基于地域文化的“生物实验创新”研究

摘要：高中生物教学以提高学生学科核心素养为宗旨，更为重视以实验探究为特点的主动学习。把握地域文化特征，将真实的生活情境、文化传承融入到高中生物实验教学，在实验的源材料、方法步骤等方面进行创新尝试，引导学生从具有东北特色的地域文化中充分汲取精髓、建构概念、增强能力，体现生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等生物学科素养。关键词：高中生物；生物实验；地域文化；松花江生态文化《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称新课标）明确指出，高中生物学课程是以提高学生生物学学科核心素养为宗旨的学科课程，组织以探究为特点的主动学习是落实生物学学科核心素养的关键[1]。高中生物学课程的特点之一“实验教学”恰恰就是集动脑动手、观察分析、解决问题为一体的主动探究学习活动，是促成学生提升生物学学科核心素养的重要支撑。新课程背景下，教学理念和教学资源配置也同步提升。高中生物实验教学不再停留于“听实验”“看实验”的层面，更多的是利用学生的生活资源进行沉浸式的探究体验。在多种多样的生活资源中，地域文化独树一帜，为生物实验教学提供了不可多得的借鉴和启发。本文基于黑龙江特有的地域文化，对高中生物实验的源材料、方法步骤等进行创新尝试，灵活运用身边的生活资源替代教材中的实验材料，引导学生从具有东北特色的地域文化中充分汲取精髓，带领学生循序渐进地融入到一个有体系的全链条式的科学思维中去，建构概念、增强能力、突破难点，充分体现生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等生物学科素养。一、“生物实验创新”的内涵随着新课改的逐步深入，高中生物学课程内容设置中实验实践内容的比例明显提升，对学生生物实验能力和学科核心素养的考查逐渐成为近几年高考生物学科命题的主旋律[2]。实验是高中生物学学习的重要内容，也可以说生物学是以实验为基础的科学。实验能够使学生更直观地获取生物学知识、建构生物学概念；能够教给学生重要的科学方法，培养学生必不可少的操作技能；能够培育学生正确的科学精神和科学态度。同时，实验的能力和意识也是作为高中生物教师必不可少的一种基本功。但是，目前高中生物实验教学面临两个主要问题：一是实验开出率不足，二是实验条件有限。为了解决这两个问题，我们必须进行创新。从理论上讲，创新是一种概念化的过程，最基础的实验创新无非就是针对教材、结合生活实际，多方面、多角度对生物实验进行改进、创造、更新，拓展教材中实验设计的局限性，以期达到生物实验教学在提升学生实验探究能力和学科核心素养方面的作用。随着探索的逐步深入，我意识到将黑龙江独有的地域文化融入高中生物实验教学后形成的课程资源尤为独特，能更好地培养学生的生物学素养[3]。在我国，地域文化一般是指特定区域的文明表现，如生态、民俗、传统、习惯等，历史悠久、独具特色，至今仍在发挥作用[4]。每个地区都有属于自己的特色地域文化，黑龙江省位于中国东北地区，作为中国面积较大的省份，文化底蕴极其丰富多样：多民族文化交融形成了多元的民间艺术和传统习俗；特定的地理位置促成中俄两个民族融合，展现了独特的魅力；寒冷的气候条件形成了火出圈的冰雪文化；农业大省的定位形成了丰富的饮食文化。在生物实验创新设计中，将地域文化充分融合，使实验设计更科学、更切实可行，让实验操作更简洁、更生活化，实验效果必将更加直观、更有说服力。二、“生物实验创新”的研究体系多开实验，坚持创新，不仅可以提升学生的科学素养，也可以提升教师自身的技能。优秀的生物学教师，必然是一位善于做实验的教师。笔者任教于哈尔滨市一所百年名校。作为省级重点中学、示范性高中，学校在不断提高教学水平的同时，鼓励和倡导一线教师积极开展高质量的教学科研，激发全校创新活力和创造潜能。生物科研组以“树立生命观念、形成科学思维、掌握探究本领、强化社会责任感”为科研目标，围绕“教学与科研相结合、校内与校外相结合、自主与创新相结合”的原则，建立实验创新机制，营造浓厚的创新氛围。在此基础上，与学校科研课题组无缝衔接，依托独具特色的地域文化，寻找生物实验教学中能与地域情境融合的创新方向，再通过专业性的学习探究，改进生物实验源材料、创新使用具有实用性的实验器材、更新实验方法手段、优化实验步骤，将地域文化融入到实操全过程，创新生物实验，引领学生在真实的环境中发现问题、分析问题、解决问题，全面提升学生认知、应用、探索与创新的能力。如将“黑龙江历史悠久的传统工艺酿酒文化”融入“制作果酒和果醋”探究实验活动。学生实地参观了位于双城区的“老村长”酒业。学生进入生产厂区实地观摩，认真听取专业工作人员的讲解，从采购、生产、检测、追溯等各个环节进行了全面了解。结合教材实验内容选取了东北常见的山楂作为源材料，按照学生的观察理解进一步优化了实验操作步骤，使实验取得了极好的效果。再如，“细胞增殖”实验，需要制作某一植物根尖细胞有丝分裂装片并观察分裂过程进而得出结论。在实验材料的选择上，发挥“龙江农耕文化”的优势，选择小麦、大葱、大蒜等东北遍地可见的农作物，廉价易得、可操作性、可控制性强，确保实验效果的同时便于学生重复多次进行观察和检测。新课标在“课程性质”部分明确指出，生物学课程要求学生主动地参与学习，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发现规律等过程中习得生物学知识，养成科学思维的习惯，形成积极的科学态度，发展终身学习及创新实践能力。将黑龙江地域文化融入生物实验进行教学创新，这个过程正是对新课标的一个生动诠释。这不仅能够凸显学生的主体地位，让学生真正成为实验课程的参与者、生成者，还更加突出了人文精神价值，有利于学生在独特的地域文化中获得幸福感。与此同时，也为有志于从事这个领域事业的学生埋下一粒探索创新的种子，帮助学生形成对社会需求问题勤于思考的独立研究思维和卓越品质，使学生的生物学科核心素养在实践中逐步得到提升。三、“生物实验创新”的研究策略学生能够真正内化于心的知识都是来源于生活的，我们将东北特有的“农耕文化”“饮食文化”“民间艺术文化”“松花江生态文化”与生物实验创新和生物课堂情境的创设相结合，探究设计一环套一环，逻辑层次力争严密。通过问题情境的创设，实地走访实践，学生循序渐进地融入到一个有体系的全链条式的科学思维中，使他们在实践中对生物学概念的理解不断深入，提升团队精神、表达能力等综合素养。（一）基于“松花江生态文化”的实验创新研究“土壤中小动物类群的丰富度”实验是人教版高中生物选择性必修2《生物与环境》第二章第1节“群落的结构”中的一项探究活动。研究土壤中动物类群的丰富度，帮助学生理解群落的基本特征与结构，其实验原理是土壤为一些动物提供了良好的栖息场所。本案例力求为学生建立地域特色的生物群落与生存环境相互联系的概念。松花江流域土壤肥沃，分布有黑土、山地森林土、盐渍土、沙土等10种主要土类。地域位置决定我们比较常见的是黑土、水稻土、沙土。松花江水的流经和灌溉虽浸润了土壤，但人类活动和环境变化也对土壤产生了直接影响。实验设计中，创新重点放在了采样环节。事先选取比较有代表性位置的土壤，兼并可行性，引导学生确定要探究的问题。如，受人类活动影响程度不同的土壤中小动物类群丰富度的比较研究，不同时间和不同深度的土壤中小动物类群丰富度的比较等。野外采样集中在太阳岛区域、林地、江边湿地、建筑物周边，校内采样集中在“兆晞园”（生物学科实验园）。在此基础上制定详细采样计划，包括具体时间、地点、内容、方法等，学生带好铁铲、自制取样器、样品袋、运输箱、温度计等工具，由教师带领统一出发进行实操。统一出发野外采样进行实验，学生都比较兴奋，对于实验样品的采集也更慎重了。学生进行小组合作，不仅按照计划进行了规定动作，保证样品质量，对于亲自动手操作的记录也更完备了。教师有意识地引导学生在完成实验任务的同时观察松花江流域地形地貌，进一步认识我们生活成长的这片土地。就这样学生兴致勃勃地完成了实验的初期操作。野外采样，在实验室进行观察，利用《东北地区土壤小动物图鉴》，对松花江黑色土壤中的小动物进行分类，并统计其丰富度。学生在取样、采集、分析、调查、研究的过程中始终保持了浓厚的兴趣，联系多学科知识与技能，从问题导向入手，小组协作，拟定实验方案，按步骤开展实践，完成数据统计，并将研究结果与东北气候土壤条件进行综合分析，进而得出结论：组成不同群落的优势种是不同的，不同群落的物种丰富度是不同的。一般来说，环境条件越优越，群落发育的时间越长，物种越多，群落结构也越复杂。将独具特色的“松花江生态文化”融入到生物实验过程，带领学生走出书本、走出校园，让学生在掌握生物知识提升能力的同时，体会松花江水浇灌出来的东北黑土地独特的生态文化，进而认识到人类活动对环境的重大影响，树立人与自然和谐共处的生命观念。可以说，整个凸显地域特色创新进行实验探究的过程，充分体现了高中生物学科核心素养的四个维度，收到了极好的教学效果。（二）基于“饮食文化”的实验创新研究黑龙江省的饮食文化独具特色。黑龙江菜肴注重原汁原味，口味偏重，深受人们喜爱。腌酸菜在东北随处可见，它以大白菜为原料经过泡制而成，具有独特的风味和营养价值，而且多数的东北百姓家都会自己腌制。这样的地域特色和文化传承，为我们的生物实验探究提供了不可多得的空间和优势。“制作传统发酵食品”实验是人教版高中生物教材选择性必修3《生物技术与工程》第一章“发酵工程”的一项探究活动。其原理是利用植物表面天然的乳酸菌来发酵。发酵过程中，在其质量分数为0.4%—0.8%的情况下，乳酸会不断积累，泡菜的口味最佳。作为地道的东北人，酸菜作为发酵菜品是家喻户晓的。基于这样特色的饮食文化，我们设计了“利用东北大白菜进行泡菜制作”的实验。旨在通过实践制作酸菜，探索其存在民间的多种制作工艺、流程和保存方法，研究不同发酵条件对酸菜品质的影响，分析其营养价值和对人体健康的作用。首先，学生学习了解发酵过程中微生物的作用及其对人类生活的影响，进行了知识普及。下一步，进行实验创新。我们的实验探究不再拘泥于课本，而是通过学生带着任务实地走访，到会腌制酸菜的亲属邻里家中取经，对腌制过程中的一些细节问题进行学习梳理，进而对生活实践中的生物实验形成一个新的认识。其实好多农村学生，自家就会腌制酸菜。他们回家学经验、邻里取取经，能轻松学到书本里没有的知识技能。学生将自己了解到的独具特色的工艺、流程等做好记录，带到课堂，进行讨论汇总。我们都被惊讶到了，居然有10几种不同的腌制方法：生腌的、焯水的、只放盐腌制的、各种调味料综合腌制的、满足不同腌制时间方可食用的等。不仅如此，几乎每种方法都有温馨提示和需要注意的小细节，包括加入白酒抑制杂菌调味增香，用水封闭坛口是最简易的造成无氧环境的方法等，这些都是我们的劳动人民在千百年的生活实践中总结出来的宝贵经验财富。最终，考虑实验可操作性等实际问题，大多采用生腌的办法，完成泡菜制作实验。实地考察相比课堂上的理论学习，更能激发学生的探索欲和求知欲，一个真实存在的学习环境，更能促进理论与实践的结合。更重要的是，走访学习过程中学生能够学会收集数据、提出问题并进行分析，这种主动