“三新”背景下高中生物实验教学探究

【摘要】在新课程、新教材、新高考的“三新”背景下，学生的实验探究能力以及实验设计能力培养成了高中生物实验教学的重要目标，要求教师要凸显实验教学的探究性，引导学生自主设计实验。文章阐述了“三新”背景下的高中生物教学要求，提出改进策略，如丰富的实验类型，精心创设实验教学情境；学生分析实验方案，助力学生理解实验思想；聚焦探究过程，凸显生物实验的探究性；关注实验设计，提升学生实验设计能力。【关键词】高中生物；实验；“三新”背景；策略生物是一门建立在实验基础上的学科，在新课程、新教材、新高考的“三新”背景下开展高中生物实验教学，要重点培养学生的实验探究能力、实验设计能力。但是从目前的情况来看，高中生物实验教学存在诸多问题，如实验过程的探究性不足、培养学生自主设计生物实验的能力被忽视，不利于“三新”改革的推进。针对这些情况，高中生物教师要加强对“三新”内容及特点的研究，明确生物实验教学的要求，进而探索有效的实验教学策略。一、“三新”背景下的高中生物实验教学要求高中生物新教材和旧教材相比，增加了更多的实验内容，要求学校应该按照规定和计划完成各种实验教学，这足以说明生物实验的重要性。高中生物教师也应该深刻认识到实验教学的重要地位，探索有效的实验教学策略和方法，全面提升实验教学的有效性。高中生物新课标指出，要将学生的生物学科核心素养发展作为课程目标、课程内容以及课程实施和评价的宗旨。核心素养是综合性的概念，对于某一个学科来说，是指学生在学科学习中形成的关键能力和必备的学习品质[1]。高中生物学科的核心素养包括科学思维、科学探究等。这就要求教师在生物实验教学中不仅要关注学生对实验相关原理、过程、结果等实验知识的掌握，还要有意识地引导学生进行实验探究，经历提出问题、作出假设、实验计划、表达交流等过程，形成科学探究的思维，让生物核心素养在实验教学中落实。在新一轮的高考改革中，高考生物试题的实验题分值逐渐提高，以实验题材为背景的试题题量在不断增加，实验成了重要的命题载体，这也要求教师要高度重视生物实验教学。从高考生物实验题的形式以及命题的方向来看，实验题也从以往的分析说明向实验的改进完善、实验的方案设计转变，学生不仅要能够对生物实验的步骤、方法加以分析和说明，还要自主设计实验[2]。新高考对学生的自主设计实验能力提出了更高的要求，教师在实验教学中也应该给予学生自主设计实验的平台。二、“三新”背景下的高中生物实验教学改进策略（一）丰富实验类型，精心创设实验教学情境高中生物教材增加了更多的实验内容，高考试题中生物实验的分值也逐渐提高，这些信号都在告诉教师要重视实验教学，增加实验课时。生物本身是一门以实验为基础的学科，开展实验教学能够促使学生深度把握生物知识的本质内涵，在实验中总结规律，对生物概念形成更深刻的见解。目前高中生物实验以观察型实验、验证型实验为主，实验步骤通常是已知的，让学生跟随明确的实验步骤进行操作，通过实验理解生物知识、总结规律等。这两种实验类型主要提升学生的实验操作技能，对学生的探究思维、实验设计能力的提升作用有限，因此，教师应该引入丰富的实验类型[3]。除了验证型实验、观察型实验之外，还应该引入调查类实验、探究型实验和建模类实验，开拓学生的视野，培养学生的实验能力。为了让学生全身心地参与到生物实验中进行思考和探究，教师应创设实验情境，将学生的实验动机激发出来。情境创设是构建有效课堂的重要因素，新课标也强调要创设问题探究的情境增强学生的体验感。教师可以结合学生的现实生活和学习需求创设实验探究的真实情境，将学生设计生物实验的动机激发出来，以情境引导学生主动思考、探索，实现从“要我设计”到“我要设计”的转变。为了增强情境的体验性，教师可以从现实生活中的常见现象、社会热点话题以及科学进展等方面提炼情境素材，借助多媒体技术呈现直观的图片或者视频[4]。比如在“探究植物细胞的吸水和失水”这一内容的教学中，教师可以结合现实生活的常见现象创设情境，展示制作酸萝卜的过程及萝卜前后的形态变化，引出“水分进出植物细胞”的实验课题，引导学生设计实验来探究植物细胞的吸水和失水的条件，学生自然能够兴致勃勃地参与到实验探索中。（二）分析实验方案，助力学生理解实验思想学生的生物实验探究需要建立在充分掌握理论知识的基础之上，教师在课堂上要重视实验方案的分析，帮助学生理解实验思想，为学生的科学思维、科学探究素养发展奠定基础。高中生物教材中有很多生物学家的典型实验，这些实验包含了科学研究的背景、过程以及方法结论等，教师可以充分利用这些典型实验开展教学，引导学生分析实验方案，让学生了解生物研究的过程和方法，从中学习科学研究的思维，形成科学态度和精神，并掌握科学研究的有效方法。比如，孟德尔的豌豆杂交实验能够体现孟德尔实验设计的思路，让学生了解“观察现象→提出推论→实验验证→得出结论”的实验设计思路，引导学生在实验自主设计的过程中也按照这样的思路展开。孟德尔豌豆杂交实验还体现了其对实验方法的思考，其一开始研究的是一对相对性状的遗传情况，后面再研究两对相对性状，采用的是单因素到多因素的方法。教师引入相关的内容，让学生感受科学家的思维过程、研究方式，从中总结出生物实验设计的规律、方法。教材由于篇幅的限制，介绍、展示科学探索的过程往往比较简单，教师要结合网络、书籍等搜集更多关于科学家科学探究的相关资料，将其融入课堂教学中，丰富教学内容。如在“叶绿体的功能”这一内容的教学中，教师就可以引入恩格尔曼的水绵实验，详细介绍实验的过程，引导学生思考恩格尔曼是如何设计实验、怎样控制实验条件、如何观察实验现象的，让学生从中学习、总结实验设计的思路和方法，让学生理解实验思想，掌握实验设计的思路和方法。（三）聚焦探究过程，凸显生物实验的探究性探究性实验是高中生物实验的重要组成，学生在实验中的探究性不足是探究实验教学的常见问题。在以往的生物实验教学中，教师注重实验目的、实验原理、实验材料以及实验过程和结果分析，学生虽然能够清楚地知道和实验相关的知识，但是学生没有经历实验探究的过程，这对培养学生的科学探究能力非常不利，不符合“三新”背景下的教学要求。针对这一目标，教师就可以明确目标设定，聚焦探究过程，从学生探究的视角设计教学活动，让学生经历实验探究的过程，增强探究实验的探究性。生物实验探究的过程包括提出问题、形成猜想、作出假设、设计实验、进行实验以及得出结论，教师可以围绕这样的流程开展实验教学，引导学生在整个实验探究过程中保持科学严谨的实验态度，并遵循事实依据分析实验结果。比如，在“探究酵母菌呼吸方式”实验的教学中，教师应将“科学探究素养”纳入实验教学目标中，从科学探究的过程设计实验方案，引导学生经历探究的过程。教师可以从学生的现实生活出发创设情境，引出蒸馒头、酿葡萄酒的生活化情境，引导学生根据“蒸馒头加入适量酵母菌可以让馒头变得松软多孔”“酿制葡萄酒时要将葡萄汁装入发酵罐并盖严”这两个操作提出假设，让学生分析这两个操作的环境和最终的结果，从而提出酵母菌细胞呼吸方式、呼吸产物的假设。学生根据生活场景提出“酵母菌在有氧和无氧的环境下都可以进行细胞呼吸”的假设，并猜想有氧环境下酵母菌呼吸的产物可能是CO2，在无氧条件下的产物可能是酒精。学生提出假设并作出猜想后，接下来是设计实验，教师提供实验需要的各种试剂和器材，让学生参照教材中的内容设计实验对自己的猜想进行验证。学生猜想酵母菌在有氧、无氧的条件下均能够进行细胞呼吸，因此需要设置两种实验环境进行实验，这对于学生来说难度比较大，教师可以在必要时启发和引导学生，通过提问的方式为学生的实验设计提供支架，比如提出问题：①如何控制有氧和无氧条件？②怎么鉴定产物中是否有CO2和酒精，如何比较CO2和酒精的多少？③酵母菌的活性会对实验的结果造成影响吗？如何让酵母菌保持高活性呢？通过这样的问题启发学生，让学生在解决一个个的问题中形成实验方案。完成实验设计后，教师引导学生在有氧和无氧的环境中模拟酵母菌的呼吸方式，让学生自主操作、观察，然后对不同环境下酵母菌呼吸产生的物质进行判断和验证，让学生经历探究的过程。（四）关注实验设计，提升学生实验设计能力1.引导学生分析实验方案。学生的实验自主设计能力应该在实践中提升，因此教师要给学生提供自主设计生物实验的平台和机会，让学生经历实际操作，在这个过程中针对性培养学生的实验自主设计能力。教师可以先引导学生对别人的实验设计方案进行分析和评价，分析其实验设计的思路和方法，找出其中的优势和不足之处，并引导学生对他人的实验方案进行改善和优化，给学生的实验设计提供一定的支架，降低学习难度。2.引导学生改进实验方案。教师还可以设计实验改进活动，呈现一些不成功的生物实验方案，让学生分析实验不成功的原因，完善实验方案。一些实验过程比较复杂、烦琐，也可以让学生从更直观的实验现象和更简单的实验操作等视角改进方案。教师可以提供改进实验方案的思路，鼓励学生从改进实验材料、实验试剂与装置以及实验步骤等方面思考。对于实验材料的改进，教师首先要引导学生对实验材料产生的效果加以分析，然后从效果呈现、操作等方面分析材料的不足，从而找出更容易观察或者操作更简单的材料[5]。比如，在“植物细胞的吸水与失水”的实验中，实验采用紫色洋葱为材料，教师可以先让学生分析为什么选择这一材料，学生很快就可以想到是因为洋葱细胞液含有色素，可以更好地观察实验结果。在实验过程中为了更好观察，学生往往选用颜色较深的洋葱外层，因为洋葱越往里面颜色越浅，因此不好观察。但是在实验过程中同学们发现撕取表皮细胞时很容易将细胞撕破，并且有很多叶肉不好观察，加上要用最外层的材料，导致实验材料严重浪费。对于这一情况，教师和同学们一起探讨如何改进实验。对于洋葱内表皮颜色浅的材料，可以将红墨水加入蔗糖溶液中开展实验，便于观察。对于表皮细胞和叶肉细胞结合紧密的情况，将洋葱鳞片叶从鳞茎上全部剥离下来后，把上表皮朝外晒一晒，蒸发掉叶片的一部分水，叶片变软后叶肉细胞和表皮细胞的结合没那么紧密，这个时候就很容易撕取完整的表皮细胞。教师还可以引导学生改进实验装置、实验试剂和实验步骤。药品试剂的浓度、纯度以及量都会对实验的结果产生影响，教师要先带领学生分析原来实验装置设计的原因，发挥药品试剂的作用，让改进后的实验装置以及药品试剂的选择能够得到更好观察的实验现象。在不影响实验效果的情况下，实验步骤越简便越好，教师可以引导学生思考是否可以简化实验步骤，或者对实验步骤的顺序进行调整，让操作更简便。3.组织学生自主设计实验。新课标对学生的综合能力、创新能力提出了更高的要求，教师还可以联系学生的现实生活开展小课题研究，给出课题，组织学生设计实验方案，培养学生的实验自主设计能力。比如学习了糖类、蛋白质等鉴定方法后，教师就可以布置课题，让学生选择生活中的一种常见食物，鉴定其主要成分，让学生自主设计实验方案，并进行