基于核心素养的生物实验在概念教学中的运用

　　中图分类号 G633.91 文献标志码 B

　　生物学核心素养主要包括生命观念、理性思维、科学探究和社会责任四个方面。生物学概念是对生物的结构生理和生命现象的概括和归纳，是学生构建生物学知识的核心组成部分，也是高中生物教学的重点和难点。由于概念是生物学理论的基础，也是思维过程的核心，所以教师在概念教学过程中可根据教学内容和学生的实际情况，创设情景，启发学生积极思考，逐步培养学生自主学习的能力，提高学生的生物学核心素养。

　　然而，生物学课堂上的概念教学在实施过程中会遇到一些困难：比如概念过于抽象；概念的形成过程被忽视；只关注概念本身，不能灵活运用概念来解决实际问题。生物学是一门实验科学，教师借助实验教学可以有效地解决概念教学中的上述问题：生动真实的实验可以使学生获得感性认识；在实验探究过程中，学生能培养自己的创新思维和探究能力，并尝试解决现实生活中与生物学相关的问题。下面笔者就以各种类型的实验教学为例，谈谈生物实验在概念教学中运用。

　　1 演示实验使概念教学的抽象性与具体性相统一

　　生物学是以观察和实验为基础的的学科，观察和实验离不开人的感觉和知觉。学生要形成生物学概念，首先要有一定的感性认识。这种感性认识可以来源于生活，也可以来源于实验。演示实验一般是由教师提供精心选择后简化的素材，将课本上的知识化抽象为具体，动态地展现在学生面前，使学生先获得感性认识；而后，教师在此基础上有意识地引导学生分析归纳出理性认识。在此过程中，教师不仅能帮助学生形成正确的概念并理解掌握有关知识，还有助于培养学生形成理性思维的生物核心素养。

　　例如，对“细胞膜和细胞壁”中“选择透过性”?@一概念的理解，教师可以利用课本演示实验，促进学生理解：取玉米子粒放在20～25℃的温水中浸泡36 h；取4粒已经泡涨的子粒，将其中2粒在沸水中煮5 min后，冷却，作为对照的实验材料；分别取煮过和未煮过的玉米子粒放在培养皿中，用刀片沿胚的中线纵向切开籽粒，以稀释20倍的红墨水染色；2 min后，倒去红墨水，用水冲洗子粒数次，直到冲洗液无色为止；观察子粒中胚的颜色。本实验的实验原理是：活细胞的细胞膜具有选择透过性，而死细胞的细胞膜则丧失了这种能力，红墨水能进入死细胞将死细胞染色。教师课初演示该实验，能充分调动起学生的学习兴趣，活跃课堂气氛。学生会思考沸水中煮过的玉米子粒会被染色的原因、该现象和今天的学习内容细胞膜的关系。红墨水不能进入活细胞的现象使学生认同了细胞吸收物质具有选择性，对细胞膜的选择特性有初步的感性认识，也为后面细胞膜结构模型的教学做好了铺垫。

　　2 探究实验使概念教学中掌握知识与发展能力相统一

　　探究实验是指学生在教师引导下，主动参与到发现问题、寻找答案的过程，从而提高学生独立思考和合作探究的能力。探究实验应用于概念教学是一种有效的教学策略。教师在学生学习概念时，可提供一些生物学现象和事实，让学生自己通过观察、实验、比较和归纳等途径形成对问题的解释。然后，学生通过讨论和交流，解决并发现新的问题，对问题进行深入的研究。所以以探究实验为基础的概念教学符合学生的认知规律。在实验探究过程中，学生有效地将掌握生物学知识和发展自主学习的能力相统一，有利于培养理性思维和科学探究的生物学核心素养。

　　例如，对“酶是生物催化剂”中“酶”和“酶的高效性”两个概念，教师可以通过将课本实验“酶的催化效率”设计成探究实验以促进学生理解。教师首先进行演示，创设问题情境：在两个编号（1号、2号）的试管中各加入等量过氧化氢溶液；在1号试管中加入少量鸡肝匀浆，2号试管中加入少许二氧化锰；观察两个试管中发生的变化。学生观察的结果是1号试管中产生的气泡瞬间从试管壁溢出，可使带火星的卫生香复燃；2号试管中不时有针尖大小的气泡产生，能使带火星的卫生香发亮。接着，教师提出问题：新鲜的鸡肝匀浆里面有什么使过氧化氢溶液迅速分解？为什么要用新鲜的鸡肝匀浆，煮熟的行吗？学生继续查阅资料思考，并提出假设：鸡肝匀浆里含有过氧化氢酶，能催化过氧化氢迅速分解。酶作为一种生物催化剂，催化效率比无机催化剂高。过氧化氢酶可能是蛋白质，煮熟后蛋白质变性，不能使过氧化氢分解。学生根据假设，设计并实施实验来验证假设：加入煮熟的鸡肝匀浆，重复试验，观察试管中没有气泡产生，说明煮熟的鸡肝匀浆没有了活性，不具有催化功能（高温会使蛋白质变性）。最后得出结论：① 酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物，绝大多数的酶是蛋白质。② 通过对照实验，可知酶的催化效率要比无机催化剂的催化效率高出很多，说明了酶的催化作用具有高效性。

　　由此可见，学生通过自主探究的实验活动，不仅有效构建了概念，也培养了创新思维和探究能力，提高了社会责任的生物学核心素养。

　　3 课外实验使概念教学的理论性与实践性相统一

　　生物学知识和人的生产生活实践有非常密切的关系，所以学习时有很多实验需要在课外完成。生物课外实验是高中生物实验的重要组成部分，也是生物课堂教学的有效补充和延伸。课外实验大多在学生家庭或者野外进行，学生可以根据实验的目的，依据实验原理自行设计操作步骤，活动范围可更广泛，时间持续可更长。与课堂实验相比，课外实验更能培养学生的独立操作性，让他们将所学的知识转变成自己的本领。学生结合本地资源开展科学实践，在准确灵活地建立、理解和应用生物学概念的同时，尝试解决现实生活中与生物学相关的问题，培养社会责任的生物学核心素养。 　　例如，教师可通过设计课外实验“调查校园操场中车前草的种群密度”来促进对“种群的特征”中“种群密度”和“样方法”两个概念的理解和应用。学生在校园操场根据不同形状的调查地段，确定取样方法（五点取样法、等距取样法）；先将调查总体分为若干等分，由抽样比率决定距离或间隔，然后按这一距离或间隔抽取样方；在划定的样方内，学生依照植物分类图鉴掌握的车前草的形态特征对每个样方中车前草数量进行统计和记录；最后以所有样方内车前草的种群密度的算术平均数作为其种群密度。在实验过程中，学生体验了种群密度的计算和样方法的具体操作过程，印证和巩固了有关概念知识。

　　再如，对“生长素具有两重性”该概念的理解，学生可通过课外实验“茎的背地性和根的向地性的观察”加以巩固；对“植物渗透作用”该概念的理解，学生可通过课外实验“小液流法”进行验证。由此可见，学生通过对概念的应用不仅解决了生活实际问题，同时完成了自己对概念由理论认识到实践应用的转化。

　　4 科学史实验使概念教学的科学性与思想性相统一

　　生物科学史内容与高中生物学教学密切相关，能提供重要的科学概念原理和技术方法的历史来源背景，很多中学生物学概念本身是前人科学研究的成果。学生在科学史实验学习过程中，通过对一些经典实验和逻辑分析的再现，通过经历与科学工作者进行科学探究时的相似过程，学习了生物知识与技能，体验了科学探究的乐趣，掌握了科学探究方法，形成了正确的科学价值观。所以，科学史实验能使概念教学不只具有科学性，同时具有思想性，有利于学生形成理性思维和科学探究的生物学核心素养。

　　例如学生对“对分离现象的解释”中“子一代的体细胞内两个不同的基因各自独立，互不混杂”“基因在体细胞中成对存在，一个来自母本，另一个来自父本”等概念难以理解，教师可借助科学史中一系列的实验以帮助学生掌握。分离定律研究过程中，孟德尔进行了一对性状性状的遗传实验：将紫花和白花作为亲本进行杂交，无论正交还是反交，子一代总是紫花，子一代自交得到的子二代中不仅有紫花还有白花，且子二代植株中紫花与白花比例为3.15∶1，接近整数比3∶1。孟德尔同时分析了得出子二代性状分离比3∶1不是偶然而是必然，因为豌豆的其他6对相对性状实验结果中子二代也接近3∶1。在对实验现象进行分析时，孟德尔根据实验结果，驳斥了当时流行的“融合遗传”和“多重微粒”观点（泛生论），对分离现象的原因提出了假说。“融合遗传”观点是??时生物界主流观点：由父本和母本提供的遗传物质在子代细胞中完全融合，使子代表现出介于双亲之间的性状。达尔文认为就是类似液体的胚芽融合的结果。孟德尔根据子一代只有紫花出现，否定了“融合遗传”观点。学生此时可掌握“子一代的体细胞内两个不同的基因各自独立，互不混杂”的概念。“多重微粒”观点（泛生论）是达尔文后期提出观点：每个细胞对应某一种性状存在无数完全相同的遗传物质，每一遗传物质的许多复制物可能同时传递给生殖细胞。孟德尔根据7对相对性状的杂交实验中子二代性状分离比普遍为3∶1，否定了“多重微粒”观点。学生此时可掌握“基因在体细胞中成对存在，一个来自母本，另一个来自父本”的概念。由此可见，实验中的生物概念是经过长期研究证实和更正后形成的，对概念的来龙去脉进行学习，有利于学生克服对相关概念理解的障碍，并把握概念学习中的重难点。

　　综上所述，各种类型的实验可以帮助学生有效构建生物概念，并提高生物学核心素养。教师要注意：① 上述各种实验类型并不是独立存在，毫无交集。比如演示实验可以作为探究实验中现象观察的一部分；课外实验和科学史实验可以以探究实验的形式进行，在概念教学的过程中，教师应该根据教学内容需要，各有侧重。② 不是所有概念的学习都适合以实验教学的方式进行。实验教学应作为一种思想贯穿在整个高中生物教学过程中，教师可将其与其他教学方法和策略相结合而进行有效运用。

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