基于核心素养的高中生物实验优化方法

■安徽省淮北市第十二中学 李 曼

生物是包含各种生命现象的一门学科，课程教学也多是引导学生通过观察和分析掌握抽象的生命概念和生命观点。核心素养则是当前重要的教学理念之一，要求教师在教学中充分尊重事实，用证据说话，引导学生运用合理的方法和思维去学习。而实验是加深学生对知识理解的有效措施，锻炼学生动手实践能力的同时，助力其良好探究习惯的养成。因此，教师应注重对生物实验教学的优化，促进学生核心素养的发展。

一、核心素养下优化高中生物实验的意义

（一）激发学生学习兴趣

兴趣是人类探索未知的原动力，是一种心理表现，也是获取知识、开阔视野的一种驱动力。生物实验具有真实、直观、形象的特点，学生在操作中能够有效激发探究兴趣，且教师多会在实验教学中制定明确的目标，让学生目的明确地展开学习，有助于教学效率的提高。更重要的是，为了保证实验顺利开展、实验结果证明相应的结论，学生在操作中应积极动脑思考，努力克服实验中遇到的困难，这样才能获得实验成功。而此时成功的喜悦和探究的兴趣都会转化为对科学的热爱，是培养学生科学素养的重要手段。

（二）提供认知学习情境

高效的学习不仅需要明确的教学目标和完善的教学设计，还需要符合学生的认知规律，组织学生由浅入深地学习，通过“感知—理解—应用”掌握生物知识。而教师在教学中要为学生营造良好的学习情境，提供充足的材料，为高效学习奠定良好的基础。

（三）掌握科学研究基本过程

高中生物实验多由科学家探索过程演化而来，充分体现了科学研究的基本过程，学生在实验中需要体验这一过程，并结合具体实验步骤获取其中蕴含的知识，将对知识的认知由感性上升到理性。学生掌握科学研究的基本思路，将发现问题、分析问题、解决问题的基本程序逐渐转化为良好的思维习惯。

（四）培养研究能力与创新能力

对高中生而言，研究能力与创新能力是核心素养的重要组成部分，教师应引导学生运用所学知识、技能和经验积极探索未知问题，并主动思考和解决，而具有探索性质的实验能够促进学生能力的发展。在高中生物实验教学过程中，教师应采取多样化的手段培养学生的探索能力和设计能力，如结合教学内容给出实验课题，让学生自行设计实验方案，并提供丰富的实验仪器、材料和试剂，鼓励学生采用不同的方法设计同一个实验课题，在不影响实验结果的基础上加以创新。

二、核心素养背景下高中生物实验优化策略

（一）做好准备工作，注重观念培养

生命观念是生物核心素养的重要组成部分，也是生物教学目标之一，教师应注重教学准备工作的开展，有效培养学生的生命观念。在以往的高中生物实验教学中，部分教师忽视了实验前期准备工作的重要性，没有做好课程衔接，学生无法提前了解实验教学主题及开展形式，也不会产生主动探究兴趣，甚至在课堂教学进度紧张时，会利用语言讲解来代替实验教学，在这种教学模式下，实验准备工作并不充分，不利于学生思想观念的发展。对此，教师应重视实验准备工作，并在备课环节做好充足的准备，让学生通过自主学习对实验形成感性认知，以便在课堂实验教学中紧跟教师思路，形成良好的生命观念。

以人教版高中生物选择性必修第一册《第1 节植物生长素》教学为例，为了让学生掌握生长素的相关知识，加强对生长素的理解，教师应积极做好准备工作：

首先，在课前引导学生自主阅读教材，观察植株的生长方向及特点，并提出问题：“什么原因导致植株生长方向发生了改变？这种改变有什么意义？”让学生在思考中激发探究兴趣，同时明确新知主题。

其次，教师围绕“生长素”设计微课视频，要求学生在课后观看，自主学习，了解“达尔文实验”“包森·詹森实验”“拜尔实验”“温特实验”等实验过程及结论，联系生活实际分析生长素对植物成长的重要性。

最后，教师在微课视频结尾设计探索问题：“植物激素和动物激素都被称为激素，两者有哪些异同？”学生在自主学习的基础上组织语言加以总结，加深对生长素相关内容的认识。

基于此，学生通过自主学习能够在正式教学前对生长素有较为深刻的认识，课堂中实验教学活动的开展也会更加顺利。

（二）优化实验模式，学生主动参与

实验是培养学生科学探究能力的主要途径，也是学生未来发展必需的能力，是素质教育背景下教师教学中的重要内容之一。但是在当前的实验教学中，部分教师对实验教学模式存在一些误解，通常通过演示实验和验证实验开展教学活动，其中，演示实验一般由教师操作或播放多媒体课件，验证性实验则通常安排在理论知识讲解之后，运用所学知识来操作实验。这两种实验方式是生物教学中较为常见的，但有着明显的缺点，演示实验中学生的参与度较低，验证性实验会影响学生的探究兴趣。对此，教师应积极调整实验教学模式，增加探究性实验数量，先结合教学内容提出问题，再引导学生结合问题提出猜想，根据猜想设计相关实验探究活动。由此，重现知识被发现和形成的过程，并让学生在参与中丰富学习感悟。

以人教版高中生物必修第一册第3 章《细胞的基本结构》教学为例，本课“观察洋葱表皮细胞的质壁分离”实验是教学的难点，教师应优化实验模式，让学生在主动参与中加深对知识的理解。

首先，教师在课堂初始为学生讲解细胞的基本结构，以“影响洋葱表皮细胞质壁分离速度的因素”为主题开展探究性实验，引导学生以小组合作的形式，在互动中逐层递进地展开探讨。

其次，为了保证小组探究实验顺利开展，教师应为学生提供相应的学习资料，如“成熟植物细胞的原生质层”模式图，让学生在观察中掌握细胞壁、细胞膜、液泡等结构特点，分情况讨论细胞液失水和吸水的情况，进而在探究中明确实验原理。

再次，教师为学生提供充足的探究空间，让学生结合自主学习中对细胞结构的认知大胆猜想，初步设计实验方案，并在小组讨论中完善实验方案，为探究实验顺利开展奠定良好的基础。

最后，教师为学生提供相应的实验器材，鼓励学生在小组合作的模式下结合实验方案展开探究，通过“制作临时装片—显微镜观察—滴入含有红墨水的蔗糖溶液—显微镜观察—滴入清水——显微镜观察”等步骤，将观察结果记录下来，再结合实验结果与同组成员展开探究，从而掌握质壁分离规律。

基于此，合理开展探究实验，让学生参与实验猜想、实验方案设计和总结等过程，在解决问题的同时培养科学探究素养。值得注意的是，为了保证小组合作顺利开展，教师在实验中应按照学生能力划分合作学习小组，并在学生遇到问题时提供帮助。

（三）引入相关案例，培养社会责任

社会责任感是生物素养的重要组成部分，也是学生成长中必不可少的能力，教师应借助实际案例展开教学，引导学生在生物、技术与社会关系的基础上明确责任感的重要性。在以往生物实验教学中，部分学生的学习态度存在一定的问题，包括操作不规范、浑水摸鱼等，都严重限制了实验效率。对此，教师在实验教学中应强调安全问题，借此培养学生的社会责任意识，让学生明确实验存在的危险，以及出现安全事故的概率，从而形成社会责任感，在实验中严格按照规范操作。

以人教版高中生物必修第二册第1 节《孟德尔的豌豆杂交实验（一）》教学为例，为了让学生了解孟德尔杂交实验过程及提出的假说，解释分离现象，教师应引入相关案例，让学生在掌握知识的同时形成社会责任感。

首先，教师以教材中后人对孟德尔的评价为切入点，向学生介绍孟德尔的主要成就，让学生认识到孟德尔杂交实验对遗传学发展的重要意义，并了解孟德尔豌豆杂交实验的原理和优点。

其次，教师组织学生模拟操作“人工异花传粉”的过程，并引导学生思考：“豌豆去雄在开花前还是在开花后进行？”引导学生大胆猜想，设计科学的实验步骤，再进行实践操作。由此，让学生在实验中通过动手实践掌握知识点。

最后，为了进一步激发学生的学习动力，教师应从生活实际出发，引入孟德尔自由结合定律在植物育种以及动物优化育种中所做出的贡献，如市面上的番薯有多个种类，平常吃的有白心、红心、紫心等品种，其中红薯和白薯较为常见，而紫薯近年来逐渐普及，而从红薯到紫薯就是不断培育的结果，是孟德尔定律的不断应用。

基于此，学生可以在实验中总结知识，并结合具体案例认识到孟德尔为人类发展所做出的突出贡献，进而联系自身的学习行为，明确自身作为社会公民应该承担的义务和责任，从而树立社会责任意识。

（四）联系生活实际，培养应用意识

学习知识的根本目的在于应用，培养学生的应用意识在高中生物课堂尤为重要，也是核心素养培养的重要目标。其中，生物实验具有较强的实践性，教师结合生活实际积极创设情境，让学生认识到生物实验与实际生活之间的联系，以及生物学习的价值。具体来说，在实际教学中，教师应在生物实验与现实生活之间搭建沟通的桥梁，让学生在实验中调动生活经验来解决实际问题，不断提升知识应用能力。

以人教版高中生物选择性必修第二册第5 节《生态系统的稳定性》教学为例，为了锻炼学生的实践能力以及知识运用能力，教师应联系生活实际培养其应用意识。

首先，教师应组织学生操作“设计并制作生态缸”的实验，先向学生介绍实验的背景知识和实验原理，并以探究活动角度引导学生从提出问题、做出假设、设计实验、观察记录、分析实验、得出结论的流程完成本次实验活动。

其次，鼓励学生以小组为单位，利用周末时间自行准备好材料，准备过程中应尽量选择常见的事物，突出生物实验与生活实际的联系。活动实施阶段，教师应将班级学生分成6—8 人学习小组，分工合作完成材料准备和实验设计等流程，这一过程中，学生借助手里的材料将适量的植物、动物等放入密封的玻璃缸中，模拟人工微型生态系统，让学生观察人工生态系统的稳定性，总结生态系统的稳定性、营养结构及非生物因素之间的密切关系。

最后，各小组要对生态缸中水质、植物和动物的生长情况做好记录，通过一段时间的观察，结合实情提出问题：“有的生态缸中植物很快枯萎了，有的生态缸中却长出了杂草，为什么会出现这种情况？”由此，让学生在实验中提出疑问，思考后再释疑，从而提升学生的学科核心素养。

基于此，借助生活常见物品完成生物实验，让学生认识到学习生物知识的价值，有效强化了其知识应用意识。

（五）开展多元评价，促进能力提升

在以往的生物教学工作中，教师侧重学生对实验原理和结论的掌握，忽视了实验过程对学生能力的培养，教学评价也始终处于单一的形态，这种教学模式下，学生难以深入掌握知识，综合能力自然难以得到提升。而在核心素养背景下，为了促进学生综合能力的发展，教师应积极丰富教学评价方式，并以评价结果为依据调整后续的教学活动，使教学内容贴合学生发展需求。

以人教版高中生物必修第二册第2 节《DNA 的结构》教学为例，为了培养学生的能力，教师应在实验后注重评价环节的开展。

首先，教师应在课堂中指导学生展开实验，先提出相关教学要求，再引导学生结合生活材料构建DNA 模型。学生在参与实验的过程中，教师要留心学生在实验中的表现，结合综合认知分析素养发展情况，为点评工作的开展提供相应的依据。

其次，教师提出问题检验学生对知识的掌握情况，如“组成DNA 的化学物质有哪些？”“DNA 的一级结构是什么？”“DNA 的主要功能是什么？”让学生结合实验结果积极讨论。由此借助问题引导学生回忆实验过程，既可以通过问答明确教学内容的逻辑关系，又能根据学生的实际回答情况了解其真实的学习情况。

最后，教师对学生实验及问答中的表现加以评价，结合学生的综合认知分析其素养的发展，再开展综合性的评价。同时，为了提高学生的课堂参与度，教师可以设计自评和互评活动，让学生结合实验结果评价自身的不足，总结学习中存在的问题，还可以结合小组合作实验中的实际情况，对其他同学加以评价。

如此一来，在多元化的教学评价活动中，学生对自身的学习方向和目标有了更明确的认识，教师也可以根据教学内容为学生布置相应的任务，让学生针对性地提升综合素养，真正实现多维能力的发展。

三、结语

总而言之，在核心素养的引导下，高中教学目标和方案发生了相应的改变，生物实验受到了更高的重视。教师应积极改变教学理念，明确生物实验教学优化对学生发展的意义，并在实际教学过程中设计多元化的教学策略，提升学生在实验中的参与度，进而真正满足生物实验的不同需求，设计出更具有趣味性和教育意义的生物实验。