以核心素养为导向的高中生物学创新实验探究

张蕾

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》明确了生物学科核心素养的内涵，加之“三新”改革的深度推进，都需要高中生物教学凸显核心素养育人。在教学实践开展中，教师要以实验创新为切入点，关注学生核心素养的全面发展，推动高中生物教学提质增效。现从核心素养的基本概念分析入手，探索高中生物实验创新的理论依据，并针对性分析当前高中生物教学的现状，探索核心素养视域下高中生物实验创新的必要性及其实践策略，切实融合教学实践，以核心素养为导向，推动高中生物创新性育人目标高质量达成。

2021年6月25日，国务院办公厅发布《全民科学素质行动规划纲要（2021—2035年）》，强调必须将科学技术发展放到与创新同等重要的地位。为进一步落实国家科技发展战略规划，高中生物教学要以提高学生学科素养为目标，创新教学方式，立足教学过程培养学生科学精神，引领学生树立正确的科学观念。让学生掌握生物实验探究的有效方法，同时引导学生熟悉科技知识，并用生物学科所学的方法来解决具体问题，增强学生学习的成就感与自信心，助力学生正确的人生观、价值观树立，这样才能凸显生物学科核心素养育人，切实提高学生学习热情，促进学生全面发展。实验作为生物学科学习的重要手段，在教学工作实施中也要重视创新性育人，如何融合日常教学过程，培养学生学科核心素养，增强学生创新意识，成为生物教学需要突破的一项严峻任务。

1 核心概念界定

1.1 核心素养

核心素养是个体在学习和成长过程中产生的一种能力，对个体的发展具有持久而深远的影响。在现代教育工作开展中，培养和发展学生核心素养，已经成为教育者的共识。

1.2 生物学科核心素养

生物学科核心素养内容更加细化，主要是指当前在社会发展中公民所必须具备的一些基础性素养。生物学科核心素养的内涵和形式可概述为以下几点：

第一，生命观念。生命观念就是指在生物学习中，学生需要对生物课程的内涵充分理解，对生命的现象和一些生物学规律特征有效认知，其中包含了结构与功能的适应性、稳态与平衡、物质观与能量观等。高中生物课堂关注生命观念核心素养的培养，能让学生从本质层面理解生物学知识，助力学生有效探索自然界奥秘，有效体现了生物学科育人特色。

第二，理性思维。理性思维是高中阶段学生所必须具备的一种高级思维能力。理性思维包含了理性的逻辑思考、归纳概括、演绎推理、模型与建构、批判性思维等多个方面。对于高中生来讲，培养和发展学生理性思维，首先要让学生端正学习态度，对事实和证据进行有效尊重，还要在问题解决过程中，培养学生严谨务实的心态。理性思维是一种不断发展的能力，教师需以科学的眼光，看待学生的学习成长，关注学生理性思维发展的层次，从基础知识到社会现象，再到一些深层次内容的理解应用，给予学生有效的学法指导。

第三，科学探究。科学探究是生物学习的基本方式，也是生物学科核心素养的重要组成部分。科学探究过程主要指学生能够通过应用生物学知识，来积极投入观察过程，分析生命现象，与实际生活有效关联，提出一些有价值的问题。围绕问题，让学生做出合理的假说，以此设计实验方案，推进实验实施，验证实验结论。从而在科学探究过程中，完善学生理性思维，引导学生学会发现问题，解决问题，实现科学探究意识的培养。这可提高学生团队协作能力，培养学生创新思维品质，助力学生生物探究热情有效释放。还能切实引导学生掌握生物学科问题解决的针对性思路和方法，让学生学科核心素养发展更加完善。

第四，社会责任。社会责任是从生物学角度出发，指引学生树立正确的人生观、价值观，鼓励学生有效关注社会发展，增强学生责任意识。从生物学角度分析，让学生将生命观念、科学思维、科学探究有机关联在一起，服务社会进步发展，是核心素养育人的重要一环。社会责任意识的培养，还可以让学生对生物学科核心要素统筹关联，在独立思考、理性分析、审视判断的基础上，学会有效地取舍，更好地保护生物多样性，保护自然环境，对生物学习建立系统化认知。

2 以核心素养为导向开展生物学创新实验的意义分析

以核心素养理念为导向，从实验入手创新，响应课程改革要求，创新育人目标，培养学生学科核心素养，对生物学科育人完善具有十分重要的意义。

2.1 有效促进学生生物学习潜能激发

随着新高考改革的深度推进，高中生物课程知识考察越来越灵活，与生活的关联性也愈加紧密，这些都对学生综合能力提出了更高的要求。在高中生物课堂探索生物创新实验的落实，可以进一步开放学生学习的空间，促进学生技能掌握，方法应用，切实培养学生学科核心素养。围绕同一实验，可以让学生探索行之有效的各类实验创新改进方法，这为生物资源的开发和应用，提出了更多的可能性，可深度唤醒学生的学习热情，促进学生综合潜能的释放。

2.2 有效推进生物学科核心素养育人

以新课标为指引，高中生物教学工作的开展，要以培养和落实学生生物学科核心素养为首要目标。立足实验开展有效创新，将自然界中的一些生物现象，学生生活中可用的一些学习材料全面纳入，引导学生科学分析，深层次掌握生物学科相关知识。基于实验创新过程锻炼学生科学探究热情，在学生心底埋下对生物热爱的种子，既可以有效提高学习效率，又能引导学生对生物实验的原理进行深入地分析，尝试进行器材替换或过程改良。在增强学生学习兴趣的同时，与核心素养育人相呼应，可以提高学生社会责任感，显著提升生物课程育人综合效果。

2.3 有效促进教师的专业能力发展

高中生物实验教学工作的落实，不仅对学生综合能力提出了更高的要求，还需要教师同步提升学科育人意识。教师要贯彻以学生为本的教育理念，立足教学过程，对实验教学的模式思路进行有效的创新，为学生带来良好的学习体验。教师还要结合学生学习需求，为他们延伸更加丰富的延展性学习资源，引导学生参与到具体的实验探究过程中，进行实验项目的整体规划，尝试对各类仪器工具熟练运用。基于生物实验创新性教学，可带动教师专业技能稳步提升，促进教师进一步完善科学实验设计，尝试实验创新改进的有效方式，引领教师之间合作对话，为教师教学技能与教研能力同步发展构筑有力台阶。

3 以核心素养为导向开展生物学创新实验的理论基础

3.1 多元智能理论

霍华德·加德纳认为，每个个体都具有语言、逻辑、音乐、视觉、艺术、运动、人际关系类型和大自然观测等多方面的智慧，而且这些智慧可以影响个体的学习生活。多元智能理论强调了智慧的多元性，也指出了个体之间具有差异性，以多元智能理论为指引，高中生物学创新实验的落实，就要充分认识到学生智力之间的差异性，并用好这一资源，以赞赏的眼光引导学生，推动因材施教育人。让学生可以在实验中大胆展示，增强自信，让每个学生都能获得更多发展可能，享受成功体验，让实验教学的开展也能更加灵活。

3.2 建构主义学习理论

建构主义学习理论指出，读书不是知识的传递，而是一个主动探索世界的过程。以建构主义学习理论为指导，高中生物实验教学工作的开展，也要落实到实践中，让学生持续地认知经历，从而实现生物学知识的充实和创新，让学生的学习更有效率。实验作为学生探究操作的主要方式，既能凸显学生学习的主体性，又能鼓励学生进行合作创新，发掘新知识点，促进学生勇于探索，获得更多专业知识技能支持，进而实现高质量知识建构。

3.3 人本主义学习理论

人本主义学习理论强调塑造健康人格，主张在教学过程中传授学生技能的同时，重视对学生的情感开发，引导学生在认知、人格、情感、行为等多个领域实现均衡性发展。人本主义思想强调了以人为本，可以饱满学生情感，促进学生智慧成长与能力提升。这也引导着教师要从激发学生自身潜能的角度，让学生学会更好地与同伴有效合作，建立正确人际关系。让学生融入良好的学习氛围、轻松的学习环境中，积极开展创新挑战，给学生带来多重愉悦感。

4 以核心素养为导向开展生物学创新实验的现状分析

以核心素养育人为导向，当前高中生物教学工作开展中非常重视创新实验的落实，但是在具体教学实践中也暴露出多重问题：

第一，学生创新潜能得不到有效激发。高中生物实验教学的落实对器材、药品、试剂都有非常高的要求。当前，在高中生物实验教学工作落实中，多是按照传统思维模式，让学生按部就班来开展实验，对实验过程的创新改进并没有深度落实。有些教师只是将验证性实验变成了探究性实验，但是学生依然按照教材呈现的思路推进实验过程，所以在实验实施中，并没有真正符合学生具体状况，实现实验环节的创新和改进，影响了学生综合潜能的激发。

第二，学生对实验探究的选择意识较差。高中生物实验教学创新工作的开展，可以对实验设计进行改进，也可以对实验材料进行创新，还可以对实验所用的一些药剂、药品有效探索，对仪器和装置尝试改进，这些都是改变实验条件，创新实验方法，增强学生创新探究热情的有利途径。但当前很多学生在实验推进中，自身操作水平有限，对实验的组织落实也缺乏自信。学生没有能力进行实验过程的创新，学生自身对实验的理解不够深刻，缺乏理论知识的支撑，而且实验室本身硬件条件也相对有限，进一步阻碍了学生生物探究的热情。

第三，教师对创新实验的引导能力不强。高中阶段生物课程学习的节奏进一步加快，对教师综合能力也提出了更高的要求。但是，当前很多高中教师依然以理论课程讲解为主，对创新实验的态度和引导能力不强。教师不能够从多个角度给予学生有益的启发，在课堂上为学生预留的思考讨论时间也有限，这极大地阻碍了学生对实验的深刻认知，也限制了学生创新能力的培养。

5 核心素养视域下高中生物学创新实验的必要性

以核心素养育人为指引，高中生物学开展实验创新，既能激发学生学习动力，又能增强学生创新意识，同时这也是落实核心素养育人的必要一步。

5.1 有效适应课程改革的实际需要

随着立德树人理念的深度推进，高中生物教学的方式在逐步改革，以新课标为指引，高中生物教学工作的落实必须唤醒学生学习主动性，立足教学过程培养学生实践意识，发展学生创新能力。适应《普通高中生物课程标准（实验）》所提倡的探究性学习模式，教师必须重视生物实验创新的有效推进。放手给学生主体实践的空间，让学生在信息收集、经验获得、人际沟通、问题解决过程中深入参与，提高学生学习创造力，增强学生学习获得感，推进课程改革深度落地。

5.2 落实核心素养育人的重要手段

随着社会的不断发展，各行各业对人才综合能力提出了更高的要求。高中生物素质教育工作的开展，既要扎实学生知识基础，更要激发学生学习创造力，以核心素养理念为指引，生物实验创新要引导学生主体探究。结合对生命现象的观察，开展有效预设，分析实验发生的条件，严格遵循实验步骤，引导学生记录结果，缜密分析，养成实事求是的科学态度，从而推进核心素养育人有效落地。

5.3 建设创新型科技强国的迫切需求

随着时代的不断发展，生物在各行各业的应用越来越广泛，尤其是在“绿水青山就是金山银山”口号指引下，社会各界都对生态保护重视程度日益提升。高中生物实验教学创新的落实，从增强学生社会责任意识、增强学生问题解决能力、引导学生自主研究新技术、推动生物学知识的有效应用入手，可增强学生学习自信，引导学生探索更多新成果新发现，为学生学习实践提供创新机会，也能激发学生的开拓进取精神，从而更好地为建设创新型科技强国储备更多优秀人才。

6 核心素养视域下高中生物学创新实验的实施策略

以核心素养理念为指引，高中生物教学工作的开展，不仅要进一步完善理论课程的讲解分析，更要立足实验环节，引导学生开展创新实验，助力学生高质量探究。在动手动脑中完善学生逻辑思维，增强学生问题解决意识，磨炼学生意志品质，让学生以清晰的目标、有效的实践、高效的沟通，切实为实验创新而积极努力。

6.1 从实验创新设计入手，拓展学生学习思维

高中生物实验教学创新工作的开展，并非仅仅面向一些大型实验，而是可以从一些小微实验入手，在原基础上进行内容的改进或过程的创新。引导学生在真正理解实验原理的前提下，融入一些创新设计，助力学生生命观念理解，从而带动学生认知结构完善，加深对生命理解。同时，可以为学生生物学科学习带来良好体验。在教学工作落实中，教师要为学生主体观察、思考创新提供有利平台，引导学生从多个角度探究生命活动，创新学习体验，为学生带来良好的学习融入感。

以《植物细胞质壁分离和复原实验》为例，这是高中生物所涉及的一个基础性实验。在实验中学生能够理解植物细胞失水和吸水的条件，对于细胞的形态也能有效观察。在按照课本理论开展实验的同时，教师可以让学生大胆进行实验的创新，如更换实验材料，让学生二次实验，看看是否能达到理想效果。再比如，可以让学生思考相同的外界溶液环境、不同的植物细胞植壁分离的结果是否相同？相同的植物细胞、不同的外部溶液环境，质壁分离的结果有哪些差异？已经发生质壁分离的植物细胞，在什么样的环境条件下，能够快速复原？从一些小实验入手，让学生进行有效创新，开放探索，鼓励学生举一反三，迁移应用，可以深度增强学生对生命观念的理解，也可以指导学生更好地理解事物本质，树立严谨认真的学习态度。

6.2 融合生物探究活动，拓宽学生知识视野

以核心素养为导向，高中生物创新实验教学的开展，一方面，要立足课内，让学生理解事物趣味探究；
另一方面，为了进一步提高教学质量，因地制宜地改善实验教学的方式方法，教师还要开放外部实践空间，鼓励学生进行科学探究。通过创新实验的落实，真正激发学生生物学习浓厚兴趣，培养学生自身良好的学习探究力。教师可以引导学生以小组为单位，结合实际生活中所遇到的问题进行开放性探究，跳出单纯按照课本思路来实验的传统育人理念，通过有效的教育引导，为学生主动创造自主学习提供更多机会。在实验创新教学中，教师要真正放手给予学生主体探索空间，让学生在知识应用的过程中，具备明确的学习目标，提高学生学习能力，完善实验过程设计。在不断地碰壁、尝试思索探究中，培养学生严谨认真的学习态度。

例如，在学习微生物这部分知识时，教师就可以让学生尝试探究土壤中纤维素分解菌的分离。结合日常生活中，常见的一些牛、马、羊等动物，可知它们的肠道中都含有纤维素分解菌，它能帮助动物消化食物中的纤维素。教师可以让学生通过查阅文献、合作探究、网络搜索、向家长请教等多种方式，尝试分离土壤中的纤维素分解菌，获得鲜活的学习成果。这样的开放性实验，既能激发学生学习热情，又能培养学生良好的学习探究力，还可以借助学生前期所学知识进行经验借鉴，切实培养学生深度思考力，让学生学会围绕目标来设计实验过程，获得丰富的实验发现。

6.3 开展创新性实验，增强学生社会责任意识

高中生物教学工作的开展，与社会密不可分，教师既要让学生对一些生物学现象有效解读认知，更要通过生物教学工作的开展，引导学生真正理解自我与社会之间的关系。引导学生学会理性地分析问题，解决问题，增强学生生物学习的使命感，指导学生在生活中对一些生物学科知识有效应用。尤其是数字信息化背景下，人与社会之间的联系越来越紧密，更需要帮助学生树立正确的价值观，增强学生社会责任意识。这就必须融合教学全过程，对学生进行科学引导，教师可以在课堂上应用数字化手段，为学生展示一些多媒体素材，让学生深刻理解实验流程，掌握专业知识。教师也可以借助一些课外资源，拓宽学生学习视野，引导学生进行一些趣味实验的探究。核心素养育人的出发点和落脚点都是学生主体进步，所以教学工作开展必须始终坚持以生为本，培养学生自身良好的创新能力、实践能力，潜移默化中丰富学生生物学知识体系，增强学生社会责任意识，这也是教学中不容忽视的核心一环。

以《胡萝卜素的提取和分离实验》为例，立足课内教师可以让学生掌握实验原理，分析实验推进的有效方式。从增强学生社会责任认知的角度，教师还可以让学生对当地不同农产品的胡萝卜素含量做一个测定，让学生对家乡的植物有效了解，增强学生关注食品安全、热爱家乡、建设家乡的良好社会责任感。另外，在学习中还涉及了一些拓展性实验，如《玫瑰精油的提取》，这是与有机化学相关联的一项跨学科实践内容。在实验教学工作开展中，教师可以让学生尝试牡丹精油的提取、丁香精油的提取、百合精油的提取。让学生理解不同的植物皆有迷人的芳香，同时也具有重要的经济价值，通过创新性实验的落实，增强学生实践力，引导学生关注环境，关怀自然，保护生物多样性，并对家乡特有的一些物产进行深度探索。从种植改良、销售包装等多方面，提出一些精彩创意，这些都是生物学习延伸社会生活、提高学生核心素养的重要手段。能体现生物学科育人特色，培养学生社会责任感，引导学生更好地热爱家乡，服务家乡，进一步丰富生物学科核心素养的内涵和外延。

总之，高中生物学创新实验的落实，不仅要让学生扎实掌握生物学科知识，更要坚持以核心素养为导向，融合实验过程切实引导学生学思共进，开展趣味探究。激活学生创新思维，提高学生问题解决能力，增强学生对生物学科概念的理解，真正在实验中引导学生科学探究，合作对话，创新延伸，总结表达，为学生今后开展综合性科研探索奠定坚实基础。

（作者单位：山东省桓台第二中学）

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