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摘要：对“第七届全国中小学实验说课活动”中展示的高中生物学实验案例进行分析，以探讨目前高中生物学实验教学的现状，并提出基于生物学学科核心素养落实的实验教学的相应对策。
关键词：实验教学 生物学教学 核心素养 案例分析
中图分类号：G633.91 文献标志码：B
《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中明确指出：“要加强和完善生物学实验教学”“实验教学是促成学生达成生物学学科核心素养的重要支撑”。实验教学是生物学教学的重要部分，有利于完整、正确地理解生命科学;有利于帮助学生确立辩证唯物主义自然观;有利于促进学科融合，落实STEM教育，加强对科学本质的理解。实验技术手段的发展促进了实验教学的不断改革，使教学的效率和效果显著提升。全国中小学实验教学说课活动的成功举办，为推进我国中小学实验教学，发展学生核心素养，提高学生创新精神和实践能力，发挥了重要作用。2019年10月“第七届全国中小学实验教学说课活动”中，来自全国不同省、市、自治区的19位高中生物教师进行了现场展示。展示的实验课题研究面较广，涉及必修和选修模块的教学实验，其中必修的占68%，选修的占32%。下面对这19个实验案例的特点及存在的问题进行分析，并提出了基于生物学学科核心素养落实的实验教学的相应对策。
1实验教学理念新，立意高
教师能以新课程理念来指导实验教学，关注学生核心素养的发展。
1.1教学目标指向生物学学科核心素养
大多数教师在制订教学目标时，能从生物学生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等学科核心素养进行设计。这说明教师已转变观念，认同将三维目标的落实转向核心素养目标的全面达成，特别是在注重学生建构核心概念，发展科学思维和科学探究的同时，也注重发展学生的社会责任。例如，借助分析耐旱植物细胞的细胞液浓度，关心农业发展，尝试用所学来解决现实问题;通过对蒙尘叶片的探究，引导学生关注大气污染，树立环保理念和绿色发展理念;课后探究减肥酵素能否用于减肥，让学生体会利用生物学知识解决生活中问题，等等。
1.2实验教学过程引导学生主动参与
教师能开展“自主、合作、探究”学习、项目式教学法、STEM教学等教学方式，能关注学生在活动中生成的问题，以问题为研究的导向，引导学生思考、讨论、查阅文献，设计方案，师生共同创新改进实验，解决问题，发展科学思维能力。
1.3实验教学关注过程性评价
有的教师开发了实验评价量表，通过学生自我评价、生生互评及教师评价来帮助学生认识自我，改进学习方式。有的教师在实验探究中鼓励学生使用电脑、手机等移动端辅助学习，利用Excel进行图标制作，录制实验视频，用PFF等形式进行实验成果汇报等。教师通过评价促进学生实验探究能力的提升，发展学生的生物学学科核心素养。
2实验创新方法多，效果优
实验创新是这次说课展示活动的一个主要特色。教师在实验材料、装置、方法、方案、技术等方面进行了多维度的探究，创新方法多样，效果优良。
2.1材料、试剂的合理选择
教师选取合适的、可操作的生物材料进行研究，充分利用当地资源，因陋就简地开展好实验教学。例如，选用当地的人参果来替代猪肝研磨液;用人口腔上皮细胞替代鸡血进行DNA的提取;以活化处理的玻璃纸（水浴加热10 min）作为半透膜;用重铬酸钾检测酒精改成酒度计检测，将定性检测改成定量分析;蒸馏水活化酵母细胞改进为用质量分数为5%的葡萄糖溶液活化以提高实验效率，等等。选取合适的实验材料，能使实验进展顺利，并获得明显的实验现象或可靠的实验数据。
2.2实验装置、仪器的改进
教师在先进教学技术的运用中表现出了较高的水平，智慧教育设备使用率近50%。例如，在實验中使用紫外分光光度计、数码显微镜、手机助手投屏、红外线光电传感器等先进仪器，特别是运用数字化实验技术进行定量分析，使实验中不可见的现象成为可见，把难以测定的数据变得方便测定，还能实时采集到较精确的实验数据。另一方面，有的教师没有利用最先进的仪器，而是因地制宜地使用废弃的物品进行实验装置的改进，体现绿色环保的思想。例如，自制光谱仪观察叶绿素、类胡萝卜素的吸收光谱;自制琼脂糖凝胶电泳装置来替代二苯胺试剂鉴定DNA;酵母细胞的固定化中，将注射器改进为小型蠕动泵，制作凝胶珠;观察颜色、摔打法检测凝胶珠质量改进为砝码检测，实现了自动化、标准化。改进实验装置，不但达到更好控制实验变量、容易操作、结果明显的效果，而且将统计分析、建构数学模型的思想方法融入实验教学中。
2.3实验时间的优化
高中生物教科书上有些实验过程缓慢、耗时长，不利于一节课来开展，在一定程度上抑制了学生参与实验的积极性。教师通过创新手段，缩短实验时间，提高实验效率。例如，酵母细胞的固定化中，锥形瓶发酵装置改进为“注射器 输液器”装置，将发酵时间由24 h缩减至15min;探究酵母菌呼吸作用的方式中，将酵母菌悬液改为高活性酵母菌干粉，缩短反应所需的时间，由38 min缩短至8 min。还有的教师利用“互联网 ”，线上与线下相结合，课前、课堂、课后相融合开展实验教学，使得时间较长的实验也能完成。
2.4实验内容的拓展
有的教师将定性实验拓展为定量实验，如探究pH对酶活性影响的实验创新与实践、STEM理念下酶的高效性实验的创新与改进。有的教师将验证实验提升为探究实验，如“探究植物细胞的吸水和失水”。有的教师将单因子变量实验拓展为双因子变量实验，如“探究影响光合作用的因素”，利用自制实验装置探究光照强度、光质、C02浓度、温度以及叶龄等因素中的两种因素对光合作用的影响。有的教师将不同实验进行整合，如“PCR获取并扩增目的基因及电泳检测”，将PCR实验与DNA电泳实验整合到一起，让PCR结果的检测更加准确和直观。有的结合教科书内容开设新的实验内容，如“用基因工程技术进行环境监测的实验设计”。教师适当开设创新性、拓展性的实验课程，丰富课程资源，让学生在建构概念的基础上，更深入掌握科学研究的方法，有利于学生生物学学科核心素养的发展。 3实验教学存在的问题与策略分析
3.1教学目标的定位与落实：从实验教学走向实验教育
教师展示的教学目标不具体，空洞、高大、虚设的现象不在少数，特别是社会责任目标无法在课堂上落实的现象比比皆是，如“致力于改善工业生产体系，设计工业生产装置”“学会运用生物学的知识解决现实生活问题”“传承非物质文化遗产，厚植爱国情怀”。也存在实验的创新形式化，为了创新而“创新”的现象。例如，有的教师盲目拔高课标的要求，将定性实验拓展为定量实验，验证实验提升为探究实验;有的是实验方案的简单罗列或堆砌;有的将本来简单的实验装置改进得很复杂，而没有较好地提升学生的思维力度;有的用其他版本教科书介绍的或经典的实验方法来替代，等等。这些现象造成的原因是教师脱离实验教学的目标定位，对实验教学目的理解得不够明确，不够深入，停留在让学生动手实验操作的层面。
实验教学目的要明确。实验教学的目的是达成教学目标，而不是为做实验而做实验，应从实验教学走向实验教育，发展学生的生物学学科核心素养，实现教书育人。教师提供必要的、有代表性的事实，使学生在亲历实验过程中主动构建概念，并深入理解、内化科学概念。同时，学生在实验过程中逐步发展科学思维，提高科学探究能力，渗透社会责任，树立正确的科学本质观。因此，教学目标的制定要依据课标，符合学生学习的实际情况，以促成学生达成生物学学科核心素养。目标要合理化、科学化、具体化，并能在课堂中有效达成，实现教学评的一致。
3.2实验教学过程的设计与开展：从浅层学习走向深度学习
展示的实验获取信息多、但对信息分析少的现象比较普遍。实验教学中信息的获取很重要，但信息的分析整合更重要，因为分析的过程是一个对获取信息的去粗取精、去伪存真的思维加工过程，是实现概念建构、发展科学思维的必然途径。教师要研究通过透彻分析实验内容，促进学生从单纯做实验的浅层学习走向实验原理理解、分析的深度学习。特别是实验课课堂中交流汇报环节至关重要，有时甚至比实验本身更重要。因为准确表达观点或将观点表述出来的过程、呈现资料的过程都可以促进学生反省思考并建构新的知识，教师应该引导学生查阅文献资料，对实验中出现的异常问题进行讨论，甚至争论，借以促进学生深度学习。
实验教学中围绕重要概念进行问题设计是促进深度学习的前提。提出问题、解决问题是科学研究的基本模式。“以指向核心概念的问题为起点”是帮助学生深入理解生物学知识的一种教学设计思路。实验为学生更好地形成和理解重要概念提供了丰富的事实性知识和情境。实验教学过程是学生获取事实性的证据，围绕问题提出自己的观点，并进行深入解释论证，从而建构概念的过程。教师围绕重要概念设计问题，围绕解决真实问题设计活动，促使学生带着问题在做中思、做中学、做中悟，形成对生物学概念的理解，促进思维的发展。教师设计课堂教学问题时，应从实验条件、实验操作和实验结果出发，从对概念的理解上设置问題的答案。学生在思考、分析问题时，不断回顾实验操作和实验结果形成的条件，有助于深入理解概念，从而更有效地帮助实现从浅层学习走向深度学习。
3.3实验教学评价的落实：从感性评价走向精准评价
展示的实验教学重基于实验报告的终结性评价而轻形成性评价的现象较为突出，甚至有的教师没有评价环节。少数教师开发了评价量表，但评价量表的评价也是基于师生的感性评价，缺乏科学的、精准的评价，且着重是对知识与技能的评价，而不是素养的评价。实验教学没有考虑教、学、评的一致，这也是导致教师盲目提升实验教学目标，增加实验教学内容的根本原因。
精准的评价能帮助教师转变教学观念。认同“讲了，不等于学了”“学了，不等于学会了”的教学观念，也是促进学生反思学习的重要途径。没有反思的学习是浅表的学习。反思学习不仅是学生将所学的知识、技能内化成为关键能力、必备品格与价值观念的必经之路，也是形成自己的元认知、心智习惯、成长型思维的唯一路径。
研究基于人工智能达成精准的评价。充分利用智能设备，增强课堂学习的交互性、合作性与探究性，记录过程数据，特别是对素养的评价，单靠纸笔评价是不完整的。大数据技术在高中生物学实验教学中实现了实验评价的量化分析，使得实验成效评估更精准、科学。教师借助大数据技术进行实验数据的跟踪与记录、处理与分析，从而确保评价的真实与全面。研究信息技术与实验教学的深度融合，建立线上线下混合学习的智能系统，使得教学从原来线性的资源支持转向丰富的情境建构，从单向的师生交互转向多向的单元协作探究，从接收信息的载体转向收集学习数据的工具，从一次性教学流程转向个性化的教学评一致。同时，通过智能技术与课堂教学的深度融合，保证实验教学的充足时间，真正把学科核心素养落在课堂教学中。
关键词：实验教学 生物学教学 核心素养 案例分析
中图分类号：G633.91 文献标志码：B
《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中明确指出：“要加强和完善生物学实验教学”“实验教学是促成学生达成生物学学科核心素养的重要支撑”。实验教学是生物学教学的重要部分，有利于完整、正确地理解生命科学;有利于帮助学生确立辩证唯物主义自然观;有利于促进学科融合，落实STEM教育，加强对科学本质的理解。实验技术手段的发展促进了实验教学的不断改革，使教学的效率和效果显著提升。全国中小学实验教学说课活动的成功举办，为推进我国中小学实验教学，发展学生核心素养，提高学生创新精神和实践能力，发挥了重要作用。2019年10月“第七届全国中小学实验教学说课活动”中，来自全国不同省、市、自治区的19位高中生物教师进行了现场展示。展示的实验课题研究面较广，涉及必修和选修模块的教学实验，其中必修的占68%，选修的占32%。下面对这19个实验案例的特点及存在的问题进行分析，并提出了基于生物学学科核心素养落实的实验教学的相应对策。
1实验教学理念新，立意高
教师能以新课程理念来指导实验教学，关注学生核心素养的发展。
1.1教学目标指向生物学学科核心素养
大多数教师在制订教学目标时，能从生物学生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等学科核心素养进行设计。这说明教师已转变观念，认同将三维目标的落实转向核心素养目标的全面达成，特别是在注重学生建构核心概念，发展科学思维和科学探究的同时，也注重发展学生的社会责任。例如，借助分析耐旱植物细胞的细胞液浓度，关心农业发展，尝试用所学来解决现实问题;通过对蒙尘叶片的探究，引导学生关注大气污染，树立环保理念和绿色发展理念;课后探究减肥酵素能否用于减肥，让学生体会利用生物学知识解决生活中问题，等等。
1.2实验教学过程引导学生主动参与
教师能开展“自主、合作、探究”学习、项目式教学法、STEM教学等教学方式，能关注学生在活动中生成的问题，以问题为研究的导向，引导学生思考、讨论、查阅文献，设计方案，师生共同创新改进实验，解决问题，发展科学思维能力。
1.3实验教学关注过程性评价
有的教师开发了实验评价量表，通过学生自我评价、生生互评及教师评价来帮助学生认识自我，改进学习方式。有的教师在实验探究中鼓励学生使用电脑、手机等移动端辅助学习，利用Excel进行图标制作，录制实验视频，用PFF等形式进行实验成果汇报等。教师通过评价促进学生实验探究能力的提升，发展学生的生物学学科核心素养。
2实验创新方法多，效果优
实验创新是这次说课展示活动的一个主要特色。教师在实验材料、装置、方法、方案、技术等方面进行了多维度的探究，创新方法多样，效果优良。
2.1材料、试剂的合理选择
教师选取合适的、可操作的生物材料进行研究，充分利用当地资源，因陋就简地开展好实验教学。例如，选用当地的人参果来替代猪肝研磨液;用人口腔上皮细胞替代鸡血进行DNA的提取;以活化处理的玻璃纸（水浴加热10 min）作为半透膜;用重铬酸钾检测酒精改成酒度计检测，将定性检测改成定量分析;蒸馏水活化酵母细胞改进为用质量分数为5%的葡萄糖溶液活化以提高实验效率，等等。选取合适的实验材料，能使实验进展顺利，并获得明显的实验现象或可靠的实验数据。
2.2实验装置、仪器的改进
教师在先进教学技术的运用中表现出了较高的水平，智慧教育设备使用率近50%。例如，在實验中使用紫外分光光度计、数码显微镜、手机助手投屏、红外线光电传感器等先进仪器，特别是运用数字化实验技术进行定量分析，使实验中不可见的现象成为可见，把难以测定的数据变得方便测定，还能实时采集到较精确的实验数据。另一方面，有的教师没有利用最先进的仪器，而是因地制宜地使用废弃的物品进行实验装置的改进，体现绿色环保的思想。例如，自制光谱仪观察叶绿素、类胡萝卜素的吸收光谱;自制琼脂糖凝胶电泳装置来替代二苯胺试剂鉴定DNA;酵母细胞的固定化中，将注射器改进为小型蠕动泵，制作凝胶珠;观察颜色、摔打法检测凝胶珠质量改进为砝码检测，实现了自动化、标准化。改进实验装置，不但达到更好控制实验变量、容易操作、结果明显的效果，而且将统计分析、建构数学模型的思想方法融入实验教学中。
2.3实验时间的优化
高中生物教科书上有些实验过程缓慢、耗时长，不利于一节课来开展，在一定程度上抑制了学生参与实验的积极性。教师通过创新手段，缩短实验时间，提高实验效率。例如，酵母细胞的固定化中，锥形瓶发酵装置改进为“注射器 输液器”装置，将发酵时间由24 h缩减至15min;探究酵母菌呼吸作用的方式中，将酵母菌悬液改为高活性酵母菌干粉，缩短反应所需的时间，由38 min缩短至8 min。还有的教师利用“互联网 ”，线上与线下相结合，课前、课堂、课后相融合开展实验教学，使得时间较长的实验也能完成。
2.4实验内容的拓展
有的教师将定性实验拓展为定量实验，如探究pH对酶活性影响的实验创新与实践、STEM理念下酶的高效性实验的创新与改进。有的教师将验证实验提升为探究实验，如“探究植物细胞的吸水和失水”。有的教师将单因子变量实验拓展为双因子变量实验，如“探究影响光合作用的因素”，利用自制实验装置探究光照强度、光质、C02浓度、温度以及叶龄等因素中的两种因素对光合作用的影响。有的教师将不同实验进行整合，如“PCR获取并扩增目的基因及电泳检测”，将PCR实验与DNA电泳实验整合到一起，让PCR结果的检测更加准确和直观。有的结合教科书内容开设新的实验内容，如“用基因工程技术进行环境监测的实验设计”。教师适当开设创新性、拓展性的实验课程，丰富课程资源，让学生在建构概念的基础上，更深入掌握科学研究的方法，有利于学生生物学学科核心素养的发展。 3实验教学存在的问题与策略分析
3.1教学目标的定位与落实：从实验教学走向实验教育
教师展示的教学目标不具体，空洞、高大、虚设的现象不在少数，特别是社会责任目标无法在课堂上落实的现象比比皆是，如“致力于改善工业生产体系，设计工业生产装置”“学会运用生物学的知识解决现实生活问题”“传承非物质文化遗产，厚植爱国情怀”。也存在实验的创新形式化，为了创新而“创新”的现象。例如，有的教师盲目拔高课标的要求，将定性实验拓展为定量实验，验证实验提升为探究实验;有的是实验方案的简单罗列或堆砌;有的将本来简单的实验装置改进得很复杂，而没有较好地提升学生的思维力度;有的用其他版本教科书介绍的或经典的实验方法来替代，等等。这些现象造成的原因是教师脱离实验教学的目标定位，对实验教学目的理解得不够明确，不够深入，停留在让学生动手实验操作的层面。
实验教学目的要明确。实验教学的目的是达成教学目标，而不是为做实验而做实验，应从实验教学走向实验教育，发展学生的生物学学科核心素养，实现教书育人。教师提供必要的、有代表性的事实，使学生在亲历实验过程中主动构建概念，并深入理解、内化科学概念。同时，学生在实验过程中逐步发展科学思维，提高科学探究能力，渗透社会责任，树立正确的科学本质观。因此，教学目标的制定要依据课标，符合学生学习的实际情况，以促成学生达成生物学学科核心素养。目标要合理化、科学化、具体化，并能在课堂中有效达成，实现教学评的一致。
3.2实验教学过程的设计与开展：从浅层学习走向深度学习
展示的实验获取信息多、但对信息分析少的现象比较普遍。实验教学中信息的获取很重要，但信息的分析整合更重要，因为分析的过程是一个对获取信息的去粗取精、去伪存真的思维加工过程，是实现概念建构、发展科学思维的必然途径。教师要研究通过透彻分析实验内容，促进学生从单纯做实验的浅层学习走向实验原理理解、分析的深度学习。特别是实验课课堂中交流汇报环节至关重要，有时甚至比实验本身更重要。因为准确表达观点或将观点表述出来的过程、呈现资料的过程都可以促进学生反省思考并建构新的知识，教师应该引导学生查阅文献资料，对实验中出现的异常问题进行讨论，甚至争论，借以促进学生深度学习。
实验教学中围绕重要概念进行问题设计是促进深度学习的前提。提出问题、解决问题是科学研究的基本模式。“以指向核心概念的问题为起点”是帮助学生深入理解生物学知识的一种教学设计思路。实验为学生更好地形成和理解重要概念提供了丰富的事实性知识和情境。实验教学过程是学生获取事实性的证据，围绕问题提出自己的观点，并进行深入解释论证，从而建构概念的过程。教师围绕重要概念设计问题，围绕解决真实问题设计活动，促使学生带着问题在做中思、做中学、做中悟，形成对生物学概念的理解，促进思维的发展。教师设计课堂教学问题时，应从实验条件、实验操作和实验结果出发，从对概念的理解上设置问題的答案。学生在思考、分析问题时，不断回顾实验操作和实验结果形成的条件，有助于深入理解概念，从而更有效地帮助实现从浅层学习走向深度学习。
3.3实验教学评价的落实：从感性评价走向精准评价
展示的实验教学重基于实验报告的终结性评价而轻形成性评价的现象较为突出，甚至有的教师没有评价环节。少数教师开发了评价量表，但评价量表的评价也是基于师生的感性评价，缺乏科学的、精准的评价，且着重是对知识与技能的评价，而不是素养的评价。实验教学没有考虑教、学、评的一致，这也是导致教师盲目提升实验教学目标，增加实验教学内容的根本原因。
精准的评价能帮助教师转变教学观念。认同“讲了，不等于学了”“学了，不等于学会了”的教学观念，也是促进学生反思学习的重要途径。没有反思的学习是浅表的学习。反思学习不仅是学生将所学的知识、技能内化成为关键能力、必备品格与价值观念的必经之路，也是形成自己的元认知、心智习惯、成长型思维的唯一路径。
研究基于人工智能达成精准的评价。充分利用智能设备，增强课堂学习的交互性、合作性与探究性，记录过程数据，特别是对素养的评价，单靠纸笔评价是不完整的。大数据技术在高中生物学实验教学中实现了实验评价的量化分析，使得实验成效评估更精准、科学。教师借助大数据技术进行实验数据的跟踪与记录、处理与分析，从而确保评价的真实与全面。研究信息技术与实验教学的深度融合，建立线上线下混合学习的智能系统，使得教学从原来线性的资源支持转向丰富的情境建构，从单向的师生交互转向多向的单元协作探究，从接收信息的载体转向收集学习数据的工具，从一次性教学流程转向个性化的教学评一致。同时，通过智能技术与课堂教学的深度融合，保证实验教学的充足时间，真正把学科核心素养落在课堂教学中。