作者簡介：宋銀（1976～），男，漢族，安徽六安人，合肥一中，研究方向：高中生物教學(xué)。

摘 要：高中生物教學(xué)之中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是其重要的組成部分，尤其是研究型實(shí)驗(yàn)的開展，對提升學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力具有重要意義。因此，教師在開展生物課堂教學(xué)活動(dòng)時(shí)，要根據(jù)學(xué)校發(fā)展實(shí)際，結(jié)合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)，有針對性地開展綜合性與連貫性較強(qiáng)的研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，全面提升課堂教學(xué)質(zhì)量。當(dāng)前，我們正處于互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)代，通過將互聯(lián)網(wǎng)引入課堂教學(xué)，不僅可以有效緩解課堂教學(xué)時(shí)長不足的問題，使得學(xué)生可以全方位地感受實(shí)驗(yàn)過程，還有助于全面培養(yǎng)學(xué)生生物核心素養(yǎng)，有效提升生物教學(xué)質(zhì)量。基于此，文章以基因工程實(shí)驗(yàn)為例，探究高中生物教學(xué)中研究型實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐效果及完善。

關(guān)鍵詞：研究型實(shí)驗(yàn)；高中生物；基因工程；生物教學(xué)

中圖分類號：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-8918（2023）08-0126-04

一、 引言

根據(jù)生物學(xué)教學(xué)特點(diǎn)，生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)大致可以劃分為觀察性、驗(yàn)證性、研究型、設(shè)計(jì)和制作等實(shí)驗(yàn)類型。其中，研究型實(shí)驗(yàn)指向的是對探究對象的未知屬性、特征、其他因素關(guān)系所開展的實(shí)驗(yàn)，其主要特征是，當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，對研究對象并不明確或者并沒有完全了解的情況之下，借助實(shí)驗(yàn)的方式，進(jìn)行研究活動(dòng)并獲得最終結(jié)論。在研究型實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，要求學(xué)生要像科學(xué)家一樣，完成“提問—設(shè)想—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—實(shí)施實(shí)驗(yàn)—獲得結(jié)論—表達(dá)交流”的過程，從而完成生物實(shí)驗(yàn)的獲取，并能夠在過程中，使用科學(xué)的方法、技能，形成科學(xué)的思維方式，最終形成科學(xué)觀點(diǎn)與科學(xué)精神。依據(jù)研究型實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，學(xué)生在這一活動(dòng)中，將培養(yǎng)學(xué)生各項(xiàng)技能，使得學(xué)生具備科學(xué)思維，形成良好的實(shí)驗(yàn)研究能力。

二、 研究型實(shí)驗(yàn)在高中生物教學(xué)中的實(shí)施背景

在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中，明確提出：生物學(xué)課程要求學(xué)生要主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)過程之中，在親歷問題提出、信息獲取、尋找依據(jù)、檢驗(yàn)設(shè)想與發(fā)現(xiàn)規(guī)律等學(xué)習(xí)活動(dòng)后，完成生物知識的獲取，最終形成理性思維的習(xí)慣，并在過程中，養(yǎng)成積極的科學(xué)態(tài)度，成為具備終身學(xué)習(xí)與創(chuàng)新實(shí)踐能力的新時(shí)期人才?；谝陨险n程標(biāo)準(zhǔn)，生物教學(xué)的最終目的，在于借助研究型實(shí)驗(yàn)的開展，在提升學(xué)生對生物知識運(yùn)用能力、合作探究能力的同時(shí)，全面培養(yǎng)學(xué)生的生物核心素養(yǎng)。研究型實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式相區(qū)別的是學(xué)生在這種新模式下的課堂教學(xué)中不僅能夠收獲課堂知識，還能激發(fā)學(xué)生探究興趣和學(xué)習(xí)積極性，使其實(shí)踐創(chuàng)新意識和能力得以有效提升，進(jìn)而成為新課程標(biāo)準(zhǔn)下培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的重要載體和有效路徑。

對于高中生而言，基因工程類的知識相對較為困難，這是因?yàn)榛蚬こ滔嚓P(guān)理論知識與研究對象前沿性與實(shí)踐性較強(qiáng)，相對較為抽象。此外，高中生物課程中有關(guān)于基因工程類的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，操作極為煩瑣，耗費(fèi)時(shí)長高于其他實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而高中生在做實(shí)驗(yàn)過程中，整體的成功率也是偏低的，這就導(dǎo)致基因工程類實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目內(nèi)容較為分散，且不具備較好的連貫性。此外，高中生面臨較大的學(xué)習(xí)壓力，在時(shí)間分配上有一定的困難，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生并沒有選擇前期實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的機(jī)會(huì)，很難理解實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容及最終的目的。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，往往缺乏較好的實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，勢必影響對學(xué)生問題思考及解決問題能力的培養(yǎng)。面對這種發(fā)展現(xiàn)狀，需要教師在高中生物教學(xué)中善于建立并運(yùn)用實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，對傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式進(jìn)行一定程度的優(yōu)化，讓學(xué)生在動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)探究的過程中更好地掌握知識，以此來提升基因工程類研究型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量，推動(dòng)學(xué)生生物核心素養(yǎng)的形成。

三、 研究型實(shí)驗(yàn)在高中生物教學(xué)中的作用

（一）激發(fā)學(xué)生興趣，提升學(xué)生積極性

大多數(shù)的生物研究型實(shí)驗(yàn)都與人們的日常生活密切相關(guān)，在創(chuàng)造與學(xué)生生活有關(guān)的教學(xué)環(huán)境中，可以極大地激發(fā)學(xué)生對生物學(xué)和探究的興趣，使其能夠更好地了解自己的研究對象，從而使其產(chǎn)生求知欲。當(dāng)學(xué)生的探究興趣被激發(fā)時(shí)，他們會(huì)積極地投入探索的活動(dòng)中，在收集整理材料、制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、總結(jié)等方面，以達(dá)到探索的愉悅和成就感。由于學(xué)生是教學(xué)的主體，是以團(tuán)隊(duì)為單位進(jìn)行競爭和協(xié)作的，而且由于實(shí)驗(yàn)方案的不同而產(chǎn)生的效果也不盡相同，所以在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生參與生物研究型實(shí)驗(yàn)的積極性與主動(dòng)性更強(qiáng)。

（二）培養(yǎng)學(xué)生生物研究實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>

在研究型實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生會(huì)根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，挑選實(shí)驗(yàn)工具、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，但由于?shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)工具的選用不恰當(dāng)，實(shí)驗(yàn)的效果往往不理想，這并不意味著實(shí)驗(yàn)的失敗，相反，學(xué)生會(huì)反思實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程，尋找問題，給出相應(yīng)的解決辦法，從而改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。科學(xué)不可能一蹴而就，那些偉大的科學(xué)家也不可能一步登天，他們都是經(jīng)過了無數(shù)次的失敗，所以在不斷的總結(jié)和分析中，他們的生物探索能力肯定會(huì)有所提升。同時(shí)，在探究的過程中，學(xué)生也會(huì)發(fā)現(xiàn)，不管是在開始的時(shí)候，還是在進(jìn)行探索的過程中，或者在探索的最后，都會(huì)從問題中尋找答案，這與科學(xué)探究的基本步驟相一致。

（三）開拓學(xué)生思維能力

學(xué)生的想象力很強(qiáng)，但前提是教師不能拘泥學(xué)生思維，不然就如同鳥兒折翼，再怎么努力也不可能飛得更高。通過設(shè)計(jì)有效的實(shí)驗(yàn)方案并實(shí)施解決問題，引導(dǎo)學(xué)生積極參與思考，增強(qiáng)學(xué)生思維活躍性，進(jìn)而有效培養(yǎng)和提升學(xué)生的思維定量分析能力。在平時(shí)的生物學(xué)教學(xué)中，聰明的學(xué)生都會(huì)通過思考，不斷地總結(jié)出符合這個(gè)理論的探索法則，來解決新的問題，這有助于轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的機(jī)械式學(xué)習(xí)活動(dòng)。通過積極的思考與研究，可以使學(xué)生能夠在問題中不斷地發(fā)揮自身的創(chuàng)造力，從而獲得新的知識。

四、 開發(fā)綜合性、連貫性強(qiáng)的研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

研究型實(shí)驗(yàn)的開展，需要學(xué)生經(jīng)歷多個(gè)步驟來完成，而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，其主導(dǎo)者是教師，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生始終處于被動(dòng)地位，難以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。一般來說，研究型實(shí)驗(yàn)的過程首先由學(xué)生提出問題，學(xué)生在問題探究解決的過程中掌握課堂知識。然而在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，問題的提出則是教師依據(jù)課程教學(xué)進(jìn)度，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容分配給學(xué)生。在這一教學(xué)環(huán)節(jié)之前，教師要將實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、操作步驟給學(xué)生進(jìn)行演練講解，尤其是要特別強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)，學(xué)生在此基礎(chǔ)上完成相應(yīng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

為了解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ街兴嬖诘木窒扌?，教師需要對教材中的教學(xué)內(nèi)容展開整合，可以將傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)，微生物培養(yǎng)、分離與計(jì)數(shù)、種群數(shù)量變化、DNA提取以及PCR擴(kuò)增、分子鑒定等相關(guān)內(nèi)容，進(jìn)行融入，串聯(lián)起生物學(xué)教材中的內(nèi)容，開發(fā)出綜合性與連貫性強(qiáng)的研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在正式開始實(shí)驗(yàn)之前，教師可以以流程圖的形式向?qū)W生展示實(shí)驗(yàn)過程，幫助學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的各個(gè)環(huán)節(jié)，進(jìn)而對每個(gè)實(shí)驗(yàn)預(yù)期獲得的結(jié)果有初步認(rèn)知。依據(jù)這一過程所涉及的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，是具有聯(lián)系性的，上一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是下一個(gè)實(shí)驗(yàn)的材料，學(xué)生在觀察完實(shí)驗(yàn)流程圖之后，對于實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c意義將有一個(gè)新的認(rèn)識，也會(huì)整合自身所學(xué)知識，探究如何獲取預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這有助于增強(qiáng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性，充分發(fā)揮學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的主觀能動(dòng)性。

圖1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程圖

圖1所示的流程圖就是整個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的完整涉及，學(xué)生在觀察流程圖之后，即使尚未參與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，但是對于整個(gè)實(shí)驗(yàn)各環(huán)節(jié)的原理與聯(lián)系有一個(gè)明確的認(rèn)識。通過實(shí)驗(yàn)流程圖的展示，學(xué)生能夠在充分了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡幕A(chǔ)上有效完成實(shí)驗(yàn)問題探究，進(jìn)而有效調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)探究的積極性與主動(dòng)性。學(xué)生通過對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)操作等各環(huán)節(jié)的深入思考，發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。學(xué)生也將在實(shí)驗(yàn)過程中掌握實(shí)驗(yàn)的基本能力與實(shí)踐動(dòng)手能力，逐步形成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木瘢兄谔嵘龑W(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

五、 采用互聯(lián)網(wǎng)+實(shí)驗(yàn)教學(xué)的授課模式解決課時(shí)不足的問題

對于高中生而言，其面臨的學(xué)習(xí)壓力是巨大的，因此每門課程所能分配的課時(shí)都是有限的。由于時(shí)長限制，就意味著耗時(shí)較長的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)很難開展，如前面所述的研究項(xiàng)目就很難在某一教學(xué)階段完成，這要求教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容合理安排教學(xué)時(shí)間，定期按照教學(xué)任務(wù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)子項(xiàng)目的實(shí)施。因此，選擇這一項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，可向?qū)W校申請以“長短課”結(jié)合的方式，在校本課程中完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教師可根據(jù)學(xué)生的時(shí)間，展開恰當(dāng)?shù)氖谡n安排。以上述實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為例，其具體授課模式如下所示：

（一）理論知識教學(xué)

按照實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)度，教師在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，需要向?qū)W生講解相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)實(shí)施之前能夠了解并掌握相應(yīng)的理論知識。理論教學(xué)對于研究型的基因工程實(shí)驗(yàn)來說，是必須的，通過理論知識的學(xué)習(xí)，可以引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前自主完成思考，并提出實(shí)驗(yàn)探究問題，這在一定程度上體現(xiàn)了理論知識與實(shí)踐探究相結(jié)合的發(fā)展理念。當(dāng)教師在開展《生物課程選修一》中的傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)、微生物的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)、基因工程的基本操作程序、DNA的粗提取與鑒定、PCＲ、瓊脂糖電泳等理論知識教學(xué)時(shí)，要結(jié)合學(xué)生實(shí)驗(yàn)所需，根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具體內(nèi)容選擇探究性教學(xué)模式，讓學(xué)生在參與實(shí)驗(yàn)流程圖設(shè)計(jì)的過程中，使學(xué)生能夠?qū)⒆陨硭莆盏睦碚撝R與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相結(jié)合。

（二）實(shí)驗(yàn)技能培訓(xùn)

為充分保證研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的順利開展，教師在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目正式實(shí)施前，首先讓學(xué)生掌握簡單基本的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，掌握微生物培養(yǎng)技術(shù)，了解并掌握培養(yǎng)基的配置、接種與培養(yǎng)，使用分光光度計(jì)提取DNA、PCR等基本實(shí)驗(yàn)操作。學(xué)生通過掌握上述基本技術(shù)與技能，能夠最大限度減少實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施過程中的失誤概率，避免最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想。

（三）應(yīng)用“互聯(lián)網(wǎng)+”，優(yōu)化教學(xué)手段

借用信息技術(shù)可以為師生的教學(xué)帶來豐富的資源與便捷的路徑，為了有效解決高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中課時(shí)不足的問題，可通過如下措施來提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量：

嘗試使用微課的方式，對關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行錄制，如試劑配制、培養(yǎng)基的配制、分光光度計(jì)的使用、血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)、DNA基因組提取、PCR擴(kuò)增及電泳實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容。教師在實(shí)驗(yàn)前，將相對應(yīng)的微課發(fā)送給學(xué)生，學(xué)生根據(jù)微課內(nèi)容，自主完成知識及操作的學(xué)習(xí)與探索。與此同時(shí)，微課形式的應(yīng)用，還能夠方便學(xué)生實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)。如學(xué)生可以利用課余時(shí)間對相關(guān)教學(xué)視頻進(jìn)行反復(fù)觀看，便于掌握和鞏固課堂知識，進(jìn)而在增強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)操作流程印象的基礎(chǔ)上提升自身實(shí)驗(yàn)技能。

結(jié)果表明，通過互聯(lián)網(wǎng)+實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，可以借用豐富的線上資源與途徑使學(xué)生盡可能掌握相關(guān)的實(shí)驗(yàn)原理與操作技能，充分發(fā)揮出實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值，進(jìn)一步提升學(xué)生的動(dòng)手能力、合作學(xué)習(xí)能力及解決問題的能力。除此之外，借助長短課結(jié)合的方式，還能夠有效解決高中生物研究性實(shí)驗(yàn)中課時(shí)不足的問題，有效提升教學(xué)效果。

六、 基因工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)的不足及完善

在高中生物課程之中，研究型實(shí)驗(yàn)的開始時(shí)間相對較短，因此在課程設(shè)置與實(shí)驗(yàn)設(shè)置上，仍處于起步階段，經(jīng)驗(yàn)也相對不足，在實(shí)踐過程中存在諸多問題?，F(xiàn)存的主要問題集中在師生角色上，在課程設(shè)計(jì)上，教師始終占據(jù)著主導(dǎo)地位，學(xué)生的參與機(jī)會(huì)不足。在現(xiàn)階段的實(shí)驗(yàn)課程中，往往是教師制定出實(shí)驗(yàn)方案，而學(xué)生的參與比較少，之所以如此，是因?yàn)楦咧猩闹R與能力情況不足所決定的，但是在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中，教師也可以嘗試將部分實(shí)驗(yàn)方案分配給學(xué)生，增強(qiáng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識與理解。此外，盡管學(xué)生在課堂前期能夠完成對整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程的設(shè)計(jì)，但對于理論知識相對比較薄弱的學(xué)生而言，由于理論知識的匱乏，使其在后續(xù)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，可能會(huì)出現(xiàn)無法準(zhǔn)確理解和認(rèn)識實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡那闆r，更為嚴(yán)重的是部分學(xué)生會(huì)出現(xiàn)為了實(shí)驗(yàn)而做實(shí)驗(yàn)。教師在教學(xué)中，為學(xué)生錄制了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)微課，但是基因工程的相關(guān)實(shí)驗(yàn)存在取樣操作嚴(yán)格、試劑需要量少、各組分加入量要精確等特點(diǎn)，而學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能欠缺，導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成功率較低。

因此，為了解決這一問題，教師需要增強(qiáng)對學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能的培訓(xùn)，如移液器的正確使用方法、實(shí)驗(yàn)試劑的配制及實(shí)驗(yàn)材料的高溫滅菌、試劑的正確加入方法和順序等內(nèi)容。

七、 結(jié)語

在現(xiàn)代生命科學(xué)飛速發(fā)展的今天，越來越多的前沿技術(shù)運(yùn)用到高中生物教學(xué)過程中，基因工程作為其中重要組成部分，不僅能夠使學(xué)生技能達(dá)到教學(xué)要求，還能夠讓學(xué)生在教師實(shí)施的具有針對性的綜合型與研究型的實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)揮主觀能動(dòng)性，使學(xué)生能夠獨(dú)立地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而使其能夠更好地理解微生物實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)、基因工程實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想和操作流程。通過開展研究型實(shí)驗(yàn)，可以幫助學(xué)生了解理論知識，激發(fā)學(xué)生的思維，鍛煉學(xué)生的獨(dú)立思維能力，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

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