“三新”背景下高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)探究

【摘要】在新課程、新教材、新高考的“三新”背景下，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)成了高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要目標(biāo)，要求教師要凸顯實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探究性，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。文章闡述了“三新”背景下的高中生物教學(xué)要求，提出改進(jìn)策略，如豐富的實(shí)驗(yàn)類型，精心創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境；學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)方案，助力學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)思想；聚焦探究過程，凸顯生物實(shí)驗(yàn)的探究性；關(guān)注實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力?！娟P(guān)鍵詞】高中生物；實(shí)驗(yàn)；“三新”背景；策略生物是一門建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的學(xué)科，在新課程、新教材、新高考的“三新”背景下開展高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，要重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。但是從目前的情況來看，高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在諸多問題，如實(shí)驗(yàn)過程的探究性不足、培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計(jì)生物實(shí)驗(yàn)的能力被忽視，不利于“三新”改革的推進(jìn)。針對(duì)這些情況，高中生物教師要加強(qiáng)對(duì)“三新”內(nèi)容及特點(diǎn)的研究，明確生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求，進(jìn)而探索有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略。一、“三新”背景下的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求高中生物新教材和舊教材相比，增加了更多的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，要求學(xué)校應(yīng)該按照規(guī)定和計(jì)劃完成各種實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這足以說明生物實(shí)驗(yàn)的重要性。高中生物教師也應(yīng)該深刻認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要地位，探索有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略和方法，全面提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。高中生物新課標(biāo)指出，要將學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展作為課程目標(biāo)、課程內(nèi)容以及課程實(shí)施和評(píng)價(jià)的宗旨。核心素養(yǎng)是綜合性的概念，對(duì)于某一個(gè)學(xué)科來說，是指學(xué)生在學(xué)科學(xué)習(xí)中形成的關(guān)鍵能力和必備的學(xué)習(xí)品質(zhì)[1]。高中生物學(xué)科的核心素養(yǎng)包括科學(xué)思維、科學(xué)探究等。這就要求教師在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不僅要關(guān)注學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)相關(guān)原理、過程、結(jié)果等實(shí)驗(yàn)知識(shí)的掌握，還要有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，經(jīng)歷提出問題、作出假設(shè)、實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、表達(dá)交流等過程，形成科學(xué)探究的思維，讓生物核心素養(yǎng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中落實(shí)。在新一輪的高考改革中，高考生物試題的實(shí)驗(yàn)題分值逐漸提高，以實(shí)驗(yàn)題材為背景的試題題量在不斷增加，實(shí)驗(yàn)成了重要的命題載體，這也要求教師要高度重視生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)。從高考生物實(shí)驗(yàn)題的形式以及命題的方向來看，實(shí)驗(yàn)題也從以往的分析說明向?qū)嶒?yàn)的改進(jìn)完善、實(shí)驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變，學(xué)生不僅要能夠?qū)ι飳?shí)驗(yàn)的步驟、方法加以分析和說明，還要自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)[2]。新高考對(duì)學(xué)生的自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岢隽烁叩囊?，教師在?shí)驗(yàn)教學(xué)中也應(yīng)該給予學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)。二、“三新”背景下的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)策略（一）豐富實(shí)驗(yàn)類型，精心創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境高中生物教材增加了更多的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，高考試題中生物實(shí)驗(yàn)的分值也逐漸提高，這些信號(hào)都在告訴教師要重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，增加實(shí)驗(yàn)課時(shí)。生物本身是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠促使學(xué)生深度把握生物知識(shí)的本質(zhì)內(nèi)涵，在實(shí)驗(yàn)中總結(jié)規(guī)律，對(duì)生物概念形成更深刻的見解。目前高中生物實(shí)驗(yàn)以觀察型實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)步驟通常是已知的，讓學(xué)生跟隨明確的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，通過實(shí)驗(yàn)理解生物知識(shí)、總結(jié)規(guī)律等。這兩種實(shí)驗(yàn)類型主要提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，對(duì)學(xué)生的探究思維、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的提升作用有限，因此，教師應(yīng)該引入豐富的實(shí)驗(yàn)類型[3]。除了驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、觀察型實(shí)驗(yàn)之外，還應(yīng)該引入調(diào)查類實(shí)驗(yàn)、探究型實(shí)驗(yàn)和建模類實(shí)驗(yàn)，開拓學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α榱俗寣W(xué)生全身心地參與到生物實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行思考和探究，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，將學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)機(jī)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(biāo)也強(qiáng)調(diào)要?jiǎng)?chuàng)設(shè)問題探究的情境增強(qiáng)學(xué)生的體驗(yàn)感。教師可以結(jié)合學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活和學(xué)習(xí)需求創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)探究的真實(shí)情境，將學(xué)生設(shè)計(jì)生物實(shí)驗(yàn)的動(dòng)機(jī)激發(fā)出來，以情境引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考、探索，實(shí)現(xiàn)從“要我設(shè)計(jì)”到“我要設(shè)計(jì)”的轉(zhuǎn)變。為了增強(qiáng)情境的體驗(yàn)性，教師可以從現(xiàn)實(shí)生活中的常見現(xiàn)象、社會(huì)熱點(diǎn)話題以及科學(xué)進(jìn)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(xì)胞的吸水和失水”這一內(nèi)容的教學(xué)中，教師可以結(jié)合現(xiàn)實(shí)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(jìn)出植物細(xì)胞”的實(shí)驗(yàn)課題，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來探究植物細(xì)胞的吸水和失水的條件，學(xué)生自然能夠興致勃勃地參與到實(shí)驗(yàn)探索中。（二）分析實(shí)驗(yàn)方案，助力學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)思想學(xué)生的生物實(shí)驗(yàn)探究需要建立在充分掌握理論知識(shí)的基礎(chǔ)之上，教師在課堂上要重視實(shí)驗(yàn)方案的分析，幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)思想，為學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)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(xué)家的典型實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)包含了科學(xué)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(shí)驗(yàn)開展教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)方案，讓學(xué)生了解生物研究的過程和方法，從中學(xué)習(xí)科學(xué)研究的思維，形成科學(xué)態(tài)度和精神，并掌握科學(xué)研究的有效方法。比如，孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝮w現(xiàn)孟德爾實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路，讓學(xué)生了解“觀察現(xiàn)象→提出推論→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→得出結(jié)論”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)自主設(shè)計(jì)的過程中也按照這樣的思路展開。孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)還體現(xiàn)了其對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的思考，其一開始研究的是一對(duì)相對(duì)性狀的遺傳情況，后面再研究兩對(duì)相對(duì)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(xué)生感受科學(xué)家的思維過程、研究方式，從中總結(jié)出生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的規(guī)律、方法。教材由于篇幅的限制，介紹、展示科學(xué)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(xué)家科學(xué)探究的相關(guān)資料，將其融入課堂教學(xué)中，豐富教學(xué)內(nèi)容。如在“葉綠體的功能”這一內(nèi)容的教學(xué)中，教師就可以引入恩格爾曼的水綿實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)介紹實(shí)驗(yàn)的過程，引導(dǎo)學(xué)生思考恩格爾曼是如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、怎樣控制實(shí)驗(yàn)條件、如何觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的，讓學(xué)生從中學(xué)習(xí)、總結(jié)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路和方法，讓學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)思想，掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路和方法。（三）聚焦探究過程，凸顯生物實(shí)驗(yàn)的探究性探究性實(shí)驗(yàn)是高中生物實(shí)驗(yàn)的重要組成，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的探究性不足是探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)的常見問題。在以往的生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師注重實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)材料以及實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果分析，學(xué)生雖然能夠清楚地知道和實(shí)驗(yàn)相關(guān)的知識(shí)，但是學(xué)生沒有經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究的過程，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力非常不利，不符合“三新”背景下的教學(xué)要求。針對(duì)這一目標(biāo)，教師就可以明確目標(biāo)設(shè)定，聚焦探究過程，從學(xué)生探究的視角設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究的過程，增強(qiáng)探究實(shí)驗(yàn)的探究性。生物實(shí)驗(yàn)探究的過程包括提出問題、形成猜想、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以及得出結(jié)論，教師可以圍繞這樣的流程開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究過程中保持科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度，并遵循事實(shí)依據(jù)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。比如，在“探究酵母菌呼吸方式”實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，教師應(yīng)將“科學(xué)探究素養(yǎng)”納入實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)中，從科學(xué)探究的過程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷探究的過程。教師可以從學(xué)生的現(xiàn)實(shí)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(dǎo)學(xué)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(shí)要將葡萄汁裝入發(fā)酵罐并蓋嚴(yán)”這兩個(gè)操作提出假設(shè)，讓學(xué)生分析這兩個(gè)操作的環(huán)境和最終的結(jié)果，從而提出酵母菌細(xì)胞呼吸方式、呼吸產(chǎn)物的假設(shè)。學(xué)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(jìn)行細(xì)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(xué)生提出假設(shè)并作出猜想后，接下來是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，教師提供實(shí)驗(yàn)需要的各種試劑和器材，讓學(xué)生參照教材中的內(nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)自己的猜想進(jìn)行驗(yàn)證。學(xué)生猜想酵母菌在有氧、無氧的條件下均能夠進(jìn)行細(xì)胞呼吸，因此需要設(shè)置兩種實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這對(duì)于學(xué)生來說難度比較大，教師可以在必要時(shí)啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生，通過提問的方式為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)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(xué)生，讓學(xué)生在解決一個(gè)個(gè)的問題中形成實(shí)驗(yàn)方案。完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)后，教師引導(dǎo)學(xué)生在有氧和無氧的環(huán)境中模擬酵母菌的呼吸方式，讓學(xué)生自主操作、觀察，然后對(duì)不同環(huán)境下酵母菌呼吸產(chǎn)生的物質(zhì)進(jìn)行判斷和驗(yàn)證，讓學(xué)生經(jīng)歷探究的過程。（四）關(guān)注實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力1.引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)自主設(shè)計(jì)能力應(yīng)該在實(shí)踐中提升，因此教師要給學(xué)生提供自主設(shè)計(jì)生物實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)和機(jī)會(huì)，讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)際操作，在這個(gè)過程中針對(duì)性培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)自主設(shè)計(jì)能力。教師可以先引導(dǎo)學(xué)生對(duì)別人的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，分析其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路和方法，找出其中的優(yōu)勢和不足之處，并引導(dǎo)學(xué)生對(duì)他人的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行改善和優(yōu)化，給學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供一定的支架，降低學(xué)習(xí)難度。2.引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案。教師還可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)活動(dòng)，呈現(xiàn)一些不成功的生物實(shí)驗(yàn)方案，讓學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)不成功的原因，完善實(shí)驗(yàn)方案。一些實(shí)驗(yàn)過程比較復(fù)雜、煩瑣，也可以讓學(xué)生從更直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和更簡單的實(shí)驗(yàn)操作等視角改進(jìn)方案。教師可以提供改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案的思路，鼓勵(lì)學(xué)生從改進(jìn)實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)試劑與裝置以及實(shí)驗(yàn)步驟等方面思考。對(duì)于實(shí)驗(yàn)材料的改進(jìn)，教師首先要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)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(xì)胞的吸水與失水”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)采用紫色洋蔥為材料，教師可以先讓學(xué)生分析為什么選擇這一材料，學(xué)生很快就可以想到是因?yàn)檠笫[細(xì)胞液含有色素，可以更好地觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)過程中為了更好觀察，學(xué)生往往選用顏色較深的洋蔥外層，因?yàn)檠笫[越往里面顏色越淺，因此不好觀察。但是在實(shí)驗(yàn)過程中同學(xué)們發(fā)現(xiàn)撕取表皮細(xì)胞時(shí)很容易將細(xì)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(dǎo)致實(shí)驗(yàn)材料嚴(yán)重浪費(fèi)。對(duì)于這一情況，教師和同學(xué)們一起探討如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。對(duì)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(shí)驗(yàn)，便于觀察。對(duì)于表皮細(xì)胞和葉肉細(xì)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(xì)胞和表皮細(xì)胞的結(jié)合沒那么緊密，這個(gè)時(shí)候就很容易撕取完整的表皮細(xì)胞。教師還可以引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)試劑和實(shí)驗(yàn)步驟。藥品試劑的濃度、純度以及量都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果產(chǎn)生影響，教師要先帶領(lǐng)學(xué)生分析原來實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的原因，發(fā)揮藥品試劑的作用，讓改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置以及藥品試劑的選擇能夠得到更好觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在不影響實(shí)驗(yàn)效果的情況下，實(shí)驗(yàn)步驟越簡便越好，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考是否可以簡化實(shí)驗(yàn)步驟，或者對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟的順序進(jìn)行調(diào)整，讓操作更簡便。3.組織學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。新課標(biāo)對(duì)學(xué)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(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活開展小課題研究，給出課題，組織學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)自主設(shè)計(jì)能力。比如學(xué)習(xí)了糖類、蛋白質(zhì)等鑒定方法后，教師就可以布置課題，讓學(xué)生選擇生活中的一種常見食物，鑒定其主要成分，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并進(jìn)行