谈核心素养视域下高中生物实验探究教学

【摘要】生物教学的内在规律决定了应重视实验探究教学模块，以对实验的思考和实践活动培养学生的核心素养。文章提出实验探究可在科学思维、探究方法、情感价值观的维度助力学生提升，并结合“绿叶中色素的提取和分离”实验案例，论述了以实验探究教学培养核心素养的方法，提出要引导学生的思维参与，通过师生交流形成实验方案，要利用实践过程中的操作细节提升学习深度，对观察结果展开充分讨论，并以知识拓展促进学习。

【关键词】高中生物；核心素养；实验探究；策略；“绿叶中色素的提取和分离”

【中图分类号】G633.91【文献标志码】A【文章编号】1004—0463（2022）07—0099—04

在新课改下，高中生物教学的重心不断从“知识本位”向“素养本位”转变，强调教学不仅要让学生积累外部知识，更要让学生发展内在的素养，形成有助于适应社会与终身发展的必备品格和关键能力。实验探究是高中生物教学中的重要教学模块，集中体现了生物课程的科学性，是发展学生核心素养的关键途径。以往的实验探究教学侧重于让学生通过实践操作验证知识、强化知识印象，但是实验探究本身的价值受到忽略。本文拟借鉴有关核心素养的理论，结合高中生物课程中的具体案例，探讨如何开展实验探究教学。

一、实验探究教学对培养学生核心素养的价值

高中生物学课程是科学领域的重要学科之一，也是一门需要不断开展实验探究的学科[1]。实验探究教学对于高中生核心素养的培养，具备多方面价值。

（一）主体全面参与，提升科学思维

《普通高中生物学课程标准》（2017年版）中提出：生物学不仅是一个结论丰富的知识体系，而且包括了人类认识自然现象和规律的一些特有的思维方式和探究过程。”整个实验探究活动以科学思维为引领，只有在主体具备严密思维的前提下，实验才具备效度。实验探究教学中的各个环节都涉及思维活动，实验设计、材料准备、操作、观察等都离不开主体思维的运用。在实验探究教学中，学生不再是单纯地接收既有知识，而是以创设实验模型的形式参与知识生成过程，提升科学思维能力。

（二）亲历实验过程，掌握探究方法

笛卡尔曾经说过：“最有价值的知识是关于方法的知识。”实验法重视精确地控制变量，开展严密的计划与操作，从客观事实中发现恒定的规律，是生物学的基本探究方法。通过亲历实验过程提出问题、获取信息、检验假设、发现结论等活动，让学生在实践的过程中具体了解如何开展科学探究，掌握实验探究方法。对探究方法的掌握对应着布鲁姆学习目标层次中的“过程与方法”层次，探究方法不是具体的知识本身，而是学生主体习得的用于解决问题的有效法则，是高中生物教学中一项重要的学习策略。

（三）促成自主体验，发展情感价值观

在生物实验教学中，学生自主体验了实验的宏观设计与微观操作过程，对如何借助现实生活中的条件开展实验探究会产生具体的认知，进而在情感价值观层面得到发展。一方面，有关生物课程学习的情感价值观会得到发展；另一方面，学生将在“社会责任”的角度得到发展。在新课标中提出，高中生物学科核心素养中包含“社会责任”一项。社会责任是基于生物学的认识，对个人和社会事物给出理性解释和判断的能力[2]。在实验探究过程中，学生对实验探究中的社会责任进行思考，进而形成积极的情感价值观，实现全面发展。

二、核心素养下高中生物实验探究教学的有效策略

对核心素养的培养，可体现在高中生物教学全阶段的实验活动中。教师要转变以往关注探究结果的思维，以探究活动自身为中心，促进学生核心素养的发展。下面结合必修1教材中“绿叶中色素的提取和分离”实验进行说明。

（一）多维思考，共同设计实验方案

实验设计是开展实验的基础，实验设计要合乎逻辑，才会产生有意义的实验结果。在教学中可以引导学生多方面展开探究，基于实验目标共同设计方案。

1.以问为引，提出初步框架。在开展实验教学之前，教师先创设情境，展示玉米地中绿色的玉米植株和白化玉米植株，以说明在健康的植物叶片中多数含有绿色的色素。然后教师提出问题：“那么，绿叶中究竟有哪些色素？请同学们根据以往的经验，说说本实验可分为哪两个部分。”以此引导学生将实验系统地分为“提取色素”和“分离色素”两个环节。然后，教师引导学生观察操作台上的材料，并阅读教材“材料用具”模块的内容，结合“提取—分离”的基本框架说说材料的用途。教师重点引导学生认识无水乙醇、层析液、二氧化硅和碳酸钙的作用。

2.调整优化，形成具体方案。教材中给出了提取和分离绿叶中色素的基本方案，并且已在旧版基础上进行改进，但其中仍有部分可继续调整优化，以培养学生的实验创新意识。在开展教学时，可从以下三个方面进行分析，形成具体实验方案。

（1）简化环节，提升实验效率。教材在提取色素中分为三步，首先称取5g绿叶，然后在研钵中加入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入5-10mL无水乙醇研磨，然后使用单层尼龙布过滤到试管中。这样获得的提取液色素含量不高，点样时容易印染，导致色素分离不明显，而且研磨之后还要过滤。教师在课堂中可以和学生一起分析无水乙醇的量对提取液色素含量的影响，以及绿叶表面水分的影响。然后，提出改进后的研磨方案：将绿叶放入温度设为70℃的干燥机中彻底干燥，然后直接使用5ml无水乙醇研磨成溶液状，提取后静置即可，无须过滤，待完成对滤纸条的制作后，再直接点样[3]。经过简化的研磨环节使用更少的材料，用时更短，能够提升实验效率。

（2）增设材料，丰富观察方式。在教材提供的实验方案中，将一个长条形的滤纸放在层析液中，让学生通过观察色素在滤纸上的扩散形态，以了解绿叶中包含的色素类型及其含量。用滤纸上的色素来观察绿叶中的色素分布，是一种形式的转换。在本次实验中，教师可以提问：“是否还有其他观察绿叶中色素分布的方式？”然后，有意识地让学生观察操作台上的圆形滤纸，引导学生想一想如何使用圆形滤纸分离色素，并预测色素在圆形滤纸上的分布形式，领悟两种材料带来的观察方式的不同。在本次实验中，使用圆形滤纸进行观察的环节仅在学生完成实验操作和交流环节后，由教师操作复验，以加深学生的印象，促进认知提升。

（3）关注责任，追求环保健康。本实验中使用的层析液由石油醚、丙酮和苯混合而成，其中含有一些有毒物质。教材给出了两种使用层析液的方式，教师可以让学生展开联想，细致分析其中每个步骤的操作难易度，以及由此带来的问题。在方案一中将层析液倒入试管，不便于装取滤纸条和加层液，滤纸较容易折叠，致使细线碰触层析液。在方案二中，使用小烧杯代替试管，在加入滤纸后使用培养皿盖住小烧杯，这个方案则有材料密闭不足的弊病，可能引起有毒物质溢出。学生完成分析后，教师展示“小试剂瓶”，引导学生观察试剂瓶，并说出使用它作为层析观察器皿的好处，然后共同确定经过优化的层析方案。

（二）实施探究，在实践中提升素养

实验探究的实施环节是学生自主展开操作的环节，在这个过程中，“教”“学”“做”“思”是一体的，能够让学生通过实践提升素养。

1.创设小组，合作探究。高中生物实验中操作步骤多，对每个步骤都有具体而精确的要求，因此可以小组合作的方式展开探究，以促进同伴之间的交流与互助。教师使用多媒体出示本实验的流程图，再由学生对照教材说明以及经过调整的方案，有序开展实验。在小组合作探究的过程中，可注重体现以下两个原则。一是“分工合作”，能够让操作整体更为妥当，使步骤与步骤之间的切换更加顺利；二是“共同确认”，当一名组员在操作某些关键环节时，其他组员要观察操作过程，共同确认操作方式符合要求，如在放入滤纸时不能让滤液细线触及层析液，重按盖玻片时要待原有的滤液干涸等等。教师要关注各组学生的探究活动，及时帮助学生解决在实验过程中遇到的问题。

2.聚焦细节，深度分析。在实验操作中，对细节的把握非常考验学生的整体素养。如果学生对实验原理理解透彻，具备清晰的思维指引，就能够有条不紊地处理好各个细节。反过来，在实验操作过程中，聚焦细节展开深度分析，则可以弥补学生在实验理解上的缺漏，促进学生的思维更加严密。在开展本次实验时，教师可以提供自主学习单，让学生将其与实验报告单结合起来使用。每次在完成一个步骤前，先对有关实验的细节展开探究，逐个排查问题。如在“分离绿叶中的色素”环节中，在自主学习单中提出了五个问题：①为什么色素会在滤纸条上分离？②为什么要将滤纸条一端剪去两个角？③为什么滤液细线越细、越直越好？④为什么画滤液细线要重复2-3次？⑤为什么滤液细线不能触及层析液？对于学生普遍存在困惑的问题，教师要及时释疑，也可由本班生物学业成绩较为优秀的学生解答。通过这种方式，实验探究不只是单纯的操作过程，更是融入了自主性的思维，可以让学生从科学研究方法的层面把握细节，提升领悟力。

（三）观察记录，展开实验结果讨论

学生使用层析液分离出绿叶中的色素后，教师先让学生自主交流实验结果，并查看其他小组的色素分离结果。其次教师让两个小组来报告自己观察的结果，然后各小组公示本组的实验结果，最后进行描述。如某组学生报告：“在滤纸最上方是橙黄色的色素带，中部是黄色的色素带，然后是蓝绿色和黄绿色的色素带。”另一组学生则根据色素带的宽度说明绿叶中的色素含量。教师再补充知识，说明各种色素颜色对应的色素种类，并将色素液和层析液滴在圆形滤纸中间，引导学生观察结果，再次验证，最后展示探究结果列表，具体如图所示。

在收集符合科学知识的证据基础上，不应忽略那些“异常”的数据。本实验对操作的要求很高，往往会出现一些不够成功的例子[4]。如因为研磨不充分，导致色素并没有充分溶解到无水乙醇中，最后滤纸上会缺少一两个色素带；有的学生滤纸条选取过短，也会导致缺少色素带；如果有的学生在画滤液细线时画的次数不够，滤液的量太少，浓度不高，很可能会导致色素带过淡，色彩难以区别……教师要帮助学生分析导致实验失败的原因，以培养学生的自主反思能力。

（四）拓展练习，提升学生理解水平

在实验结束后，学生积累了与之有关的生物知识，提高了科学思维能力、实验探究能力。教师可以给出一些拓展性的练习题，以此让学生从新的角度对实验进行再思考，以提升学生的理解水平。

三、教学实践反思

（一）重视设计环节，以思维引导实践过程

设计实验方案的实质是提出一个问题解决方案，要根据实验的基本目标，从材料、流程等方面进行设计，体现科学探究的本质要求。因此，实验设计环节中虽然并没有“做”的活动，却在整个实验教学中具有引领性的作用，它在思维、方法以及情感价值观培养方面都至关重要。在教学中要让学生参与实验设计，并让学生根据自己的思考去理解方案，而不是直接让学生根据方案逐步操作。

（二）调动课堂活力，促进学生主动探究

高中生物教学中的实验探究课应当是充满活力的，能让学生体会科学探究的奇妙，经历知识再发现的过程，感受自身能力提高的喜悦。如果只是教师单向讲授，学生的主体性没有被调动起来，教学效果实则有限。在课堂中，可以多使用提问法，促进师生互动；教师要多观察学生的实验过程，发现生成性问题，并适时解决；同时，注重同伴间的互动，学生的许多知识和经验往往来源于其他同学，教师要多为学生提供课中分享经验、交流观点的平台，提高他们的思维能力。

（三）巧用具体案例，展示普遍的探究规律

要以实验探究教学培养学生的核心素养，就要超越对实验主题本身的关注，让学生感受其中恒定不变的思想和方法。在每个具体案例中，都融入了普遍的探究规律，教师可以多结合实验案例，引导学生认知在实验探究中如何进行条件控制、获取信息、记录结果等工作，让学生既知其然，又知其所以然。

总之，基于实验探究培养学生核心素养符合课改的趋势，顺应了生物教学的特质。教师在开展实验探究教学时要提升理论认知的高度，让学生在实验过程中掌握科学探究的一般性原则与方法，以助力学生的核心素养发展。

参考文献

[1]吴爱凤.基于核心素养的高中生物实验优化研究[J].高考，2020（30）：49.

[2]盛勤，冯少娴.基于生物学学科核心素养的高中生物实验教学策略[J].西部素质教育，2020（12）：71-72.

[3]邹君，邹峥嵘.“绿叶中色素的提取和分离”实验改进[J].中学生物教学，2020（14）：66-68.

[4]黄宝星，陈红芝.“绿叶中色素的提取与分离”实验失败原因分析及改进方案[J].福建基础教育研究，2013（08）：124-125.

编辑：张昀