基于核心素養(yǎng)的高中生物實驗教學(xué)優(yōu)化與創(chuàng)新調(diào)查研究

摘

要：隨著素質(zhì)教育和教學(xué)改革的深入，在現(xiàn)代高中生物實驗教學(xué)中，學(xué)生通過實驗可以清晰明了地理解教材中復(fù)雜的知識點，通過自己親眼所見加深對知識的印象，這不僅提升了教學(xué)效率，還培養(yǎng)了學(xué)生的動手操作能力。教師應(yīng)重視生物實驗教學(xué)，尋找創(chuàng)新和改進的教學(xué)方法，打造高效生物課堂。文章基于核心素養(yǎng)，對高中生物實驗教學(xué)現(xiàn)狀及實驗優(yōu)化和創(chuàng)新方面進行了實證調(diào)查，就如何對高中生物實驗教學(xué)進行優(yōu)化和創(chuàng)新提出了可行性建議，以供參考。關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；實驗教學(xué)；高中生物一、研究背景為順應(yīng)新課改教育工作的展開，在高中教學(xué)中對生物學(xué)科教學(xué)的整改力度也在隨之增強。生物學(xué)科學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)離不開實驗教學(xué)?，F(xiàn)如今，我國高中生物實驗教學(xué)中，還存在一些問題，如實驗材料單一或取材不方便，實驗裝置和實驗過程復(fù)雜，實驗現(xiàn)象不夠明顯，致使學(xué)生興趣低下，自信心受到打擊，導(dǎo)致教學(xué)效率低下?；诖?，教師重視生物實驗教學(xué)，積極尋找創(chuàng)新和改進的教學(xué)方法，打造高效生物課堂。二、研究意義（一）實踐意義實驗是生物教學(xué)的基礎(chǔ)，一線教師基于新高考模式和高中生物核心素養(yǎng)進行實驗改進和創(chuàng)新探索具有重要價值和意義。第一，有助于提升教師專業(yè)素養(yǎng)和學(xué)生實驗?zāi)芰?。教師通過研究生物學(xué)科核心素養(yǎng)，更能領(lǐng)悟其具體要求，從而提高業(yè)務(wù)水平。學(xué)生通過實驗課可以從中提升個人的實驗?zāi)芰εc社會責(zé)任感。第二，促進生物學(xué)科核心素養(yǎng)的研究和評價。生物學(xué)科核心素養(yǎng)的實驗教學(xué)特征、要素的理論與實證研究，一方面為教師實施教學(xué)實踐提供了方向和框架；另一方面給生物學(xué)科核心素養(yǎng)的評價研究提供了豐富的素材與實證，給評價的改進提供了思路，有助于完善生物學(xué)科核心素養(yǎng)的評價研究。（二）理論意義傳統(tǒng)生物實驗課堂主要表現(xiàn)為教師講學(xué)生練，同一個班級、同一種操作等。高中生物實驗教學(xué)的優(yōu)化主要體現(xiàn)在優(yōu)化實驗課堂教學(xué)模式、實驗方法及實驗材料的創(chuàng)新和改進、實驗裝置的改良等。優(yōu)化實驗課堂教學(xué)模式能對學(xué)生思維水平以及探究能力等產(chǎn)生促進作用。實驗方法及實驗材料的創(chuàng)新和改進、實驗裝置的改良有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和實踐能力，激發(fā)學(xué)生對實驗課的興趣和重視，提升學(xué)生對新問題的敏感度和分析能力。目前，我國對高中生物實驗教學(xué)優(yōu)化和創(chuàng)新的研究論文較少。為了更深入地了解廣西高中生物實驗教學(xué)現(xiàn)狀和實驗優(yōu)化和創(chuàng)新的真實情況，本研究運用問卷調(diào)查法，對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，對發(fā)現(xiàn)的問題提出了相關(guān)建議。三、調(diào)查研究設(shè)計調(diào)查對象：以廣西南寧市高中生物教師和學(xué)生（高二和高三）為主要研究群體。調(diào)查方式：１．問卷星在線測評系統(tǒng)：專業(yè)的在線問卷調(diào)查平臺，具有在線設(shè)計問卷、采集數(shù)據(jù)、自定義報表、調(diào)查結(jié)果分析等一系列強大功能。２．采用分項目分群體針對性地進行問卷調(diào)查的方法，設(shè)計教師版和學(xué)生版兩種調(diào)查問卷。四、調(diào)查結(jié)果分析（一）總體調(diào)查情況采用教師版和學(xué)生版分項目分群體針對性地進行問卷調(diào)查，收到問卷１９９份，其中教師問卷６０份（市示范高中生物教師占４３．３３％，市普通高中生物教師占２１．６７％），學(xué)生問卷１３９份（市示范高中生占９２．８１％，市普通高中生占７．１９％），有效問卷１９９份，有效率１００％。（二）教師問卷調(diào)查分析教師問卷調(diào)查共設(shè)計了９個選擇題，主要從以下六個方面來調(diào)查。１．生物實驗室配置情況方面。第２題和第３題都與這方面有關(guān)，調(diào)查結(jié)果：第２題選Ｄ項（兩間以上的生物學(xué)實驗室）的教師最多，占６８．３３％，其次是Ｃ項（有一間），選Ａ項（沒有）、Ｂ項（供生物學(xué)和化學(xué)學(xué)科共用）最少；第３題選Ｃ項（基本滿足新課綱要求的生物學(xué)實驗），Ｂ項（滿足部分）的教師最多，占３５％以上，其次是Ａ項（不能滿足），選Ｄ項（完全滿足）最少，說明大部分學(xué)校對生物實驗教學(xué)很重視，能基本滿足大綱要求，但仍有部分學(xué)校存在配置不足，甚至沒有配置生物實驗室的情況。綜上可知，南寧市大多數(shù)實驗室的硬件配備情況相對充足，但某些學(xué)校實驗室的硬件配備仍存在很大的改善空間。２．生物教師最常用的生物實驗教學(xué)方式方面：調(diào)查顯示：選Ａ項（先教師講或演示實驗，讓學(xué)生按要求完成實驗）的教師最多，占６８％，其次是Ｄ項，選Ｂ項（教師和學(xué)生合作交流互動完成實驗）、Ｃ項（讓學(xué)生自己完成，教師在旁邊輔助學(xué)生）最少，說明目前教師的生物實驗教學(xué)中，進行的多數(shù)是傳統(tǒng)的生物實驗課堂，探究性實驗教學(xué)課堂真正落實的并不多。３．高中生物必修課本實驗開展情況方面。查閱課本發(fā)現(xiàn)必修實驗共有１７個，調(diào)查問卷第５題設(shè)置了１８個選項對這些實驗的開展情況進行了調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容依次為Ａ（用顯微鏡觀察多種多樣的細胞）、Ｂ（檢測生物組織中還原糖、脂肪和蛋白質(zhì)）、Ｃ（觀察ＤＮＡ、ＲＮＡ在細胞中的分布）、Ｄ（觀察線粒體和葉綠體）、Ｅ（體驗制備細胞膜的方法）、Ｆ（觀察植物細胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原）、Ｇ（探究影響酶活性的因素）、Ｈ（葉綠體色素的提取和分離）、Ｉ（探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響）、Ｊ（探究酵母菌的呼吸方式）、Ｋ（觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂）、Ｌ（模擬探究細胞表面積與體積的關(guān)系）、Ｍ（低溫誘導(dǎo)染色體加倍）、Ｎ（探究植物生長調(diào)節(jié)劑對扦插枝條生根的作用）、Ｏ（探究培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量的動態(tài)變化）、Ｐ（土壤中動物類群豐富度的研究）、Ｑ（設(shè)計并制作生態(tài)缸，觀察其穩(wěn)定性）和Ｒ（都沒有）。調(diào)查數(shù)據(jù)表明，選Ｒ項占１３．３３％，個別學(xué)校一個都沒辦法開展，有些學(xué)校開展，但全開展的不多，做的實驗最多的只有選項里的Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｆ、Ｈ、Ｋ六個，這些實驗也只達到５０％以上，其中只有Ａ、Ｂ、Ｆ三個選項達到７０％以上，說明目前的高中生物實驗教學(xué)安排遠遠不足，還存在一些問題，如教材中提供的實驗材料單一或取材不方便，比如往往會受到季節(jié)氣候、地域、學(xué)校教學(xué)進度、原料的來源等因素的限制，實驗裝置復(fù)雜，在實際教學(xué)使用過程中會出現(xiàn)各種困難。由于不能按照新大綱的目標要求完成，學(xué)生對實驗知識的掌握不夠直觀，學(xué)生的動手探究能力得不到很好的培養(yǎng)，生物學(xué)科的核心素養(yǎng)無法充分體現(xiàn)。４．進行了材料替代或操作改進的實驗情況方面。第６題和第７題都與這方面有關(guān)，設(shè)置了和第５題一樣的調(diào)查內(nèi)容，對必修課本１７個實驗的優(yōu)化和創(chuàng)新現(xiàn)狀進行了調(diào)查。調(diào)查數(shù)據(jù)表明，某些學(xué)校對部分實驗選擇了材料替代，進行材料替代較多的實驗有Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｈ，占２０％以上，或操作改進，進行操作改進較多的實驗有Ｂ、Ｄ、Ｈ，占２０％以上，高中生物必修實驗中有些實驗進行材料替代或操作改進，可以使實驗簡便，易操作，實驗效果顯著，從而提高學(xué)生的實驗探究能力，提高學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。但是，調(diào)查顯示，選擇都沒有進行材料替代的選項占３０％，幾乎占最高；選擇都沒有進行操作改進的選項占３６．６７％，比例最高，說明有些學(xué)校的教師缺乏對實驗教學(xué)進行優(yōu)化和創(chuàng)新的意識。５．不進行某些實驗的原因方面。選Ｄ項（實驗室設(shè)備有限，沒有開展該實驗的條件）和Ａ項（課時緊張）的較多，占６０％以上，表明很多學(xué)校不開展某些實驗的原因是受客觀因素的限制。６．困擾實驗教學(xué)的因素方面。選Ｅ項（課本實驗材料不太理想）占２１．６７％；選Ｆ項（課本實驗操作不太合理）占６．６７％，表明困擾教師進行實驗教學(xué)的因素也存在實驗材料和實驗操作的因素，所以開展高中生物實驗教學(xué)優(yōu)化與創(chuàng)新調(diào)查研究非常有必要和有意義。（三）學(xué)生調(diào)查問卷分析學(xué)生問卷共設(shè)計了１６個選擇題，主要從以下六個方面來調(diào)查。１．學(xué)生對生物實驗的興趣和感興趣的實驗類型方面。第３題和第４題都與這方面有關(guān)，調(diào)查顯示：第３題選Ａ項（非常喜歡）最多，占４６．７６％，第４題選Ａ項（探究實驗）最多，占７４．８２％，表明學(xué)生非常喜歡上生物課，而且更喜歡探究性的生物實驗課。２．怎樣預(yù)習(xí)和獨立完成方面。第５題和第６題都與這方面有關(guān)，第５題學(xué)生選Ｂ項（看教科書與輔導(dǎo)資料相結(jié)合）最多，占５３．９６％，第６題學(xué)生選Ｂ項（大部分能）最多，占７１．２２％，表明大部分學(xué)生能主動預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容，并且能夠獨立完成實驗操作，具有很強的求知欲和實踐能力。３．對實驗課時安排的看法方面。學(xué)生選Ａ項（太少了，沒有充分的時間展開探究）最多，占４８．２％，其次是Ｂ項（比較合適），表明學(xué)生希望有更多的時間參與探究。４．實驗創(chuàng)新方面。第８、９、１０、１１、１２、１３和１４題都與這方面有關(guān)，第８題是關(guān)于實驗設(shè)計創(chuàng)新的題，選Ａ項最多，占４２．４５％，其次是選Ｃ項；第９、１０、１１、１２、１３和１４共六題都是關(guān)于實驗材料替代與改進方面的題，其中第９、１０、１１、１４題都是選Ｂ項（學(xué)生實驗）最多，均占６５％以上；第１２、１３題選Ａ項（未開展）和Ｃ項（演示實驗）較多，均占４０％左右，表明目前高中生物實驗教學(xué)的開展形式主要是實驗和演示實驗，學(xué)生缺乏優(yōu)化和創(chuàng)新的意識。５．實驗無改進前提下掌握實驗課的原理和方法方面。學(xué)生選Ｂ項（大部分掌握）最多，占７４．１％，其次是Ｃ項（少部分掌握），而選Ａ項（全部掌握）的最少，表明如果實驗無改進的前提下，仍然有較多學(xué)生沒能全部掌握每節(jié)實驗課的原理和方法。６．實驗遇到困難時采用的方法方面。學(xué)生選Ｂ項（與同學(xué)探討并動手做）最多，占４９．６４％，其次是選Ａ項（問老師），而選Ｃ項（進行材料替代或操作改進）最少，表明學(xué)生在實驗中遇到問題雖然能夠積極面對，但沒有想到材料替代或操作改進的方法，缺乏對實驗操作進行優(yōu)化和創(chuàng)新的意識。五、思考與建議（一）繼續(xù)加強實驗室的配置和建設(shè)生物教學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的，生物實驗教學(xué)主導(dǎo)了生物教學(xué)的根本航向，實驗課以其直觀形象、鮮活靈動、動手實踐的明顯特征，極大促進了學(xué)生核心素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。目前高中生物實驗教學(xué)基本保留傳統(tǒng)模式，至于探究性實驗教學(xué)，雖然多數(shù)教師持認可態(tài)度，但受到硬件資源不足的限制，真正落實的不多。實驗室是保障實驗教學(xué)能夠正常開展的硬件資源，應(yīng)該保證每個學(xué)校至少有兩間的生物學(xué)實驗室，基本滿足新課程大綱要求。教學(xué)資源緊缺，教師教學(xué)時只能進行播放視頻或教師講學(xué)生聽的傳統(tǒng)生物實驗課堂，嚴重影響了教學(xué)效率，無法充分體現(xiàn)核心素養(yǎng)理念。（二）進一步優(yōu)化實驗教學(xué)１．實驗材料的優(yōu)選：例如，實驗“植物細胞的失水和吸水”可以利用ＮａCｌ溶液代替蔗糖溶液，ＮａCｌ溶液更容易制取，而且ＮａCｌ在制取的過程中能夠不斷提高溶液的純度從而加快實驗反應(yīng)速度。再如，實驗“比較Ｈ２Ｏ２在不同條件下的分解”可以利用豌豆和韭菜來代替豬肝研磨液，豬肝研磨液具有血腥氣味重，不易保存，容易變質(zhì)，材料成本高不易研磨等缺點，而豌豆和韭菜富含Ｈ２Ｏ２酶，材料常見易得，成本低，用紗布包裹研磨就可以得到研磨液，操作更簡便。２．實驗步驟的優(yōu)化：例如，實驗“綠葉中色素的提取與分離”利用玻璃針筒直接抽取綠葉中的色素，省去課本研磨的時間，避免了色素因在研磨過程中受到破壞而增加濾液的雜質(zhì)，使用該方法得到的濾液清澈透明，無雜質(zhì)，也節(jié)省了藥品的使用。３．實驗裝置的改進：例如，實驗“比較過氧化氫在不同條件下的分解”用彩色氣球代替試管，分別裝入Ｈ２Ｏ２溶液，用注射器分別注入肝臟研磨液和ＦｅCｌ３溶液（注射器口與氣球