王家琛 鄒崢嶸 （江西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 江西南昌 330022）

我國新一輪高中生物學(xué)教學(xué)改革將圍繞生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)來展開。生物學(xué)核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任等4個(gè)方面。實(shí)驗(yàn)作為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的重要載體，對(duì)提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，進(jìn)而提高學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)具有重要意義。高中實(shí)驗(yàn)教學(xué)日益受到教育工作者的重視。我國人教版高中生物3本必修教材（以下簡(jiǎn)稱中國教材）中，實(shí)驗(yàn)總數(shù)為49個(gè)。由于實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)不足，實(shí)驗(yàn)材料和場(chǎng)所缺乏等原因，導(dǎo)致我國高中生物學(xué)教學(xué)中部分實(shí)驗(yàn)無法正常開展的現(xiàn)象比較普遍。部分高中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)以教師口頭講授為主，影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，限制了學(xué)生科學(xué)探究能力的提高。為此，筆者對(duì)美國現(xiàn)行高中生物教材中的迷你實(shí)驗(yàn)欄目進(jìn)行了歸納分析，在此基礎(chǔ)上，借鑒美國教材的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合中國教材特色，就我國高中實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了一些見解。

1 美國高中生物教材中的迷你實(shí)驗(yàn)設(shè)置

迷你實(shí)驗(yàn)是指用生活中常見的物品作為實(shí)驗(yàn)材料，在家中或?qū)嶒?yàn)室完成的科學(xué)探究活動(dòng)，從而引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家那樣探索、思考。這類實(shí)驗(yàn)具有簡(jiǎn)易、直觀、種類多等特點(diǎn)，并能夠引發(fā)學(xué)生對(duì)生活中相關(guān)生物學(xué)問題的關(guān)注與思考。

1.1 迷你實(shí)驗(yàn)的分布統(tǒng)計(jì)

美國教材共39章，每章均設(shè)置了迷你實(shí)驗(yàn)，合計(jì)80個(gè)，分為14類。類型和數(shù)量及其所占的百分比見表1。

從表1可以看出，美國教材中的迷你實(shí)驗(yàn)不僅數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過中國教材而且選題類型廣泛。在編排上，美國教材在目錄中專門設(shè)置了迷你實(shí)驗(yàn)檢索一欄，并標(biāo)注了實(shí)驗(yàn)類別。中國教材在設(shè)計(jì)編寫時(shí)也應(yīng)該充分挖掘教學(xué)資源，多設(shè)置些類型廣泛的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)在目錄中增設(shè)實(shí)驗(yàn)檢索欄目，有利于不同學(xué)習(xí)層次的學(xué)生依據(jù)自身特點(diǎn)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行選擇。

1.2 迷你實(shí)驗(yàn)欄目體例介紹

美國教材中的迷你實(shí)驗(yàn)基本遵循以下體例：

表1 美國教材迷你實(shí)驗(yàn)分布表

（1）標(biāo)題：分別用大的紅色和藍(lán)色的粗體字表示了實(shí)驗(yàn)的類型與名稱。

（2）導(dǎo)入：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前學(xué)生需要掌握的前科學(xué)概念。

（3）科學(xué)探究：用精練的語言介紹實(shí)驗(yàn)的步驟，便于學(xué)生課后獨(dú)自進(jìn)行科學(xué)探究。

（4）理性思維：在最后的分析環(huán)節(jié)設(shè)置相關(guān)問題，引發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和原因進(jìn)行思考。

（5）圖示：采用彩色、高清的圖片激發(fā)學(xué)生想象或指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。

（6）安全警示圖：每個(gè)實(shí)驗(yàn)都設(shè)置了與本實(shí)驗(yàn)相關(guān)的安全警示圖，來告訴學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程可能存在的安全隱患。

例如，第十五章第一節(jié)“物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸”。本節(jié)設(shè)置的迷你實(shí)驗(yàn)的標(biāo)題是“制作細(xì)胞膜模型”，類型為構(gòu)建模型。以介紹碘遇淀粉變藍(lán)為導(dǎo)入，通過展示實(shí)驗(yàn)裝置圖片來指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。以簡(jiǎn)潔的語言概括了本實(shí)驗(yàn)的步驟：塑料袋中裝50 mL淀粉溶液扎緊→將塑料袋放入裝有50 mL碘液的燒杯中→觀察記錄淀粉和碘溶液的顏色變化。為保證實(shí)驗(yàn)安全有效地進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)步驟旁展示了四幅相關(guān)的安全警示圖：①用眼安全警示圖：實(shí)驗(yàn)過程中可能會(huì)有液體濺出來，需要帶護(hù)目鏡。②保護(hù)衣物警示圖：避免實(shí)驗(yàn)材料損害衣物。③刺激物警示圖：實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)接觸到刺激性物質(zhì)。④有毒物質(zhì)警示圖：實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)接觸到有毒害作用的物質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)最后為引發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果的思考，培養(yǎng)思維，還設(shè)置了三類問題：①描述：比較實(shí)驗(yàn)前后碘溶液和淀粉溶液的顏色。②觀察：哪些分子穿過了塑料袋膜，依據(jù)是什么？③理性思維：塑料袋膜作為選擇性透過膜是否恰當(dāng)？請(qǐng)做出評(píng)價(jià)。

由此可見，美國教材迷你實(shí)驗(yàn)體例精簡(jiǎn)，但又不缺乏對(duì)科學(xué)探究和理性思維的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)過程滲透安全教育，彰顯人文關(guān)懷，為我國生物學(xué)實(shí)驗(yàn)體例的設(shè)計(jì)提供了借鑒。

2 迷你實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)條件簡(jiǎn)便，步驟精簡(jiǎn)

美國教材迷你實(shí)驗(yàn)條件簡(jiǎn)便是指在實(shí)驗(yàn)選材上都來源于日常生活，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所要求低，在家中或?qū)W校都可進(jìn)行。表2比較了中國教材和美國教材中“種群的增長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)的選材和步驟。

表2 中美高中生物教材“種群的增長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)的選材和步驟的比較

通過表2發(fā)現(xiàn)美國教材在選材上十分簡(jiǎn)單，來自于生活中的香蕉和果蠅等。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所在家中或?qū)嶒?yàn)室都可進(jìn)行。而中國教材在選材上都來源于實(shí)驗(yàn)室，培養(yǎng)液還需臨時(shí)配制，耗時(shí)較多。實(shí)驗(yàn)步驟上，中國教材需要事先配置培養(yǎng)液，還要通過復(fù)雜的接種程序和計(jì)算，而且無菌操作很容易染菌導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。而美國教材只是簡(jiǎn)短的三部曲即可完成實(shí)驗(yàn)，不用考慮染菌和計(jì)算問題，更加精簡(jiǎn)。這一系列優(yōu)點(diǎn)都值得中國教材借鑒。

2.2 實(shí)驗(yàn)密切聯(lián)系生活，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

美國教材中的迷你實(shí)驗(yàn)在素材的選擇上大都來源于生活。教育家陶行知說過：“教育即生活，生活即教育。”教材將生物學(xué)知識(shí)與生活緊密聯(lián)系在一起，可以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，引導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)實(shí)生活中獲取知識(shí)。

例如，美國教材第10單元第35章第2節(jié)“評(píng)價(jià)一碗湯”的迷你實(shí)驗(yàn)中，以一段生活中的食品廣告導(dǎo)入。實(shí)驗(yàn)步驟如下：①分析每日量表列出的各種成分的每日量值，每日量值說明每種成分所提供的熱量百分比。②檢查食品標(biāo)簽的營養(yǎng)組成，并與每日量值表對(duì)比。最后請(qǐng)學(xué)生分析：①這碗湯是否提供了30%以上的每日所需營養(yǎng)素？提供了哪些營養(yǎng)素？②計(jì)算這碗湯中飽和脂肪所提供的熱量。③這碗湯有營養(yǎng)嗎？為什么？

本實(shí)驗(yàn)中的素材如食品廣告和湯都來源于生活。通過每日量表分析一碗湯的營養(yǎng)價(jià)值，關(guān)注學(xué)生的日常飲食和營養(yǎng)攝入，讓學(xué)生切身體會(huì)到生活中的飲食也滲透著生物學(xué)知識(shí)。通過本實(shí)驗(yàn)，學(xué)生還明白要均衡營養(yǎng)，不能挑食，激發(fā)了學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)的熱情。

2.3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，注重感性認(rèn)識(shí)

認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為，表象是一種知識(shí)表征的形式，在頭腦中形成表象有助于記憶的保持和概念的形成。通過構(gòu)建生物模型讓學(xué)生獲得感性認(rèn)識(shí)，是讓學(xué)生在頭腦中形成知識(shí)表象的重要途徑，這一點(diǎn)在美國教材中體現(xiàn)得非常明顯。

如，美國教材第6單元第17章第2節(jié)“模擬染色體交叉”的迷你實(shí)驗(yàn)中通過用橡皮泥來構(gòu)建兩條同源染色體模型，再通過撥動(dòng)橡皮泥模擬非姐妹染色單體的交叉互換、染色體變異等概念。這樣使學(xué)生從最初只是聽教師講授這種微觀概念過渡到親眼觀察、親手操作，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的感官，豐富了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生在認(rèn)知圖式中，形成了有關(guān)非姐妹染色單體交叉互換和染色體變異概念的表象。

3 對(duì)我國高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建議

筆者通過借鑒美國教材迷你實(shí)驗(yàn)的密切聯(lián)系生活、注重感性認(rèn)識(shí)另外兩大特點(diǎn)，以具體實(shí)驗(yàn)為例，對(duì)我國高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出幾點(diǎn)建議。

如，在中國教材“物質(zhì)庫膜運(yùn)輸”一節(jié)中，若以生活中的“涼拌西紅柿”為實(shí)驗(yàn)素材替代“觀察漏斗管內(nèi)液面變化”作為導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)，通過與生活緊密相連，來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。實(shí)驗(yàn)過程：將切好的西紅柿與白糖混合，并輕微攪拌2 min后，即可看到有紅色液體滲出。這時(shí)，教師便可詢問學(xué)生：紅色液體流出的原因是什么呢？通過本實(shí)驗(yàn)，學(xué)生頓時(shí)感覺到生物學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅存在于實(shí)驗(yàn)室中還存在于日常生活中，生活中處處有生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，就連“涼拌西紅柿”也不例外。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的操作和觀察以及教師的設(shè)問，極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)新課的興趣。

又如，通過教學(xué)發(fā)現(xiàn)在“細(xì)胞呼吸”一節(jié)中，許多學(xué)生對(duì)酵母菌無氧呼吸是否產(chǎn)生二氧化碳容易混淆。教學(xué)過程中，教師可以指導(dǎo)學(xué)生在家完成以下迷你實(shí)驗(yàn)：

①將和好的面和少量酵母菌放入礦泉水瓶?jī)?nèi)，瓶口套上氣球。

②連續(xù)3 d觀察氣球和面團(tuán)的變化，并記錄。

通過觀察，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)氣球逐漸地會(huì)膨脹，面團(tuán)也會(huì)更蓬松。這時(shí)，教師告訴學(xué)生這是由于酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生CO2所致。本實(shí)驗(yàn)通過構(gòu)建酵母菌無氧呼吸的模型，讓學(xué)生親自動(dòng)手、觀察，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的感官，使學(xué)生在頭腦中形成了有關(guān)無氧呼吸概念的表象，有助于記憶的維持。

在以核心素養(yǎng)為背景的新一輪教改中，教師可以廣泛地借鑒國外教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，吸取國外教材之精華，改進(jìn)國內(nèi)教材之缺陷，從而讓生物學(xué)實(shí)驗(yàn)真正地走進(jìn)高中生物學(xué)課堂。