以课题设计为依托提高学生生物学核心素养
来源:用户上传
作者:
[摘 要] 理性思维和科学探究是生物核心素养的两个重要方面，培养核心素养是新一轮课程改革的新指向。教学过程中引导学生设计相关课题，重点关注他们的实验分组，可以让学生深刻理解对照实验和对比实验的差异，锻炼科学理性思维，培养科学探究能力。
[关键词] 课题设计;对照实验;对比实验;核心素养
[作者简介] 李娜（1985—），山东临沂人，博士研究生，山东省日照第一中学一级教师，研究方向：高中生物教学。
[中图分类号] G632.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）19-0115-02 [收稿日期] 2019-09-17
核心素养是指在课程学习过程中，学生应具备的、能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。它是国家教育目标的具体化，是课程标准制定的根本依据，是教育教学过程中三维目标对学生的综合体现。
《高中生物学课程标准（2017年版）》指出：生物学学科核心素养是学生在生物学课程学习过程中逐渐发展起来的，在解决真实情景中的实际问题时所表现出来的价值观念、必备品格与关键能力，是学生知识、能力、情感态度与价值观的综合体现[1]。生物学核心素养包括四个内容：生命观念、理性思维、科学探究、社会责任。核心素养的培养已成为新一轮课程改革的新指向，也为新一轮课程改革提供了新动力。本文中我们结合“对照实验和对比实验”，引导学生通过设计相关课题，深刻理解两类实验的异同，重点培养学生的核心素养里的理性思维和科学探究。
一、紧扣教材，理解概念
（一）对照实验
人教版高中生物学教材中对照实验的定义是，“除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫对照实验”。在中学阶段，对照实验可以分为空白对照、自身对照、相互对照和条件对照（包括阳性对照和阴性对照）[2]。前三类实验比较好区分，教学过程中可以每类实验选择一个实验来讲解，例如空白对照实验——“比较过氧化氢在不同条件下分解”，自身对照实验——“观察植物细胞的质壁分离和复原”，相互对照实验——“探究温度对唾液淀粉酶活性的影响”。
条件对照相对难理解，是指为了更好地证实某一实验因素的作用，在空白对照组的基础上，再设置一组或多组对照，给实验对象某种实验处理，这种实验处理的结果是已知的，因此实验结束后通过比较实验组和条件对照组来判断实验因素的作用。与单独的空白对照实验相比，条件对照能够更好地反映定性和定量实验因素的作用效果。根据实验处理效果，可以把条件对照分为阳性对照和阴性对照。阳性对照指的是100%会出现预期实验结果的对照组，而阴性对照是指100%不会出现预期实验结果的对照组。例如，验证一转基因玉米是否有抗药性，需要选择同种的转基因成功的抗药玉米做阳性对照（100%会出现抗药性），无转基因的做阴性对照（100%不会出现抗药性），通过阳性和阴性对照作用，能够更好地判断研究对象的相关性质，增强实验结果的说服力。
（二）对比实验
对比實验在教材中的定义为，“设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系，这样的实验叫对比实验”。在典型的对照实验中，会有对照组和实验组的区分，由上述定义可知，对比实验仅限于实验组之间的比较。对比实验中，一般不知道实验中的处理因素对实验结果的影响，属于探究实验，处理因素一般是药物的浓度梯度，或处理时间长度，从中判断最适宜的处理浓度或处理时间。对比实验中的每一个实验组都可以充当其他组的对照组，作用上等同于相互对照实验。例如在“探究酵母菌细胞呼吸方式”的实验中，未单独设置对照组，两个实验组之间的比较构成了对比实验。
二、开展课题设计，培养核心素养
通过上述对对照实验和对比实验的概念的剖析，大部分同学能够记住这两种实验的差异，但是要形成以上生物学的理性思维，还需引导学生进行合理的科学探究实验。在课堂教学中，由于条件的限制，教师可以提供课题让学生去设计实验方案。出于这种考虑，我们筛选了比较典型的课题让学生去设计，重点关注他们的实验分组。
课题1：验证甲状腺激素促进蝌蚪发育
方案一：空白对照组（甲组）：对蝌蚪不做任何处理;实验组（乙组）：饲喂甲状腺激素。
方案二：在方案一的基础上加一组（丙组）饲喂甲状腺激素的抑制剂。
这是一个经典的对照实验，学生一般会出现以上两种设计方案。方案一是典型的空白对照，方案二在空白对照的基础上添加了条件对照（阴性对照）。如果我们用+表示甲状腺激素的含量，则通过比较乙组（++）和甲组（+）丙组（微量）的蝌蚪的发育差异，形成甲状腺激素含量和发育程度的对应关系，更能说明甲状腺激素的作用。在点评环节，教师要肯定学生的对照思维，更要引导他们自己去体会方案二通过设置条件对照组更能证实甲状腺激素的促发育作用，思维更严谨，实验结果更有说服力。
课题2：探究药物A对细胞凋亡的影响，确定最佳给药浓度
这个课题由两个子课题构成，其一是要探究药物A对细胞凋亡是否有作用，是抑制作用还是促进作用;其二是探究药物A影响细胞凋亡的最适浓度。相对于课题1，本课题综合了两大类实验，更能锻炼学生的科学思维。
参考方案：空白对照组：只培养细胞，不给予药物处理（等量的药物A的溶剂处理）;实验组：根据情况给予一系列浓度梯度的药物A处理。一段时间后检测各组的细胞凋亡情况。根据凋亡情况，确定最佳给药浓度。
点评中引导学生分析本课题中既有空白对照组和实验组的对照实验，用来定性;又有各个实验组之间的相互对照实验，即对比实验，用来定量。教师还可以进一步拓展，如果已经确定了最佳给药浓度，想研究某一个浓度的作用效果，那么这个最佳浓度就可以作为一个阳性对照，这时的实验就属于对照实验。 课题3：探究药物A对缺氧时细胞凋亡的影响，确定最佳给药浓度
本课题在课题2的基础上对实验观察的对象做了状态限制，即缺氧状态，因此在实验设计上比课题2会更复杂。
参考方案：空白对照组：只培养细胞，不给予药物处理（等量的药物A的溶剂处理），同课题2。
缺氧对照组：缺氧状态下培养，不给予药物处理（等量的药物A的溶剂处理）。实验组：缺氧状态下培养细胞，给予一系列浓度梯度的药物A处理。一段时间后检测各组的细胞凋亡情况。根据凋亡情况，确定最佳给药浓度。
缺氧对照组和实验组构成同一状态下的对照实验，实验组中各个浓度的药物A处理构成对比实验。空白对照组可以观察细胞在正常状态下的凋亡情况，通过对比空白对照组和缺氧对照组，首先可以验证缺氧对细胞凋亡的影响（已知），确定课题中所用的实验材料和实验方法科学可靠，这也是在科学实验中最常用的验证手段;其次，空白对照组从作用上分析，可以充当条件对照组。通过比较空白对照组、缺氧对照组和实验组中的某个浓度下的药物A处理，可以更有效地判断该浓度药物的作用，使实验结论更有说服力。
有了课题2的设计经验，绝大多数同学能够结合对照实验和对比实验的思路，将实验分为缺氧对照组和实验组。通过对照实验确定药物A对细胞凋亡的作用，通过对比实验确定最佳给药浓度。而绝大多数同学会遗漏空白对照组，在点评中要引导学生思考空白对照组的作用，和学生一起分析，不同的组进行对照或对比可以得出什么样的结论，使得学生慢慢理清思路，逐步形成理性思维。
最后引导学生进一步总结对照实验和对比实验关系，即虽然对比实验从属于对照实验，但在课题研究中，二者并不是严格区分的，而是在保持单一变量原则的基础上，根据实验的需要合理地设计，有效地分组，增强实验结果的说服力。
三、结语
通过教材概念剖析和以上三个课题的方案设计，学生能够很好地区分对照实验和对比实验，而且实验设计锻炼了学生科学思维的形成，能够针对特定情境下的问题，运用教材中的理论知识，进行共同体内分工合作，在解决问题的同时锻炼了团队合作意识，有效地进行了科学探究。因此，课题设计是介于课堂理论学习和实验操作之间的一种有效的培养生物学核心素养的途径。
参考文献
[1]柳夕浪.从“素质”到“核心素养”——关于“培养什么樣的人”的进一步追问[J].教育科学研究，2014（3）：5-11.
[2]罗庆庆.浅谈高中生物对照实验[J].学周刊，2011（20）：172.
Improving Students' Biological Core Literacy Based on Subject Design：
Taking "Control Experiment and Contrast Experiment" as an Example
LI Na
（Rizhao No.1 Middle School， Rizhao， Shandong 276800， China）
Abstract：Rational thinking and scientific inquiry are two important aspects of biological core literacy， and cultivating core literacy is the direction of the new round of curriculum reform. In the teaching process， teachers guide students to design related subjects， focusing on their experimental grouping， and students can understand control experiments and contrast experiments deeply， which is good for the cultivation of students' rational thinking and scientific inquiry.
Key words：subject design; control experiments; contrast experiments; core literacy
转载注明来源:https://www.xzbu.com/9/view-15230144.htm
