可以結(jié)合現(xiàn)實生活的常見現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)情境，展示制作酸蘿卜的過程及蘿卜前后的形態(tài)變化，引出“水分進出植物細胞”的實驗課題，引導學生設(shè)計實驗來探究植物細胞的吸水和失水的條件，學生自然能夠興致勃勃地參與到實驗探索中。（二）分析實驗方案，助力學生理解實驗思想學生的生物實驗探究需要建立在充分掌握理論知識的基礎(chǔ)之上，教師在課堂上要重視實驗方案的分析，幫助學生理解實驗思想，為學生的科學思維、科學探究素養(yǎng)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。高中生物教材中有很多生物學家的典型實驗，這些實驗包含了科學研究的背景、過程以及方法結(jié)論等，教師可以充分利用這些典型實驗開展教學，引導學生分析實驗方案，讓學生了解生物研究的過程和方法，從中學習科學研究的思維，形成科學態(tài)度和精神，并掌握科學研究的有效方法。比如，孟德爾的豌豆雜交實驗?zāi)軌蝮w現(xiàn)孟德爾實驗設(shè)計的思路，讓學生了解“觀察現(xiàn)象→提出推論→實驗驗證→得出結(jié)論”的實驗設(shè)計思路，引導學生在實驗自主設(shè)計的過程中也按照這樣的思路展開。孟德爾豌豆雜交實驗還體現(xiàn)了其對實驗方法的思考，其一開始研究的是一對相對性狀的遺傳情況，后面再研究兩對相對性狀，采用的是單因素到多因素的方法。教師引入相關(guān)的內(nèi)容，讓學生感受科學家的思維過程、研究方式，從中總結(jié)出生物實驗設(shè)計的規(guī)律、方法。教材由于篇幅的限制，介紹、展示科學探索的過程往往比較簡單，教師要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)、書籍等搜集更多關(guān)于科學家科學探究的相關(guān)資料，將其融入課堂教學中，豐富教學內(nèi)容。如在“葉綠體的功能”這一內(nèi)容的教學中，教師就可以引入恩格爾曼的水綿實驗，詳細介紹實驗的過程，引導學生思考恩格爾曼是如何設(shè)計實驗、怎樣控制實驗條件、如何觀察實驗現(xiàn)象的，讓學生從中學習、總結(jié)實驗設(shè)計的思路和方法，讓學生理解實驗思想，掌握實驗設(shè)計的思路和方法。（三）聚焦探究過程，凸顯生物實驗的探究性探究性實驗是高中生物實驗的重要組成，學生在實驗中的探究性不足是探究實驗教學的常見問題。在以往的生物實驗教學中，教師注重實驗?zāi)康摹嶒炘?、實驗材料以及實驗過程和結(jié)果分析，學生雖然能夠清楚地知道和實驗相關(guān)的知識，但是學生沒有經(jīng)歷實驗探究的過程，這對培養(yǎng)學生的科學探究能力非常不利，不符合“三新”背景下的教學要求。針對這一目標，教師就可以明確目標設(shè)定，聚焦探究過程，從學生探究的視角設(shè)計教學活動，讓學生經(jīng)歷實驗探究的過程，增強探究實驗的探究性。生物實驗探究的過程包括提出問題、形成猜想、作出假設(shè)、設(shè)計實驗、進行實驗以及得出結(jié)論，教師可以圍繞這樣的流程開展實驗教學，引導學生在整個實驗探究過程中保持科學嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度，并遵循事實依據(jù)分析實驗結(jié)果。比如，在“探究酵母菌呼吸方式”實驗的教學中，教師應(yīng)將“科學探究素養(yǎng)”納入實驗教學目標中，從科學探究的過程設(shè)計實驗方案，引導學生經(jīng)歷探究的過程。教師可以從學生的現(xiàn)實生活出發(fā)創(chuàng)設(shè)情境，引出蒸饅頭、釀葡萄酒的生活化情境，引導學生根據(jù)“蒸饅頭加入適量酵母菌可以讓饅頭變得松軟多孔”“釀制葡萄酒時要將葡萄汁裝入發(fā)酵罐并蓋嚴”這兩個操作提出假設(shè)，讓學生分析這兩個操作的環(huán)境和最終的結(jié)果，從而提出酵母菌細胞呼吸方式、呼吸產(chǎn)物的假設(shè)。學生根據(jù)生活場景提出“酵母菌在有氧和無氧的環(huán)境下都可以進行細胞呼吸”的假設(shè)，并猜想有氧環(huán)境下酵母菌呼吸的產(chǎn)物可能是CO2，在無氧條件下的產(chǎn)物可能是酒精。學生提出假設(shè)并作出猜想后，接下來是設(shè)計實驗，教師提供實驗需要的各種試劑和器材，讓學生參照教材中的內(nèi)容設(shè)計實驗對自己的猜想進行驗證。學生猜想酵母菌在有氧、無氧的條件下均能夠進行細胞呼吸，因此需要設(shè)置兩種實驗環(huán)境進行實驗，這對于學生來說難度比較大，教師可以在必要時啟發(fā)和引導學生，通過提問的方式為學生的實驗設(shè)計提供支架，比如提出問題：①如何控制有氧和無氧條件？②怎么鑒定產(chǎn)物中是否有CO2和酒精，如何比較CO2和酒精的多少？③酵母菌的活性會對實驗的結(jié)果造成影響嗎？如何讓酵母菌保持高活性呢？通過這樣的問題啟發(fā)學生，讓學生在解決一個個的問題中形成實驗方案。完成實驗設(shè)計后，教師引導學生在有氧和無氧的環(huán)境中模擬酵母菌的呼吸方式，讓學生自主操作、觀察，然后對不同環(huán)境下酵母菌呼吸產(chǎn)生的物質(zhì)進行判斷和驗證，讓學生經(jīng)歷探究的過程。（四）關(guān)注實驗設(shè)計，提升學生實驗設(shè)計能力1.引導學生分析實驗方案。學生的實驗自主設(shè)計能力應(yīng)該在實踐中提升，因此教師要給學生提供自主設(shè)計生物實驗的平臺和機會，讓學生經(jīng)歷實際操作，在這個過程中針對性培養(yǎng)學生的實驗自主設(shè)計能力。教師可以先引導學生對別人的實驗設(shè)計方案進行分析和評價，分析其實驗設(shè)計的思路和方法，找出其中的優(yōu)勢和不足之處，并引導學生對他人的實驗方案進行改善和優(yōu)化，給學生的實驗設(shè)計提供一定的支架，降低學習難度。2.引導學生改進實驗方案。教師還可以設(shè)計實驗改進活動，呈現(xiàn)一些不成功的生物實驗方案，讓學生分析實驗不成功的原因，完善實驗方案。一些實驗過程比較復雜、煩瑣，也可以讓學生從更直觀的實驗現(xiàn)象和更簡單的實驗操作等視角改進方案。教師可以提供改進實驗方案的思路，鼓勵學生從改進實驗材料、實驗試劑與裝置以及實驗步驟等方面思考。對于實驗材料的改進，教師首先要引導學生對實驗材料產(chǎn)生的效果加以分析，然后從效果呈現(xiàn)、操作等方面分析材料的不足，從而找出更容易觀察或者操作更簡單的材料[5]。比如，在“植物細胞的吸水與失水”的實驗中，實驗采用紫色洋蔥為材料，教師可以先讓學生分析為什么選擇這一材料，學生很快就可以想到是因為洋蔥細胞液含有色素，可以更好地觀察實驗結(jié)果。在實驗過程中為了更好觀察，學生往往選用顏色較深的洋蔥外層，因為洋蔥越往里面顏色越淺，因此不好觀察。但是在實驗過程中同學們發(fā)現(xiàn)撕取表皮細胞時很容易將細胞撕破，并且有很多葉肉不好觀察，加上要用最外層的材料，導致實驗材料嚴重浪費。對于這一情況，教師和同學們一起探討如何改進實驗。對于洋蔥內(nèi)表皮顏色淺的材料，可以將紅墨水加入蔗糖溶液中開展實驗，便于觀察。對于表皮細胞和葉肉細胞結(jié)合緊密的情況，將洋蔥鱗片葉從鱗莖上全部剝離下來后，把上表皮朝外曬一曬，蒸發(fā)掉葉片的一部分水，葉片變軟后葉肉細胞和表皮細胞的結(jié)合沒那么緊密，這個時候就很容易撕取完整的表皮細胞。教師還可以引導學生改進實驗裝置、實驗試劑和實驗步驟。藥品試劑的濃度、純度以及量都會對實驗的結(jié)果產(chǎn)生影響，教師要先帶領(lǐng)學生分析原來實驗裝置設(shè)計的原因，發(fā)揮藥品試劑的作用，讓改進后的實驗裝置以及藥品試劑的選擇能夠得到更好觀察的實驗現(xiàn)象。在不影響實驗效果的情況下，實驗步驟越簡便越好，教師可以引導學生思考是否可以簡化實驗步驟，或者對實驗步驟的順序進行調(diào)整，讓操作更簡便。3.組織學生自主設(shè)計實驗。新課標對學生的綜合能力、創(chuàng)新能力提出了更高的要求，教師還可以聯(lián)系學生的現(xiàn)實生活開展小課題研究，給出課題，組織學生設(shè)計實驗方案，培養(yǎng)學生的實驗自主設(shè)計能力。比如學習了糖類、蛋白質(zhì)等鑒定方法后，教師就可以布置課題，讓學生選擇生活中的一種常見食物，鑒定其主要成分，讓學生自主設(shè)計實驗方案，并進行