基于地域文化的“生物實驗創(chuàng)新”研究

摘要：高中生物教學(xué)以提高學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)為宗旨，更為重視以實驗探究為特點的主動學(xué)習(xí)。把握地域文化特征，將真實的生活情境、文化傳承融入到高中生物實驗教學(xué)，在實驗的源材料、方法步驟等方面進行創(chuàng)新嘗試，引導(dǎo)學(xué)生從具有東北特色的地域文化中充分汲取精髓、建構(gòu)概念、增強能力，體現(xiàn)生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任等生物學(xué)科素養(yǎng)。關(guān)鍵詞：高中生物；生物實驗；地域文化；松花江生態(tài)文化《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱新課標(biāo)）明確指出，高中生物學(xué)課程是以提高學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為宗旨的學(xué)科課程，組織以探究為特點的主動學(xué)習(xí)是落實生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵[1]。高中生物學(xué)課程的特點之一“實驗教學(xué)”恰恰就是集動腦動手、觀察分析、解決問題為一體的主動探究學(xué)習(xí)活動，是促成學(xué)生提升生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要支撐。新課程背景下，教學(xué)理念和教學(xué)資源配置也同步提升。高中生物實驗教學(xué)不再停留于“聽實驗”“看實驗”的層面，更多的是利用學(xué)生的生活資源進行沉浸式的探究體驗。在多種多樣的生活資源中，地域文化獨樹一幟，為生物實驗教學(xué)提供了不可多得的借鑒和啟發(fā)。本文基于黑龍江特有的地域文化，對高中生物實驗的源材料、方法步驟等進行創(chuàng)新嘗試，靈活運用身邊的生活資源替代教材中的實驗材料，引導(dǎo)學(xué)生從具有東北特色的地域文化中充分汲取精髓，帶領(lǐng)學(xué)生循序漸進地融入到一個有體系的全鏈條式的科學(xué)思維中去，建構(gòu)概念、增強能力、突破難點，充分體現(xiàn)生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任等生物學(xué)科素養(yǎng)。一、“生物實驗創(chuàng)新”的內(nèi)涵隨著新課改的逐步深入，高中生物學(xué)課程內(nèi)容設(shè)置中實驗實踐內(nèi)容的比例明顯提升，對學(xué)生生物實驗?zāi)芰蛯W(xué)科核心素養(yǎng)的考查逐漸成為近幾年高考生物學(xué)科命題的主旋律[2]。實驗是高中生物學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，也可以說生物學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)。實驗?zāi)軌蚴箤W(xué)生更直觀地獲取生物學(xué)知識、建構(gòu)生物學(xué)概念；能夠教給學(xué)生重要的科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生必不可少的操作技能；能夠培育學(xué)生正確的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度。同時，實驗的能力和意識也是作為高中生物教師必不可少的一種基本功。但是，目前高中生物實驗教學(xué)面臨兩個主要問題：一是實驗開出率不足，二是實驗條件有限。為了解決這兩個問題，我們必須進行創(chuàng)新。從理論上講，創(chuàng)新是一種概念化的過程，最基礎(chǔ)的實驗創(chuàng)新無非就是針對教材、結(jié)合生活實際，多方面、多角度對生物實驗進行改進、創(chuàng)造、更新，拓展教材中實驗設(shè)計的局限性，以期達(dá)到生物實驗教學(xué)在提升學(xué)生實驗探究能力和學(xué)科核心素養(yǎng)方面的作用。隨著探索的逐步深入，我意識到將黑龍江獨有的地域文化融入高中生物實驗教學(xué)后形成的課程資源尤為獨特，能更好地培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)素養(yǎng)[3]。在我國，地域文化一般是指特定區(qū)域的文明表現(xiàn)，如生態(tài)、民俗、傳統(tǒng)、習(xí)慣等，歷史悠久、獨具特色，至今仍在發(fā)揮作用[4]。每個地區(qū)都有屬于自己的特色地域文化，黑龍江省位于中國東北地區(qū)，作為中國面積較大的省份，文化底蘊極其豐富多樣：多民族文化交融形成了多元的民間藝術(shù)和傳統(tǒng)習(xí)俗；特定的地理位置促成中俄兩個民族融合，展現(xiàn)了獨特的魅力；寒冷的氣候條件形成了火出圈的冰雪文化；農(nóng)業(yè)大省的定位形成了豐富的飲食文化。在生物實驗創(chuàng)新設(shè)計中，將地域文化充分融合，使實驗設(shè)計更科學(xué)、更切實可行，讓實驗操作更簡潔、更生活化，實驗效果必將更加直觀、更有說服力。二、“生物實驗創(chuàng)新”的研究體系多開實驗，堅持創(chuàng)新，不僅可以提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，也可以提升教師自身的技能。優(yōu)秀的生物學(xué)教師，必然是一位善于做實驗的教師。筆者任教于哈爾濱市一所百年名校。作為省級重點中學(xué)、示范性高中，學(xué)校在不斷提高教學(xué)水平的同時，鼓勵和倡導(dǎo)一線教師積極開展高質(zhì)量的教學(xué)科研，激發(fā)全校創(chuàng)新活力和創(chuàng)造潛能。生物科研組以“樹立生命觀念、形成科學(xué)思維、掌握探究本領(lǐng)、強化社會責(zé)任感”為科研目標(biāo)，圍繞“教學(xué)與科研相結(jié)合、校內(nèi)與校外相結(jié)合、自主與創(chuàng)新相結(jié)合”的原則，建立實驗創(chuàng)新機制，營造濃厚的創(chuàng)新氛圍。在此基礎(chǔ)上，與學(xué)?？蒲姓n題組無縫銜接，依托獨具特色的地域文化，尋找生物實驗教學(xué)中能與地域情境融合的創(chuàng)新方向，再通過專業(yè)性的學(xué)習(xí)探究，改進生物實驗源材料、創(chuàng)新使用具有實用性的實驗器材、更新實驗方法手段、優(yōu)化實驗步驟，將地域文化融入到實操全過程，創(chuàng)新生物實驗，引領(lǐng)學(xué)生在真實的環(huán)境中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，全面提升學(xué)生認(rèn)知、應(yīng)用、探索與創(chuàng)新的能力。如將“黑龍江歷史悠久的傳統(tǒng)工藝釀酒文化”融入“制作果酒和果醋”探究實驗活動。學(xué)生實地參觀了位于雙城區(qū)的“老村長”酒業(yè)。學(xué)生進入生產(chǎn)廠區(qū)實地觀摩，認(rèn)真聽取專業(yè)工作人員的講解，從采購、生產(chǎn)、檢測、追溯等各個環(huán)節(jié)進行了全面了解。結(jié)合教材實驗內(nèi)容選取了東北常見的山楂作為源材料，按照學(xué)生的觀察理解進一步優(yōu)化了實驗操作步驟，使實驗取得了極好的效果。再如，“細(xì)胞增殖”實驗，需要制作某一植物根尖細(xì)胞有絲分裂裝片并觀察分裂過程進而得出結(jié)論。在實驗材料的選擇上，發(fā)揮“龍江農(nóng)耕文化”的優(yōu)勢，選擇小麥、大蔥、大蒜等東北遍地可見的農(nóng)作物，廉價易得、可操作性、可控制性強，確保實驗效果的同時便于學(xué)生重復(fù)多次進行觀察和檢測。新課標(biāo)在“課程性質(zhì)”部分明確指出，生物學(xué)課程要求學(xué)生主動地參與學(xué)習(xí)，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習(xí)得生物學(xué)知識，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，發(fā)展終身學(xué)習(xí)及創(chuàng)新實踐能力。將黑龍江地域文化融入生物實驗進行教學(xué)創(chuàng)新，這個過程正是對新課標(biāo)的一個生動詮釋。這不僅能夠凸顯學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生真正成為實驗課程的參與者、生成者，還更加突出了人文精神價值，有利于學(xué)生在獨特的地域文化中獲得幸福感。與此同時，也為有志于從事這個領(lǐng)域事業(yè)的學(xué)生埋下一粒探索創(chuàng)新的種子，幫助學(xué)生形成對社會需求問題勤于思考的獨立研究思維和卓越品質(zhì)，使學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)在實踐中逐步得到提升。三、“生物實驗創(chuàng)新”的研究策略學(xué)生能夠真正內(nèi)化于心的知識都是來源于生活的，我們將東北特有的“農(nóng)耕文化”“飲食文化”“民間藝術(shù)文化”“松花江生態(tài)文化”與生物實驗創(chuàng)新和生物課堂情境的創(chuàng)設(shè)相結(jié)合，探究設(shè)計一環(huán)套一環(huán)，邏輯層次力爭嚴(yán)密。通過問題情境的創(chuàng)設(shè)，實地走訪實踐，學(xué)生循序漸進地融入到一個有體系的全鏈條式的科學(xué)思維中，使他們在實踐中對生物學(xué)概念的理解不斷深入，提升團隊精神、表達(dá)能力等綜合素養(yǎng)。（一）基于“松花江生態(tài)文化”的實驗創(chuàng)新研究“土壤中小動物類群的豐富度”實驗是人教版高中生物選擇性必修2《生物與環(huán)境》第二章第1節(jié)“群落的結(jié)構(gòu)”中的一項探究活動。研究土壤中動物類群的豐富度，幫助學(xué)生理解群落的基本特征與結(jié)構(gòu)，其實驗原理是土壤為一些動物提供了良好的棲息場所。本案例力求為學(xué)生建立地域特色的生物群落與生存環(huán)境相互聯(lián)系的概念。松花江流域土壤肥沃，分布有黑土、山地森林土、鹽漬土、沙土等10種主要土類。地域位置決定我們比較常見的是黑土、水稻土、沙土。松花江水的流經(jīng)和灌溉雖浸潤了土壤，但人類活動和環(huán)境變化也對土壤產(chǎn)生了直接影響。實驗設(shè)計中，創(chuàng)新重點放在了采樣環(huán)節(jié)。事先選取比較有代表性位置的土壤，兼并可行性，引導(dǎo)學(xué)生確定要探究的問題。如，受人類活動影響程度不同的土壤中小動物類群豐富度的比較研究，不同時間和不同深度的土壤中小動物類群豐富度的比較等。野外采樣集中在太陽島區(qū)域、林地、江邊濕地、建筑物周邊，校內(nèi)采樣集中在“兆晞園”（生物學(xué)科實驗園）。在此基礎(chǔ)上制定詳細(xì)采樣計劃，包括具體時間、地點、內(nèi)容、方法等，學(xué)生帶好鐵鏟、自制取樣器、樣品袋、運輸箱、溫度計等工具，由教師帶領(lǐng)統(tǒng)一出發(fā)進行實操。統(tǒng)一出發(fā)野外采樣進行實驗，學(xué)生都比較興奮，對于實驗樣品的采集也更慎重了。學(xué)生進行小組合作，不僅按照計劃進行了規(guī)定動作，保證樣品質(zhì)量，對于親自動手操作的記錄也更完備了。教師有意識地引導(dǎo)學(xué)生在完成實驗任務(wù)的同時觀察松花江流域地形地貌，進一步認(rèn)識我們生活成長的這片土地。就這樣學(xué)生興致勃勃地完成了實驗的初期操作。野外采樣，在實驗室進行觀察，利用《東北地區(qū)土壤小動物圖鑒》，對松花江黑色土壤中的小動物進行分類，并統(tǒng)計其豐富度。學(xué)生在取樣、采集、分析、調(diào)查、研究的過程中始終保持了濃厚的興趣，聯(lián)系多學(xué)科知識與技能，從問題導(dǎo)向入手，小組協(xié)作，擬定實驗方案，按步驟開展實踐，完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并將研究結(jié)果與東北氣候土壤條件進行綜合分析，進而得出結(jié)論：組成不同群落的優(yōu)勢種是不同的，不同群落的物種豐富度是不同的。一般來說，環(huán)境條件越優(yōu)越，群落發(fā)育的時間越長，物種越多，群落結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。將獨具特色的“松花江生態(tài)文化”融入到生物實驗過程，帶領(lǐng)學(xué)生走出書本、走出校園，讓學(xué)生在掌握生物知識提升能力的同時，體會松花江水澆灌出來的東北黑土地獨特的生態(tài)文化，進而認(rèn)識到人類活動對環(huán)境的重大影響，樹立人與自然和諧共處的生命觀念?？梢哉f，整個凸顯地域特色創(chuàng)新進行實驗探究的過程，充分體現(xiàn)了高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)的四個維度，收到了極好的教學(xué)效果。（二）基于“飲食文化”的實驗創(chuàng)新研究黑龍江省的飲食文化獨具特色。黑龍江菜肴注重原汁原味，口味偏重，深受人們喜愛。腌酸菜在東北隨處可見，它以大白菜為原料經(jīng)過泡制而成，具有獨特的風(fēng)味和營養(yǎng)價值，而且多數(shù)的東北百姓家都會自己腌制。這樣的地域特色和文化傳承，為我們的生物實驗探究提供了不可多得的空間和優(yōu)勢。“制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品”實驗是人教版高中生物教材選擇性必修3《生物技術(shù)與工程》第一章“發(fā)酵工程”的一項探究活動。其原理是利用植物表面天然的乳酸菌來發(fā)酵。發(fā)酵過程中，在其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%—0.8%的情況下，乳酸會不斷積累，泡菜的口味最佳。作為地道的東北人，酸菜作為發(fā)酵菜品是家喻戶曉的?；谶@樣特色的飲食文化，我們設(shè)計了“利用東北大白菜進行泡菜制作”的實驗。旨在通過實踐制作酸菜，探索其存在民間的多種制作工藝、流程和保存方法，研究不同發(fā)酵條件對酸菜品質(zhì)的影響，分析其營養(yǎng)價值和對人體健康的作用。首先，學(xué)生學(xué)習(xí)了解發(fā)酵過程中微生物的作用及其對人類生活的影響，進行了知識普及。下一步，進行實驗創(chuàng)新。我們的實驗探究不再拘泥于課本，而是通過學(xué)生帶著任務(wù)實地走訪，到會腌制酸菜的親屬鄰里家中取經(jīng)，對腌制過程中的一些細(xì)節(jié)問題進行學(xué)習(xí)梳理，進而對生活實踐中的生物實驗形成一個新的認(rèn)識。其實好多農(nóng)村學(xué)生，自家就會腌制酸菜。他們回家學(xué)經(jīng)驗、鄰里取取經(jīng)，能輕松學(xué)到書本里沒有的知識技能。學(xué)生將自己了解到的獨具特色的工藝、流程等做好記錄，帶到課堂，進行討論匯總。我們都被驚訝到了，居然有10幾種不同的腌制方法：生腌的、焯水的、只放鹽腌制的、各種調(diào)味料綜合腌制的、滿足不同腌制時間方可食用的等。不僅如此，幾乎每種方法都有溫馨提示和需要注意的小細(xì)節(jié)，包括加入白酒抑制雜菌調(diào)味增香，用水封閉壇口是最簡易的造成無氧環(huán)境的方法等，這些都是我們的勞動人民在千百年的生活實踐中總結(jié)出來的寶貴經(jīng)驗財富。最終，考慮實驗可操作性等實際問題，大多采用生腌的辦法，完成泡菜制作實驗。實地考察相比課堂上的理論學(xué)習(xí)，更能激發(fā)學(xué)生的探索欲和求知欲，一個真實存在的學(xué)習(xí)環(huán)境，更能促進理論與實踐的結(jié)合。更重要的是，走訪學(xué)習(xí)過程中學(xué)生能夠?qū)W會收集數(shù)據(jù)、提出問題并進行分析，這種主動