基于核心素养的高中生物实验教学优化与创新调查研究

摘

要：随着素质教育和教学改革的深入，在现代高中生物实验教学中，学生通过实验可以清晰明了地理解教材中复杂的知识点，通过自己亲眼所见加深对知识的印象，这不仅提升了教学效率，还培养了学生的动手操作能力。教师应重视生物实验教学，寻找创新和改进的教学方法，打造高效生物课堂。文章基于核心素养，对高中生物实验教学现状及实验优化和创新方面进行了实证调查，就如何对高中生物实验教学进行优化和创新提出了可行性建议，以供参考。关键词：核心素养；实验教学；高中生物一、研究背景为顺应新课改教育工作的展开，在高中教学中对生物学科教学的整改力度也在随之增强。生物学科学生核心素养的培养离不开实验教学。现如今，我国高中生物实验教学中，还存在一些问题，如实验材料单一或取材不方便，实验装置和实验过程复杂，实验现象不够明显，致使学生兴趣低下，自信心受到打击，导致教学效率低下。基于此，教师重视生物实验教学，积极寻找创新和改进的教学方法，打造高效生物課堂。二、研究意义（一）实践意义实验是生物教学的基础，一线教师基于新高考模式和高中生物核心素养进行实验改进和创新探索具有重要价值和意义。第一，有助于提升教师专业素养和学生实验能力。教师通过研究生物学科核心素养，更能领悟其具体要求，从而提高业务水平。学生通过实验课可以从中提升个人的实验能力与社会责任感。第二，促进生物学科核心素养的研究和评价。生物学科核心素养的实验教学特征、要素的理论与实证研究，一方面为教师实施教学实践提供了方向和框架；另一方面给生物学科核心素养的评价研究提供了丰富的素材与实证，给评价的改进提供了思路，有助于完善生物学科核心素养的评价研究。（二）理论意义传统生物实验课堂主要表现为教师讲学生练，同一个班级、同一种操作等。高中生物实验教学的优化主要体现在优化实验课堂教学模式、实验方法及实验材料的创新和改进、实验装置的改良等。优化实验课堂教学模式能对学生思维水平以及探究能力等产生促进作用。实验方法及实验材料的创新和改进、实验装置的改良有利于培养学生的创新和实践能力，激发学生对实验课的兴趣和重视，提升学生对新问题的敏感度和分析能力。目前，我国对高中生物实验教学优化和创新的研究论文较少。为了更深入地了解广西高中生物实验教学现状和实验优化和创新的真实情况，本研究运用问卷调查法，对数据进行统计分析，对发现的问题提出了相关建议。三、调查研究设计调查对象：以广西南宁市高中生物教师和学生（高二和高三）为主要研究群体。调查方式：１．问卷星在线测评系统：专业的在线问卷调查平台，具有在线设计问卷、采集数据、自定义报表、调查结果分析等一系列强大功能。２．采用分项目分群体针对性地进行问卷调查的方法，设计教师版和学生版两种调查问卷。四、调查结果分析（一）总体调查情况采用教师版和学生版分项目分群体针对性地进行问卷调查，收到问卷１９９份，其中教师问卷６０份（市示范高中生物教师占４３．３３％，市普通高中生物教师占２１．６７％），学生问卷１３９份（市示范高中生占９２．８１％，市普通高中生占７．１９％），有效问卷１９９份，有效率１００％。（二）教师问卷调查分析教师问卷调查共设计了９个选择题，主要从以下六个方面来调查。１．生物实验室配置情况方面。第２题和第３题都与这方面有关，调查结果：第２题选Ｄ项（两间以上的生物学实验室）的教师最多，占６８．３３％，其次是Ｃ项（有一间），选Ａ项（没有）、Ｂ项（供生物学和化学学科共用）最少；第３题选Ｃ项（基本满足新课纲要求的生物学实验），Ｂ项（满足部分）的教师最多，占３５％以上，其次是Ａ项（不能满足），选Ｄ项（完全满足）最少，说明大部分学校对生物实验教学很重视，能基本满足大纲要求，但仍有部分学校存在配置不足，甚至没有配置生物实验室的情况。综上可知，南宁市大多数实验室的硬件配备情况相对充足，但某些学校实验室的硬件配备仍存在很大的改善空间。２．生物教师最常用的生物实验教学方式方面：调查显示：选Ａ项（先教师讲或演示实验，让学生按要求完成实验）的教师最多，占６８％，其次是Ｄ项，选Ｂ项（教师和学生合作交流互动完成实验）、Ｃ项（让学生自己完成，教师在旁边辅助学生）最少，说明目前教师的生物实验教学中，进行的多数是传统的生物实验课堂，探究性实验教学课堂真正落实的并不多。３．高中生物必修课本实验开展情况方面。查阅课本发现必修实验共有１７个，调查问卷第５题设置了１８个选项对这些实验的开展情况进行了调查，调查内容依次为Ａ（用显微镜观察多种多样的细胞）、Ｂ（检测生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质）、Ｃ（观察ＤＮＡ、ＲＮＡ在细胞中的分布）、Ｄ（观察线粒体和叶绿体）、Ｅ（体验制备细胞膜的方法）、Ｆ（观察植物细胞的质壁分离和复原）、Ｇ（探究影响酶活性的因素）、Ｈ（叶绿体色素的提取和分离）、Ｉ（探究环境因素对光合作用强度的影响）、Ｊ（探究酵母菌的呼吸方式）、Ｋ（观察根尖分生组织细胞的有丝分裂）、Ｌ（模拟探究细胞表面积与体积的关系）、Ｍ（低温诱导染色体加倍）、Ｎ（探究植物生长调节剂对扦插枝条生根的作用）、Ｏ（探究培养液中酵母菌数量的动态变化）、Ｐ（土壤中动物类群丰富度的研究）、Ｑ（设计并制作生态缸，观察其稳定性）和Ｒ（都没有）。调查数据表明，选Ｒ项占１３．３３％，个别学校一个都没办法开展，有些学校开展，但全开展的不多，做的实验最多的只有选项里的Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｆ、Ｈ、Ｋ六个，这些实验也只达到５０％以上，其中只有Ａ、Ｂ、Ｆ三个选项达到７０％以上，说明目前的高中生物实验教学安排远远不足，还存在一些问题，如教材中提供的实验材料单一或取材不方便，比如往往会受到季节气候、地域、学校教学进度、原料的来源等因素的限制，实验装置复杂，在实际教学使用过程中会出现各种困难。由于不能按照新大纲的目标要求完成，学生对实验知识的掌握不够直观，学生的动手探究能力得不到很好的培养，生物学科的核心素养无法充分体现。４．进行了材料替代或操作改进的实验情况方面。第６题和第７题都与这方面有关，设置了和第５题一样的调查内容，对必修课本１７个实验的优化和创新现状进行了调查。调查数据表明，某些学校对部分实验选择了材料替代，进行材料替代较多的实验有Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｈ，占２０％以上，或操作改进，进行操作改进较多的实验有Ｂ、Ｄ、Ｈ，占２０％以上，高中生物必修实验中有些实验进行材料替代或操作改进，可以使实验简便，易操作，实验效果显著，从而提高学生的实验探究能力，提高学生的生物学科核心素养。但是，调查显示，选择都没有进行材料替代的选项占３０％，几乎占最高；选择都没有进行操作改进的选项占３６．６７％，比例最高，说明有些学校的教师缺乏对实验教学进行优化和创新的意识。５．不进行某些实验的原因方面。选Ｄ项（实验室设备有限，没有开展该实验的条件）和Ａ项（课时紧张）的较多，占６０％以上，表明很多学校不开展某些实验的原因是受客观因素的限制。６．困扰实验教学的因素方面。选Ｅ项（课本实验材料不太理想）占２１．６７％；選Ｆ项（课本实验操作不太合理）占６．６７％，表明困扰教师进行实验教学的因素也存在实验材料和实验操作的因素，所以开展高中生物实验教学优化与创新调查研究非常有必要和有意义。（三）学生调查问卷分析学生问卷共设计了１６个选择题，主要从以下六个方面来调查。１．学生对生物实验的兴趣和感兴趣的实验类型方面。第３题和第４题都与这方面有关，调查显示：第３题选Ａ项（非常喜欢）最多，占４６．７６％，第４题选Ａ项（探究实验）最多，占７４．８２％，表明学生非常喜欢上生物课，而且更喜欢探究性的生物实验课。２．怎样预习和独立完成方面。第５题和第６题都与这方面有关，第５题学生选Ｂ项（看教科书与辅导资料相结合）最多，占５３．９６％，第６题学生选Ｂ项（大部分能）最多，占７１．２２％，表明大部分学生能主动预习实验内容，并且能够独立完成实验操作，具有很强的求知欲和实践能力。３．对实验课时安排的看法方面。学生选Ａ项（太少了，没有充分的时间展开探究）最多，占４８．２％，其次是Ｂ项（比较合适），表明学生希望有更多的时间参与探究。４．实验创新方面。第８、９、１０、１１、１２、１３和１４题都与这方面有关，第８题是关于实验设计创新的题，选Ａ项最多，占４２．４５％，其次是选Ｃ项；第９、１０、１１、１２、１３和１４共六题都是关于实验材料替代与改进方面的题，其中第９、１０、１１、１４题都是选Ｂ项（学生实验）最多，均占６５％以上；第１２、１３题选Ａ项（未开展）和Ｃ项（演示实验）较多，均占４０％左右，表明目前高中生物实验教学的开展形式主要是实验和演示实验，学生缺乏优化和创新的意识。５．实验无改进前提下掌握实验课的原理和方法方面。学生选Ｂ项（大部分掌握）最多，占７４．１％，其次是Ｃ项（少部分掌握），而选Ａ项（全部掌握）的最少，表明如果实验无改进的前提下，仍然有较多学生没能全部掌握每节实验课的原理和方法。６．实验遇到困难时采用的方法方面。学生选Ｂ项（与同学探讨并动手做）最多，占４９．６４％，其次是选Ａ项（问老师），而选Ｃ项（进行材料替代或操作改进）最少，表明学生在实验中遇到问题虽然能够积极面对，但没有想到材料替代或操作改进的方法，缺乏对实验操作进行优化和创新的意识。五、思考与建议（一）继续加强实验室的配置和建设生物教学是以实验为基础的，生物实验教学主导了生物教学的根本航向，实验课以其直观形象、鲜活灵动、动手实践的明显特征，极大促进了学生核心素养和创新能力的培养。目前高中生物实验教学基本保留传统模式，至于探究性实验教学，虽然多数教师持认可态度，但受到硬件资源不足的限制，真正落实的不多。实验室是保障实验教学能够正常开展的硬件资源，应该保证每个学校至少有两间的生物学实验室，基本满足新课程大纲要求。教学资源紧缺，教师教学时只能进行播放视频或教师讲学生听的传统生物实验课堂，严重影响了教学效率，无法充分体现核心素养理念。（二）进一步优化实验教学１．实验材料的优选：例如，实验“植物细胞的失水和吸水”可以利用ＮａCｌ溶液代替蔗糖溶液，ＮａCｌ溶液更容易制取，而且ＮａCｌ在制取的过程中能够不断提高溶液的纯度从而加快实验反应速度。再如，实验“比较Ｈ２Ｏ２在不同条件下的分解”可以利用豌豆和韭菜来代替猪肝研磨液，猪肝研磨液具有血腥气味重，不易保存，容易变质，材料成本高不易研磨等缺点，而豌豆和韭菜富含Ｈ２Ｏ２酶，材料常见易得，成本低，用纱布包裹研磨就可以得到研磨液，操作更简便。２．实验步骤的优化：例如，实验“绿叶中色素的提取与分离”利用玻璃针筒直接抽取绿叶中的色素，省去课本研磨的时间，避免了色素因在研磨过程中受到破坏而增加滤液的杂质，使用该方法得到的滤液清澈透明，无杂质，也节省了药品的使用。３．实验装置的改进：例如，实验“比较过氧化氢在不同条件下的分解”用彩色气球代替试管，分别装入Ｈ２Ｏ２溶液，用注射器分别注入肝脏研磨液和ＦｅCｌ３溶液（注射器口与气球