核心素養(yǎng)下高中生物實驗教學路徑探索

摘要：本文以“有絲分裂”實驗為例進行研究和實踐，旨在探索核心素養(yǎng)背景下高中生物實驗教學的路徑。通過運用創(chuàng)新的教學方法和實驗設計，培養(yǎng)學生的觀察、實驗設計、數(shù)據(jù)分析和科學思維等核心素養(yǎng)。實驗教學路徑的探索將提升學生的實踐能力和科學素養(yǎng)，為學生在生物學學科中的學習和未來的科學研究奠定堅實基礎。關鍵詞：高中生物；實驗教學；有絲分裂；開展策略【中圖分類號】G632【文獻標識碼】A【文章編號】2097-2539（2024）01-0137-04高中生物實驗教學在培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)和實踐能力方面起著至關重要的作用。隨著核心素養(yǎng)教育理念的不斷發(fā)展和推廣，實驗教學也需要與之相適應，以滿足學生全面發(fā)展的需求?！坝薪z分裂”是高中生物學課程中的重要實驗之一，該實驗對學生的觀察力、實驗設計能力和科學思維等核心素養(yǎng)提出了較高的要求。因此，本文以“有絲分裂”實驗為例探索實驗教學路徑，以進一步提升學生的核心素養(yǎng)。一、核心素養(yǎng)在“有絲分裂”生物實驗教學中的體現(xiàn)（一）有利于生命觀念的培養(yǎng)1.通過實驗促進實踐觀察與探索。引導學生進行“有絲分裂”實驗，在實驗過程中觀察和記錄細胞的分裂過程，通過親身參與實驗，學生能夠深入體驗細胞分裂的奇妙和生命的多樣性。2.通過實驗引導思考與討論。在實驗前后，教師組織學生進行思考和討論，激發(fā)他們對細胞分裂的好奇心和疑問[1]。通過問答和小組討論等形式，引導學生思考細胞分裂對生物發(fā)展和遺傳的意義，并幫助他們形成正確的生命觀念。3.通過實驗聯(lián)系實際，思考社會問題。教師引導學生通過“有絲分裂”實驗，將所學知識與現(xiàn)實生活和社會問題聯(lián)系起來，讓學生認識到細胞分裂對生命發(fā)展和健康的重要性。例如，組織探討癌細胞的異常分裂與人類健康的關系，引導學生思考細胞分裂異常導致的疾病以及相應的治療方法。（二）有利于科學思維的培養(yǎng)1.提出問題與假設。在進行“有絲分裂”實驗前，引導學生提出關于細胞分裂的問題，并提出自己的假設[2]。例如，學生可以思考細胞為什么需要分裂，分裂過程是否受到其他因素的影響等。2.實驗設計與數(shù)據(jù)分析。在實驗過程中，鼓勵學生自主設計實驗方案，確定實驗變量并進行數(shù)據(jù)的觀察和記錄。通過分析實驗結果，引導學生發(fā)現(xiàn)細胞分裂的規(guī)律和特點，培養(yǎng)他們整合和分析數(shù)據(jù)的能力。3.推理與解釋現(xiàn)象。在實驗結束后，引導學生從實驗結果出發(fā)，推理和解釋細胞分裂現(xiàn)象，鼓勵他們運用所學的生物知識和科學原理，深入思考細胞分裂的原因和機制。4.提出新問題與拓展思考。通過“有絲分裂”實驗，激發(fā)學生對其他相關問題的興趣，鼓勵他們提出新的問題并展開拓展思考。例如，思考細胞分裂與生物進化的關系以及探究細胞分裂在不同生物體中的異同等。（三）有利于探究實踐能力的培養(yǎng)1.自主提出問題。在“有絲分裂”實驗中，引導學生根據(jù)實驗現(xiàn)象、實驗結果或其他內(nèi)容自主提出問題，激發(fā)他們對細胞分裂過程中關鍵問題的興趣和好奇心。例如，可以探究細胞分裂的速度是否受到溫度的影響，或者比較不同類型細胞的分裂方式等。2.設計實驗方案。以教學目標為依據(jù)，鼓勵學生自主設計實驗方案，確定實驗變量、控制變量和測量方法，以回答他們提出的問題[3]。例如，可以設計不同溫度條件下的細胞分裂實驗，觀察和比較細胞分裂的速度和方式。3.實施實驗和數(shù)據(jù)收集。學生根據(jù)設計的實驗方案進行實驗操作，并收集所需的數(shù)據(jù)和觀察結果，鼓勵他們進行細致的觀察和記錄，保證實驗的準確性和可靠性。4.數(shù)據(jù)分析和結論提出。學生根據(jù)收集到的實驗數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析和結果的解釋。例如可以通過繪制圖表、計算數(shù)據(jù)指標等方式來展示實驗結果，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析提出合理的結論等。（四）有利于態(tài)度責任的培養(yǎng)1.強調(diào)實驗的重要性。在引導學生進行“有絲分裂”實驗時，教師應明確強調(diào)實驗的重要性和意義[4]。通過解釋細胞分裂在生物體中的重要作用，讓學生意識到實驗對于深入了解生命過程和解決生物問題的重要性。2.培養(yǎng)嚴謹和細致的態(tài)度。鼓勵學生在實驗中保持嚴謹和細致的態(tài)度。教師可以要求學生在實驗前進行實驗設備的檢查和準備工作，確保實驗順利進行。同時強調(diào)在實驗操作過程中的注意事項，如保持實驗環(huán)境的清潔、正確使用實驗儀器和化學試劑等，讓學生養(yǎng)成嚴謹、細致的科學態(tài)度。3.倡導團隊合作和互助精神。在“有絲分裂”實驗中，可以組織學生分組進行實驗，并設定合理的任務分工，讓學生互相協(xié)作、互相支持。同時，教師可以引導學生在實驗中相互交流和討論，分享實驗結果和心得體會。通過合作和分享，加強培養(yǎng)學生之間的團隊互助精神。4.強化安全意識和環(huán)境保護。在“有絲分裂”實驗的過程中，教師應特別強調(diào)學生的安全意識和環(huán)境保護意識，提醒學生正確使用實驗器材和化學試劑，遵守實驗室安全規(guī)范，并保持實驗環(huán)境的整潔和安全。同時，引導學生在實驗結束后進行垃圾分類和廢棄物處理，培養(yǎng)他們的環(huán)保意識和責任感。二、生物實驗教學中的創(chuàng)新策略（一）創(chuàng)新實驗設計與操作1.引入實際案例和問題。在實驗設計中引入實際的生物案例和問題，使學生在實驗中能夠?qū)⑺鶎W知識與實際情境相結合。例如，教師可以針對當前的某熱點提出一個生物問題，要求學生設計實驗來解決該問題，激發(fā)學生的探究興趣和動力。2.探索性實驗設計。鼓勵學生進行探索性實驗設計，讓他們有機會提出自己的實驗假設和設計方案，并進行實際操作[5]。在“有絲分裂”實驗中，可以讓學生自行調(diào)整實驗條件，觀察細胞分裂過程中不同因素對實驗結果所產(chǎn)生的影響，培養(yǎng)學生的實驗設計能力和創(chuàng)新思維。3.引入新技術和工具。利用現(xiàn)代生物技術和工具，如顯微鏡、圖像分析軟件等，來增強實驗的觀察和分析能力。例如，通過引入數(shù)字顯微鏡和圖像分析軟件，學生可以更清晰地觀察和記錄有絲分裂過程中的細胞變化，進一步加深對細胞分裂機制的理解。4.創(chuàng)設真實情境。將實驗設計與真實情境相結合，營造生物實驗的真實性和應用性。在“有絲分裂”實驗中，教師可以設置多個細胞觀察樣本，要求學生根據(jù)觀察結果判斷細胞分裂過程的是否正常，并分析產(chǎn)生的異常情況，以模擬真實生物研究中的情景。通過以上創(chuàng)新實驗策略，學生在設計實驗的過程中，能夠積極思考和解決問題，培養(yǎng)科學思維和創(chuàng)新意識。同時，創(chuàng)新的實驗設計也能夠讓學生更好地理解和應用生物學知識，促進他們對生物科學的興趣和理解。（二）鼓勵學生參與、合作、展示成果1.加強小組合作。將學生分成小組進行實驗，鼓勵他們開展合作、分享觀察和實驗結果。每個小組成員可以扮演不同的角色，如實驗記錄員、數(shù)據(jù)分析員等，共同完成實驗任務。通過小組合作和分享，學生參與實驗的積極性進一步加強，而且能夠相互協(xié)作、互相學習，提高團隊合作能力和溝通能力。2.鼓勵學生自主設計。學生作為學習主體，在實驗過程中要給予學生足夠的自主權，讓他們主動參與到實驗設計的過程中。在“有絲分裂”實驗中，學生可以自行提出實驗問題和假設，設計實驗步驟和操作流程，比如自主選擇觀察細胞的樣本和實驗條件，并記錄實驗結果。通過自主設計，學生能夠培養(yǎng)獨立思考和解決問題的能力。3.開展合作探究活動。在“有絲分裂”實驗中，可以設置合作探究活動，讓學生在實驗過程中相互合作，分享觀察和思考。例如，組織學生進行對比觀察，讓他們分享不同樣本的觀察結果，并進行交流和討論。通過合作探究活動，學生能夠互相啟發(fā)、相互學習，促進彼此之間的思想碰撞和知識交流。4.積極報告和展示。在實驗結束之后，可以要求學生以小組或個人的形式撰寫實驗報告，并進行展示和分享?？梢酝ㄟ^口頭陳述、海報展示、多媒體演示等形式，向同學和教師展示實驗的目的、過程和結果[6]。通過報告和展示，學生能夠提高表達能力和演示技巧，同時也能夠從他人的報告中獲得啟發(fā)和反思。通過以上方式，學生在參與實驗的過程中，能夠鍛煉團隊合作能力、提高自主學習和解決問題的能力，培養(yǎng)探究精神和創(chuàng)新意識。而學生之間的合作與交流也能夠豐富實驗過程，促進知識的共享和共同進步。同時，分享和展示又能讓學生獲得實驗體驗感和成就感，對生物實驗產(chǎn)生更濃厚的興趣。（三）強化數(shù)據(jù)分析，發(fā)展科學思維能力1.數(shù)據(jù)收集與整理。要求學生對實驗過程中的數(shù)據(jù)進行收集和整理，學生可以使用表格、圖表或其他可視化工具來呈現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)，以便更好地觀察和分析。通過數(shù)據(jù)收集與整理，可以培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析的能力。2.數(shù)據(jù)解讀與推理。引導學生從實驗數(shù)據(jù)進行解讀和推理。學生通過觀察和比較不同條件下的實驗結果，分析數(shù)據(jù)的規(guī)律和趨勢，并據(jù)此提出科學推斷和假設。例如，在“有絲分裂”實驗中，學生可以觀察細胞的分裂速度、染色體的形態(tài)變化等，從中推斷細胞分裂的規(guī)律和機制。3.科學思維的引導。鼓勵學生運用科學思維進行分析和解決問題。通過提出問題、提出假設、設計實驗、觀察和分析數(shù)據(jù)等過程，培養(yǎng)學生的科學思維能力，如觀察力、推理能力、實驗設計能力等。在“有絲分裂”實驗中，學生可以提出“不同環(huán)境因素對細胞分裂的影響”等問題，然后設計實驗進行驗證和解答，教師對學生的解答和討論進行適時評價和鼓勵。學生通過對實驗數(shù)據(jù)的分析與解讀，能夠深入理解生物學知識，提高科學思維的水平，為他們未來的科學學習和研究打下堅實基礎。同時，科學討論與評價的過程也能夠培養(yǎng)學生的合作與交流能力，促進他們共同探究和共同進步。（四）進行實驗評估與反思1.創(chuàng)新實驗評估工具。教師應該不斷創(chuàng)新的實驗評估工具，如采用問卷調(diào)查、實驗報告、觀察記錄等形式評估學生在實驗中的實際表現(xiàn)和理解程度，通過評估，可以全面了解學生對實驗的掌握情況，發(fā)現(xiàn)他們的優(yōu)點和不足之處。2.開展反思與討論。引導學生進行實驗結果的反思與討論，鼓勵學生回顧實驗過程和結果，提出自己的觀點和感受，并與同學進行討論[7]。通過反思和討論，學生可以深入思考實驗的意義和應用，加深對實驗原理和科學概念的理解。3.及時反饋和改進。根據(jù)實驗評估和學生的反思，教師應給予及時的反饋和指導，鼓勵學生根據(jù)評估結果和反思的經(jīng)驗，提出改進實驗的建議，并在后續(xù)的實驗中加以應用和調(diào)整。通過及時的反饋和指導，學生可以不斷改進實驗設計和操作技巧，提高實驗的準確性和可靠性，這樣可以幫助學生不斷提高實驗技能和科學思維能力。實驗評估與反思的創(chuàng)新策略有助于培養(yǎng)學生的自我評估和自我調(diào)整能力，促進他們的實驗技能和科學素養(yǎng)的全面發(fā)展。三、生物實驗教學的評估與改進（一）評估方法與指標的選擇1.成績評估。通過考試、實驗報告和作業(yè)等方式對學生的實驗成績進行評估，幫助了解學生對實驗內(nèi)容的掌握程度和實驗技能的運用能力。2.觀察評估。通過觀察學生在實驗過程中的表現(xiàn)和操作技巧，評估他們的實驗能力和實驗態(tài)度，包括實驗過程中的儀器操作、實驗數(shù)據(jù)的記錄和實驗安全的意識等方面。3.反思評估。通過學生的反思和自我評估，了解他們對實驗過程和實驗結果的理解和思考，幫助發(fā)現(xiàn)學生對實驗的理解偏差、困惑或誤解，從而進行有針對性的教學改進。（二）教學改進策略1.針對評估結果進行個性化教學。根據(jù)評估結果，了解學生的學習特點和需求，提供個性化的教學輔導和指導，這可以幫助學生克服困難，提高學習效果。2.加強實驗前導學。在實驗前提供充分的導學，包括理論知識的講解、實驗目的的明確和實驗步驟的演示等，這可以幫助學生更好地理解實驗內(nèi)容和準備實驗所需的知識和技能。3.強調(diào)實驗思維和科學方法。培養(yǎng)學生的實驗思維和科學方法論，引導他們進行科學推理、數(shù)據(jù)分析和實驗結果的解釋，這可以幫助學生培養(yǎng)科學思維和批判思維能力。4.提供反饋和建議。及時向?qū)W生提供實驗結果的反饋和建議，指導他們改進實驗設計和操作技巧。同時，鼓勵學生提出自己的改進建議，促進他們主動參與教學改進的過程。通過評估與改進，可以不斷提高生物實驗教學的質(zhì)量和效果，促進學生的實驗能力和科學素養(yǎng)的全面