高嫚 朱易辰 李進(jìn)華

摘 要：為落實生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展，以劍橋蘇大基因組資源中心為例，闡明運用高校實驗室資源開展教學(xué)活動的價值及可行性，將中心內(nèi)豐富的課程資源與高中生物學(xué)教學(xué)內(nèi)容相融合，創(chuàng)設(shè)情境，探討學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)策略。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；高中生物學(xué)；高校實驗室；課程資源

中圖分類號：G64 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1673-9132（2023）15-0006-03

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2023.15.002

著眼于學(xué)生適應(yīng)未來社會的發(fā)展及滿足個人終身發(fā)展的需求，培養(yǎng)核心素養(yǎng)的教育理念應(yīng)運而生［1］，基于此，各個學(xué)科凝練了本學(xué)科的核心素養(yǎng)，生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究及社會責(zé)任。要落實學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，教師就必須在教學(xué)中改變單一的授課方式和內(nèi)容，運用有效的資源盡可能活化生物學(xué)課堂［2］?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》在實施建議中也指出教師應(yīng)積極利用社會上的生物學(xué)課程資源，例如，本地的大專院校、科研部門等，都可以為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供幫助［3］。劍橋蘇大基因組資源中心是一個隸屬于蘇州大學(xué)的校級研究機(jī)構(gòu)。其中諸多元素與高中生物學(xué)課程內(nèi)容存在交集，適宜開展科普融合教學(xué)活動，故以該中心為例，探討如何運用高校實驗室資源來培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、學(xué)科核心素養(yǎng)下高校實驗室資源的運用價值

（一）激發(fā)學(xué)生對生物學(xué)的探究興趣

學(xué)生對生物學(xué)的濃厚學(xué)習(xí)興趣是有效培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)的前提，興趣不僅是一種積極的學(xué)習(xí)態(tài)度，也是學(xué)生主動學(xué)習(xí)、開展探究的催化劑。傳統(tǒng)生物學(xué)課堂教學(xué)方法及授課內(nèi)容相對局限、生硬，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高。運用高校實驗室資源開展科普融合教學(xué)活動可有效改善這種窘境，首先，高中學(xué)生對于高校是充滿向往和期待的，這種心境利于教學(xué)活動的展開；其次，在高校實驗室里，學(xué)生可了解到豐富的實驗內(nèi)容、前沿的生物學(xué)課題和與時俱進(jìn)的生物技術(shù)手段，獲得許多新鮮的感官刺激，既開闊視野又?jǐn)U大知識面，有利于調(diào)動學(xué)生的好奇心和積極性，對于激發(fā)學(xué)生的生物學(xué)探究興趣大有裨益。

（二）提高學(xué)生對知識的掌握效果

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生通過學(xué)科知識的學(xué)習(xí)而逐步發(fā)展起來的價值觀和能力。高中生物知識具有一定的深度和廣度，不僅涉及物質(zhì)的宏觀層面、生命的個體水平，還有諸如微觀層面的細(xì)胞水平、分子水平等，此外學(xué)生還需掌握相關(guān)實操的基本理論。教師僅依托教材及校內(nèi)資源不夠，需開發(fā)更多有價值的資源、開展更多樣的教學(xué)活動。高校實驗室資源豐富、場景多樣，蘊含大量的高中生物學(xué)課程資源，教師可運用這類資源創(chuàng)設(shè)情境，幫助學(xué)生增加感性認(rèn)識，增加動手操作的機(jī)會，拓展和強化教學(xué)內(nèi)容，從而使概念具體化，使操作直觀化，使教學(xué)生動化，提高學(xué)生對知識的掌握效果。

（三）落實學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

高中生物學(xué)課程高度重視學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的實踐經(jīng)歷，即“教學(xué)過程重實踐”［4］，強調(diào)學(xué)生在主動參與的過程中學(xué)習(xí)知識、解決問題、發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。高校實驗室相較于中學(xué)的實驗室具有儀器設(shè)備先進(jìn)、實驗設(shè)計多樣、環(huán)境條件優(yōu)越和師資力量強大等顯著優(yōu)勢，且高校實驗室的許多資源與高中生物學(xué)教材中的實踐內(nèi)容相吻合，能夠運用于開展生物學(xué)課堂教學(xué)實踐的條件十分充裕，是教師帶領(lǐng)學(xué)生參與觀察、調(diào)查、實驗和制作等活動的良好平臺。運用高校實驗室資源教師可依據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容及核心素養(yǎng)要求有效地開展實踐活動，鼓勵學(xué)生多觀察、多思考、多動手，促使學(xué)生在親身參與中達(dá)成學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、學(xué)科核心素養(yǎng)下高校實驗室資源運用的可行性

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010－2020年）》指出“要增強高等教育的社會服務(wù)能力，全方位開展服務(wù)；高校要承擔(dān)起開展科學(xué)普及工作的義務(wù)，積極推進(jìn)文化傳播，鼓勵高校師生開展志愿服務(wù)；推進(jìn)高等學(xué)校與社會團(tuán)體的資源共享，形成協(xié)調(diào)合作的有效機(jī)制［5］”。為中學(xué)教師將高校實驗室資源運用于開展教學(xué)活動提供了政策上的支撐。

近年來，許多高校也是在積極響應(yīng)以上改革，高校實驗室開放日、夏令營、科普宣傳周等活動的廣泛開展，在一定程度上打破了中學(xué)與高校之間的隔膜，高校科研機(jī)構(gòu)不再是遙不可及的存在，而是在課堂上、生活中就可了解到其中的模樣。例如，劍橋蘇大基因組資源中心會定期舉行實驗室開放日，科普進(jìn)社區(qū)等具有教育功能的服務(wù)性活動，旨在傳播科學(xué)知識，服務(wù)社會，服務(wù)他人，也為中學(xué)教師運用高校實驗室資源開展教學(xué)活動提供了多種渠道。

此外，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們進(jìn)入了“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，高校實驗室資源也搭上了時代的“順風(fēng)車”，許多高校實驗室正在加快建設(shè)實驗室開放信息網(wǎng)絡(luò)平臺，開展多層次的開放實驗活動，利用網(wǎng)站、官方微信和微博宣傳科研成果，這使得實驗室資源的開放不再受時間和空間的限制［6］，也為中學(xué)共享高校實驗室資源提供了技術(shù)上的保障。

三、學(xué)科核心素養(yǎng)下高校實驗室資源的運用策略

（一）以動物資源為核心，培養(yǎng)“生命觀念”

“生命觀念”作為生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的特色組成部分，主要體現(xiàn)在學(xué)生對生命本質(zhì)的理解，要求學(xué)生能夠?qū)ιF(xiàn)象及生命活動規(guī)律做出解釋，正確地認(rèn)識生命和對待生命，進(jìn)而樹立起正確的生命價值理念［7］。運用真實的、可感知的活細(xì)胞和活體實驗動物作為教學(xué)素材，可使學(xué)生更加直觀地感受到生命的存在。例如，在劍橋蘇大基因組資源中心，教師可利用實驗室資源開展以下教學(xué)活動：（1）組織學(xué)生在高倍顯微鏡下觀察小鼠精子與卵細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)及運動狀態(tài)，引導(dǎo)學(xué)生思考“精子和卵細(xì)胞同為生殖細(xì)胞為何在形態(tài)結(jié)構(gòu)與運動方式上有如此大的差異”等問題，鮮活游動著的精子和大小懸殊的精卵細(xì)胞比教材中的圖片在視覺上更有沖擊力，可激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，進(jìn)而積極思考問題、解答問題，形成結(jié)構(gòu)與功能觀；（2）教師可帶領(lǐng)學(xué)生觀察果蠅、斑馬魚和小鼠的受精卵及胚胎發(fā)育過程，并展示人類胚胎發(fā)育的視頻及三者與人類之間的基因同源性數(shù)據(jù)。啟發(fā)學(xué)生思考問題：“果蠅、斑馬魚和小鼠的受精卵與課堂上已經(jīng)學(xué)習(xí)的古細(xì)菌在細(xì)胞結(jié)構(gòu)上有哪些共同點？”“三者與人類之間的基因同源性說明了什么？”“人類的胚胎在發(fā)育早期會出現(xiàn)鰓裂和尾，這與魚的胚胎非常相似，又有何意義？”通過解答問題使學(xué)生從分子、細(xì)胞及胚胎學(xué)角度認(rèn)同生物有著共同起源這一觀點，體會生命的多樣性和統(tǒng)一性，形成進(jìn)化與適應(yīng)觀；（3）在學(xué)生體驗細(xì)胞培養(yǎng)實驗時，創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生思考“在動物體內(nèi)細(xì)胞能夠維持正常的生命活動，有些細(xì)胞還能不斷增殖所需要的條件有哪些？”從而分析出動物細(xì)胞體外培養(yǎng)的基本條件：溫度、PH、營養(yǎng)物質(zhì)等，并體會穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀。

（二）以生物學(xué)問題為指引，形成“科學(xué)思維”

“科學(xué)思維”是一種思維習(xí)慣，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)中能夠尊重生物學(xué)事實和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度，運用科學(xué)概念和科學(xué)的思維方法去認(rèn)識、判斷、解釋客觀事物，并對事物客觀發(fā)展變化作出預(yù)測，解決實際問題［8］。高校實驗室里有大量生物學(xué)相關(guān)現(xiàn)象及前沿問題，為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維營造了良好的情境。普通高中人教版（2019）教材《生物學(xué)選擇性必修3 ?生物技術(shù)與工程》中的內(nèi)容與學(xué)生們的日常生活相距較遠(yuǎn)，學(xué)生不易理解和掌握，但是在高校實驗室里學(xué)生會“身臨其境”于這些技術(shù)工程中，以第二章第三節(jié)《胚胎工程》第二課時為例，教師可借助實驗資源開展如下教學(xué)設(shè)計：（1）設(shè)疑導(dǎo)入。在科學(xué)研究中有時一項實驗的實施需要在短時間內(nèi)獲得大量的相同來源、年齡、基因型、飼養(yǎng)環(huán)境等的實驗動物，自然繁殖往往滿足不了實驗需求，這時候研究者應(yīng)怎么辦？（2）新課講授。引導(dǎo)學(xué)生帶著疑問學(xué)習(xí)，教師組織學(xué)生觀看技術(shù)人員進(jìn)行小鼠體外受精實驗的整套操作流程，學(xué)生通過小組合作討論概括出體外受精的過程，教師總結(jié)并提出問題“將其與前面學(xué)到的體內(nèi)受精的過程相比較有何異同”，學(xué)生對比分析做出解答。教師再引導(dǎo)學(xué)生觀看小鼠的胚胎移植相關(guān)操作，有條件的情況下可讓學(xué)生動手嘗試，組織學(xué)生結(jié)合教材自主完成“體外受精—胚胎移植”的概念模型。教師繼續(xù)提問：“若想進(jìn)一步提高胚胎的利用效率，還有哪些方法？”從而引出胚胎分割技術(shù)。（3）鞏固提升。教師請學(xué)生對新課開始前的問題進(jìn)行作答并提出可改進(jìn)的建議，安排學(xué)生在課下查閱資料，了解胚胎工程除了用于實驗動物的快速增值外還有哪些應(yīng)用。以上教學(xué)有利于提高學(xué)生的對比與分析、歸納與概括、模型建構(gòu)、批判性思維等方面的能力，形成基本的科學(xué)思維。

（三）以探究性活動為手段，強化“科學(xué)探究”

“科學(xué)探究”包含科學(xué)探究能力、對科學(xué)探究的認(rèn)知和相關(guān)情感意識三個方面，要求學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實世界中的生物學(xué)問題，并針對特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問、實驗設(shè)計、方案實施以及對結(jié)果的交流與討論，從中獲得科學(xué)探究的思路和方法，提高實踐能力［9］。高校實驗室本身就是開展科學(xué)研究的主要場所，其豐富的實驗資源有利于激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，產(chǎn)生主動探索的欲望，教師只需提供簡單的專業(yè)性引導(dǎo)。如：（1）學(xué)生參觀動物房時，看到籠架上飼養(yǎng)的實驗動物——小鼠，可能會心生疑惑：“為什么小鼠是生命科學(xué)及醫(yī)藥研究中使用最廣泛的實驗動物？”教師可以此作為主題開展探究性學(xué)習(xí)，要求學(xué)生以獨立或小組合作的方式完成，教師給出搜集信息過中需要注意的事項，組織學(xué)生分工合作，充分利用圖書館、互聯(lián)網(wǎng)等來進(jìn)行信息的搜集，學(xué)生通過信息搜集、資料整理、交流討論后得出自己的觀點，之后要求學(xué)生寫出報告并展示成果，小組代表進(jìn)行匯報，師生共同評價，有助于培養(yǎng)學(xué)生獲取科學(xué)信息、處理信息和歸納總結(jié)的能力。（2）分子實驗室的工作人員會根據(jù)不同的基因鑒定要求選擇不同的Taq酶進(jìn)行PCR，教師可組織學(xué)生開展探究式實驗進(jìn)行“不同品牌的Taq酶對PCR結(jié)果的影響”的研究，以期為科研人員提供一些有價值的數(shù)據(jù)。該探究可由學(xué)生自己制定實驗方案、設(shè)計實驗記錄表，并在教師的指導(dǎo)下有步驟地進(jìn)行實驗，再根據(jù)實驗結(jié)果分析交流，最后得出實驗結(jié)論。探究式實驗有利于學(xué)生了解科學(xué)探究的基本過程和方法，提高動手操作的實踐能力和團(tuán)隊合作意識。

（四）以實驗室情境為依托，提升“社會責(zé)任”

“社會責(zé)任”是指基于生物學(xué)的認(rèn)識，參與個人與社會事務(wù)的討論，作出理性解釋和判斷，解決生產(chǎn)生活問題的擔(dān)當(dāng)和能力。學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)并不是孤立存在的，而是在知識的學(xué)習(xí)過程中同步進(jìn)行。在劍橋蘇大基因組資源中心，教師在講解基因敲除小鼠模型制作原理時，可結(jié)合“基因編輯嬰兒”等社會熱點話題讓學(xué)生展開討論，在思維的碰撞中形成正確的倫理觀念和科學(xué)道德。學(xué)生在開展探究式實驗時，教師要注意引導(dǎo)學(xué)生規(guī)范實驗操作，遵守實驗室相關(guān)規(guī)則，嚴(yán)格按照要求處理實驗中產(chǎn)生的廢棄物，了解實驗廢棄物處理不當(dāng)對人類和環(huán)境的危害，使學(xué)生在親身實踐中形成良好的環(huán)境保護(hù)意識。學(xué)生在實驗的過程中還會體驗到科學(xué)研究的過程是在不斷重復(fù)和解決新問題中曲折前行，從而鍛煉學(xué)生解決實際問題的能力，培養(yǎng)挫折意識。在劍橋蘇大基因組資源中心有著大量的實驗動物，它們?yōu)槿祟惖纳锱c醫(yī)藥行業(yè)發(fā)展做出了很大貢獻(xiàn)，教師可以此為情境，培養(yǎng)學(xué)生保護(hù)動物、敬畏生命的價值觀，擁有動物福利的理念［10］，并教育學(xué)生面對生命要永遠(yuǎn)懷有仁愛之心。學(xué)生在實驗室參觀學(xué)習(xí)的過程中，還會看到許多嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲泄ぷ髡咦巫尾痪氲毓ぷ鳎麄兊膶Ｗ?、勤奮與一絲不茍也會在潛移默化中影響著學(xué)生，并埋下“投身科研，知識報國”的種子，這顆種子會在某一天生根發(fā)芽。

綜上所述，高校實驗室作為集科學(xué)研究和培養(yǎng)人才為一體的教育機(jī)構(gòu)，為拓展生物學(xué)課程資源、活化高中生物學(xué)教學(xué)提供了極大的便利。高校實驗室資源的運用使學(xué)生在真情境中學(xué)習(xí)知識、在真實驗中開展探究、在真體驗中發(fā)散思維，落實了學(xué)生在教學(xué)中的主體地位，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

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