核心素养下高中生物实验教学路径探索

摘要：本文以“有丝分裂”实验为例进行研究和实践，旨在探索核心素养背景下高中生物实验教学的路径。通过运用创新的教学方法和实验设计，培养学生的观察、实验设计、数据分析和科学思维等核心素养。实验教学路径的探索将提升学生的实践能力和科学素养，为学生在生物学学科中的学习和未来的科学研究奠定坚实基础。关键词：高中生物；实验教学；有丝分裂；开展策略【中图分类号】G632【文獻标识码】A【文章编号】2097-2539（2024）01-0137-04高中生物实验教学在培养学生科学素养和实践能力方面起着至关重要的作用。随着核心素养教育理念的不断发展和推广，实验教学也需要与之相适应，以满足学生全面发展的需求。“有丝分裂”是高中生物学课程中的重要实验之一，该实验对学生的观察力、实验设计能力和科学思维等核心素养提出了较高的要求。因此，本文以“有丝分裂”实验为例探索实验教学路径，以进一步提升学生的核心素养。一、核心素养在“有丝分裂”生物实验教学中的体现（一）有利于生命观念的培养1.通过实验促进实践观察与探索。引导学生进行“有丝分裂”实验，在实验过程中观察和记录细胞的分裂过程，通过亲身参与实验，学生能够深入体验细胞分裂的奇妙和生命的多样性。2.通过实验引导思考与讨论。在实验前后，教师组织学生进行思考和讨论，激发他们对细胞分裂的好奇心和疑问[1]。通过问答和小组讨论等形式，引导学生思考细胞分裂对生物发展和遗传的意义，并帮助他们形成正确的生命观念。3.通过实验联系实际，思考社会问题。教师引导学生通过“有丝分裂”实验，将所学知识与现实生活和社会问题联系起来，让学生认识到细胞分裂对生命发展和健康的重要性。例如，组织探讨癌细胞的异常分裂与人类健康的关系，引导学生思考细胞分裂异常导致的疾病以及相应的治疗方法。（二）有利于科学思维的培养1.提出问题与假设。在进行“有丝分裂”实验前，引导学生提出关于细胞分裂的问题，并提出自己的假设[2]。例如，学生可以思考细胞为什么需要分裂，分裂过程是否受到其他因素的影响等。2.实验设计与数据分析。在实验过程中，鼓励学生自主设计实验方案，确定实验变量并进行数据的观察和记录。通过分析实验结果，引导学生发现细胞分裂的规律和特点，培养他们整合和分析数据的能力。3.推理与解释现象。在实验结束后，引导学生从实验结果出发，推理和解释细胞分裂现象，鼓励他们运用所学的生物知识和科学原理，深入思考细胞分裂的原因和机制。4.提出新问题与拓展思考。通过“有丝分裂”实验，激发学生对其他相关问题的兴趣，鼓励他们提出新的问题并展开拓展思考。例如，思考细胞分裂与生物进化的关系以及探究细胞分裂在不同生物体中的异同等。（三）有利于探究实践能力的培养1.自主提出问题。在“有丝分裂”实验中，引导学生根据实验现象、实验结果或其他内容自主提出问题，激发他们对细胞分裂过程中关键问题的兴趣和好奇心。例如，可以探究细胞分裂的速度是否受到温度的影响，或者比较不同类型细胞的分裂方式等。2.设计实验方案。以教学目标为依据，鼓励学生自主设计实验方案，确定实验变量、控制变量和测量方法，以回答他们提出的问题[3]。例如，可以设计不同温度条件下的细胞分裂实验，观察和比较细胞分裂的速度和方式。3.实施实验和数据收集。学生根据设计的实验方案进行实验操作，并收集所需的数据和观察结果，鼓励他们进行细致的观察和记录，保证实验的准确性和可靠性。4.数据分析和结论提出。学生根据收集到的实验数据，进行数据分析和结果的解释。例如可以通过绘制图表、计算数据指标等方式来展示实验结果，并根据数据分析提出合理的结论等。（四）有利于态度责任的培养1.强调实验的重要性。在引导学生进行“有丝分裂”实验时，教师应明确强调实验的重要性和意义[4]。通过解释细胞分裂在生物体中的重要作用，让学生意识到实验对于深入了解生命过程和解决生物问题的重要性。2.培养严谨和细致的态度。鼓励学生在实验中保持严谨和细致的态度。教师可以要求学生在实验前进行实验设备的检查和准备工作，确保实验顺利进行。同时强调在实验操作过程中的注意事项，如保持实验环境的清洁、正确使用实验仪器和化学试剂等，让学生养成严谨、细致的科学态度。3.倡导团队合作和互助精神。在“有丝分裂”实验中，可以组织学生分组进行实验，并设定合理的任务分工，让学生互相协作、互相支持。同时，教师可以引导学生在实验中相互交流和讨论，分享实验结果和心得体会。通过合作和分享，加强培养学生之间的团队互助精神。4.强化安全意识和环境保护。在“有丝分裂”实验的过程中，教师应特别强调学生的安全意识和环境保护意识，提醒学生正确使用实验器材和化学试剂，遵守实验室安全规范，并保持实验环境的整洁和安全。同时，引导学生在实验结束后进行垃圾分类和废弃物处理，培养他们的环保意识和责任感。二、生物实验教学中的创新策略（一）创新实验设计与操作1.引入实际案例和问题。在实验设计中引入实际的生物案例和问题，使学生在实验中能够将所学知识与实际情境相结合。例如，教师可以针对当前的某热点提出一个生物问题，要求学生设计实验来解决该问题，激发学生的探究兴趣和动力。2.探索性实验设计。鼓励学生进行探索性实验设计，让他们有机会提出自己的实验假设和设计方案，并进行实际操作[5]。在“有丝分裂”实验中，可以让学生自行调整实验条件，观察细胞分裂过程中不同因素对实验结果所产生的影响，培养学生的实验设计能力和创新思维。3.引入新技术和工具。利用现代生物技术和工具，如显微镜、图像分析软件等，来增强实验的观察和分析能力。例如，通过引入数字显微镜和图像分析软件，学生可以更清晰地观察和记录有丝分裂过程中的细胞变化，进一步加深对细胞分裂机制的理解。4.创设真实情境。将实验设计与真实情境相结合，营造生物实验的真实性和应用性。在“有丝分裂”实验中，教师可以设置多个细胞观察样本，要求学生根据观察结果判断细胞分裂过程的是否正常，并分析产生的异常情况，以模拟真实生物研究中的情景。通过以上创新实验策略，学生在设计实验的过程中，能够积极思考和解决问题，培养科学思维和创新意识。同时，创新的实验设计也能够让学生更好地理解和应用生物学知识，促进他们对生物科学的兴趣和理解。（二）鼓励学生参与、合作、展示成果1.加强小组合作。将学生分成小組进行实验，鼓励他们开展合作、分享观察和实验结果。每个小组成员可以扮演不同的角色，如实验记录员、数据分析员等，共同完成实验任务。通过小组合作和分享，学生参与实验的积极性进一步加强，而且能够相互协作、互相学习，提高团队合作能力和沟通能力。2.鼓励学生自主设计。学生作为学习主体，在实验过程中要给予学生足够的自主权，让他们主动参与到实验设计的过程中。在“有丝分裂”实验中，学生可以自行提出实验问题和假设，设计实验步骤和操作流程，比如自主选择观察细胞的样本和实验条件，并记录实验结果。通过自主设计，学生能够培养独立思考和解决问题的能力。3.开展合作探究活动。在“有丝分裂”实验中，可以设置合作探究活动，让学生在实验过程中相互合作，分享观察和思考。例如，组织学生进行对比观察，让他们分享不同样本的观察结果，并进行交流和讨论。通过合作探究活动，学生能够互相启发、相互学习，促进彼此之间的思想碰撞和知识交流。4.积极报告和展示。在实验结束之后，可以要求学生以小组或个人的形式撰写实验报告，并进行展示和分享。可以通过口头陈述、海报展示、多媒体演示等形式，向同学和教师展示实验的目的、过程和结果[6]。通过报告和展示，学生能够提高表达能力和演示技巧，同时也能够从他人的报告中获得启发和反思。通过以上方式，学生在参与实验的过程中，能够锻炼团队合作能力、提高自主学习和解决问题的能力，培养探究精神和创新意识。而学生之间的合作与交流也能够丰富实验过程，促进知识的共享和共同进步。同时，分享和展示又能让学生获得实验体验感和成就感，对生物实验产生更浓厚的兴趣。（三）强化数据分析，发展科学思维能力1.数据收集与整理。要求学生对实验过程中的数据进行收集和整理，学生可以使用表格、图表或其他可视化工具来呈现实验数据，以便更好地观察和分析。通过数据收集与整理，可以培养学生数据处理和统计分析的能力。2.数据解读与推理。引导学生从实验数据进行解读和推理。学生通过观察和比较不同条件下的实验结果，分析数据的规律和趋势，并据此提出科学推断和假设。例如，在“有丝分裂”实验中，学生可以观察细胞的分裂速度、染色体的形态变化等，从中推断细胞分裂的规律和机制。3.科学思维的引导。鼓励学生运用科学思维进行分析和解决问题。通过提出问题、提出假设、设计实验、观察和分析数据等过程，培养学生的科学思维能力，如观察力、推理能力、实验设计能力等。在“有丝分裂”实验中，学生可以提出“不同环境因素对细胞分裂的影响”等问题，然后设计实验进行验证和解答，教师对学生的解答和讨论进行适时评价和鼓励。学生通过对实验数据的分析与解读，能够深入理解生物学知识，提高科学思维的水平，为他们未来的科学学习和研究打下坚实基础。同时，科学讨论与评价的过程也能够培养学生的合作与交流能力，促进他们共同探究和共同进步。（四）进行实验评估与反思1.创新实验评估工具。教师应该不断创新的实验评估工具，如采用问卷调查、实验报告、观察记录等形式评估学生在实验中的实际表现和理解程度，通过评估，可以全面了解学生对实验的掌握情况，发现他们的优点和不足之处。2.开展反思与讨论。引导学生进行实验结果的反思与讨论，鼓励学生回顾实验过程和结果，提出自己的观点和感受，并与同学进行讨论[7]。通过反思和讨论，学生可以深入思考实验的意义和应用，加深对实验原理和科学概念的理解。3.及时反馈和改进。根据实验评估和学生的反思，教师应给予及时的反馈和指导，鼓励学生根据评估结果和反思的经验，提出改进实验的建议，并在后续的实验中加以应用和调整。通过及时的反馈和指导，学生可以不断改进实验设计和操作技巧，提高实验的准确性和可靠性，这样可以帮助学生不断提高实验技能和科学思维能力。实验评估与反思的创新策略有助于培养学生的自我评估和自我调整能力，促进他们的实验技能和科学素养的全面发展。三、生物实验教学的评估与改进（一）评估方法与指标的选择1.成绩评估。通过考试、实验报告和作业等方式对学生的实验成绩进行评估，帮助了解学生对实验内容的掌握程度和实验技能的运用能力。2.观察评估。通过观察学生在实验过程中的表现和操作技巧，评估他们的实验能力和实验态度，包括实验过程中的仪器操作、实验数据的记录和实验安全的意识等方面。3.反思评估。通过学生的反思和自我评估，了解他们对实验过程和实验结果的理解和思考，帮助发现学生对实验的理解偏差、困惑或误解，从而进行有针对性的教学改进。（二）教学改进策略1.针对评估结果进行个性化教学。根据评估结果，了解学生的学习特点和需求，提供个性化的教学辅导和指导，这可以帮助学生克服困难，提高学习效果。2.加强实验前导学。在实验前提供充分的导学，包括理论知识的讲解、实验目的的明确和实验步骤的演示等，这可以帮助学生更好地理解实验内容和准备实验所需的知识和技能。3.强调实验思维和科学方法。培养学生的实验思维和科学方法论，引导他们进行科学推理、数据分析和实验结果的解释，这可以帮助学生培养科学思维和批判思维能力。4.提供反馈和建议。及时向学生提供实验结果的反馈和建议，指导他们改进实验设计和操作技巧。同时，鼓励学生提出自己的改进建议，促进他们主动参与教学改进的过程。通过评估与改进，可以不断提高生物实验教学的质量和效果，促进学生的实验能力和科学素养的全面