引言

核心素养是学生在接受相应学段的教育过程中，逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。生物学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。高中生物实验教学是培养学生核心素养的重要途径，通过实验教学，学生可以亲身体验科学探究的过程，培养科学思维和实验技能，增强对生命观念的理解，提高社会责任意识。全面加强高中生物探究性实验教学，是推进落实高中生物核心素养的根本要求，也是当前高中生物教学适应新课程改革的重要举措^[1]。

一、基于核心素养的高中生物实验教学设计原则

1.科学性原则

实验设计的科学性是确保实验结果准确可靠的基础。在设计实验时，教师必须深入理解相关的科学原理和方法，以科学的理论为指导。选择合适的实验材料至关重要，因为材料的性质和特点会直接影响实验结果的准确性。例如，在进行光合作用实验时，选择具有代表性的植物叶片作为实验材料，能够更准确地反映光合作用的过程和特点。同时，仪器设备的精准度和稳定性也对实验结果有着重要影响，因此需要确保所使用的仪器设备经过校准和验证。此外，制定合理的实验步骤和操作方法是保证实验科学性的关键，每一个步骤都应该经过精心设计和严格验证，以避免实验误差的产生。在实验过程中，教师要引导学生树立严谨的科学态度，尊重实验事实，不随意篡改数据，培养学生追求真理的科学精神。

2.探究性原则

2017年下发的《普通高中生物课程标准》中明确要求,不仅要在生物学习中使学生树立正确的价值观,还要培养和锻炼学生的科学思维以及科学探究能力^[2]。生物实验教学的核心目标之一是培养学生的科学探究能力。具有探究性的实验设计能够激发学生的好奇心和求知欲，促使他们主动参与到实验过程中。教师应创设问题情境，引导学生提出有价值的问题，并鼓励他们根据已有的知识和经验作出合理的假设。例如，在探究酶的活性实验中，教师可以提出问题：“酶的活性受哪些因素影响？”学生通过思考和讨论，可能会提出温度、pH 值等因素的假设。接下来，学生需要设计实验方案来验证这些假设，包括选择合适的实验材料、设定实验组和对照组、确定实验步骤和操作方法等。在进行实验操作时，学生要认真观察实验现象，及时记录数据，并对数据进行分析和解释。通过这样的探究过程，学生不仅能够提高自己的科学探究能力，还能培养创新意识和实践能力。

3.综合性原则

生物学科核心素养是一个相互关联的整体，实验教学设计应注重综合培养学生的各方面素养。将实验教学与理论教学紧密结合，能够帮助学生更好地理解和应用所学的知识。例如，在进行细胞呼吸实验时，学生可以通过实验操作直观地感受细胞呼吸的过程，同时结合理论知识深入理解细胞呼吸的原理和意义。此外，培养学生的跨学科思维也是综合性原则的重要体现。生物学科与化学、物理等学科密切相关，教师可以引导学生运用跨学科的知识和方法来解决实验中遇到的问题，提高学生的综合解决问题的能力。

4.情境性原则

真实的情境能够让学生更好地感受到生物科学的实际应用价值，增强学习的兴趣和动力。教师可以通过引入生活中的实际问题、科学研究案例或社会热点话题等方式来创设情境。例如，在进行食品安全检测实验时，教师可以以近期发生的食品安全事件为背景，引导学生思考如何运用生物实验技术来检测食品中的有害物质。在这样的情境中，学生能够更深刻地理解实验的目的和意义，提高实验操作的积极性和主动性。同时，情境性教学还能够培养学生的社会责任感，让他们意识到生物科学在解决实际问题中的重要作用。

5.开放性原则

开放性的实验设计能够给予学生更多的自主发挥空间，培养他们的创造力和想象力。教师应鼓励学生自主设计实验方案，包括选择实验题目、确定实验方法和步骤、选择实验材料等。在这个过程中，学生需要充分发挥自己的思维能力和创新能力，提出独特的实验思路。同时，教师也要引导学生学会评价和反思自己的实验方案，通过与同学和教师的交流讨论，不断改进和完善实验设计。这种开放性的教学方式能够激发学生的学习兴趣，提高他们的学习积极性和主动性。

6.安全性原则

实验教学中的安全问题至关重要，必须始终放在首位。教师在设计实验时，要充分考虑实验中可能存在的安全隐患，采取有效的预防措施。选择安全可靠的实验材料和仪器设备是确保实验安全的基础，同时要对实验环境进行评估，确保实验场所符合安全要求。在实验前，教师要对学生进行全面的安全教育，让学生了解实验中的安全注意事项，如正确使用仪器设备、遵守实验操作规程、处理实验废弃物等。在实验过程中，教师要加强巡视和指导，及时发现和纠正学生的不安全行为，确保实验过程的安全顺利。

7.可行性原则

实验教学设计要充分考虑实际教学条件和学生的实际水平，确保实验能够切实可行地开展。教师应选择易于获取的实验材料，避免使用过于昂贵或稀缺的材料，以降低实验成本。实验步骤和操作方法应简单明了，易于学生理解和掌握，避免过于复杂的操作过程。同时，要根据学生的知识水平和能力水平，合理安排实验内容和难度，使实验既具有一定的挑战性，又能够让学生在实验中获得成就感。此外，教师还应考虑实验所需的时间和资源，确保实验能够在规定的教学时间内完成。

8.趣味性原则

有趣的实验能够吸引学生的注意力，激发他们的学习兴趣。教师可以通过设计有趣的实验现象来增加实验的趣味性，例如在进行细胞结构观察实验时，使用彩色染料来染色细胞，使学生能够更清晰地观察到细胞的结构。此外，引入生动的实验故事或科学趣闻也能够让学生在轻松愉快的氛围中学习生物知识。在实验过程中，教师要鼓励学生积极参与，让他们亲身体验实验的乐趣，从而提高学习的积极性和主动性。

二、基于核心素养的高中生物实验教学设计策略

实验既是作为高中生物学科教学的基本形式,也是对学生进行综合能力培养的最佳载体,教师可以通过优化实验教学来实现学生核心素养培养的最终目标。教师应采取恰当的教学策略,将学生核心素养培养贯穿于高中生物实验教学中^[3]。

1.整合教学内容，突出核心概念

在高中生物实验教学设计中，应紧密围绕核心概念进行内容整合。核心概念是生物学科知识的主干，它不仅涵盖了重要的生物学事实，还体现了生物学科的基本思想和方法。通过围绕核心概念设计实验教学，学生能够在实验中深入理解核心概念的内涵和外延，从而形成系统的生命观念。例如，在“细胞的结构与功能”这一主题中，可以将细胞膜的通透性、细胞器的功能等相关实验进行整合。通过设计一系列实验，让学生观察细胞膜对不同物质的通透性，以及细胞器在细胞代谢中的作用，从而深入理解细胞是一个有机的整体，各部分结构相互协作，共同维持细胞的正常生命活动。

    2.创设问题情境，引导科学探究

问题情境是激发学生探究兴趣的重要因素。在实验教学中，教师应创设真实、生动的问题情境，引导学生主动提出问题、作出假设，并设计实验进行探究。通过这种方式，学生能够体验科学探究的全过程，培养科学思维和科学探究能力。例如，在“探究酶的活性”实验中，可以创设这样的问题情境：“加酶洗衣粉在什么温度下洗涤效果最好？”学生在这个问题的引导下，会主动提出假设，如“酶的活性在一定温度范围内随温度升高而增强”等。然后，学生设计实验来验证自己的假设，通过对实验结果的分析，得出结论。在这个过程中，学生不仅掌握了酶的特性，还培养了科学探究的能力。

    3.组织合作学习，培养团队精神

合作学习是培养学生团队精神和合作能力的有效途径。在生物实验教学中，教师可以组织学生进行小组合作学习，让学生共同完成实验任务。在合作学习过程中，学生可以相互交流、相互启发，共同解决实验中遇到的问题。例如，在“制作生态瓶”实验中，可以将学生分成小组，每个小组共同设计和制作一个生态瓶。在这个过程中，学生需要分工合作，有的负责收集材料，有的负责设计生态系统，有的负责观察和记录实验数据。通过小组合作，学生能够培养团队精神，提高合作能力。

4.开展实验评价，促进学生发展

实验评价是实验教学的重要环节，它不仅可以检验学生的学习成果，还可以促进学生的发展。在实验评价中，应注重评价学生的实验过程和方法，以及学生在实验中表现出的科学态度和创新精神。例如，可以采用多元化的评价方式，包括教师评价、学生自评和互评等。教师评价可以关注学生的实验操作技能、实验结果的准确性等；学生自评和互评可以让学生反思自己在实验中的表现，发现自己的优点和不足，同时也可以学习他人的经验。此外，还可以鼓励学生在实验中提出新的想法和改进建议，培养学生的创新精神。

5.联系生活实际，增强实践能力

实验教学是高中生物教学的重要构成部分，搞好高中生物实验教学，对于培养学生的科学思维和实践操作能力有着积极意义^[4]。生物学科与生活实际密切相关，在实验教学设计中，应注重联系生活实际，让学生在实验中解决实际问题，增强实践能力。例如，在“探究植物细胞的吸水和失水”实验中，可以引导学生思考如何利用植物细胞的吸水和失水原理来腌制咸菜、保存水果等。通过这种方式，学生能够将所学知识应用到实际生活中，提高解决实际问题的能力。

6.利用信息技术，拓展实验资源

信息技术的发展为生物实验教学提供了丰富的资源和便利的条件。教师可以利用多媒体、虚拟实验等信息技术手段，拓展实验教学的内容和形式，提高实验教学的效果。

例如，通过播放实验视频、展示虚拟实验等方式，让学生更加直观地了解实验过程和结果；利用在线实验平台，让学生进行虚拟实验操作，提高学生的实验技能。

三、基于核心素养的高中生物实验教学实践

（一）实验教学案例

以“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验为例，介绍基于核心素养的实验教学设计与实践。

1. 教学目标

（1）知识目标：说明酵母菌细胞呼吸的方式；理解细胞呼吸的本质。

（2）能力目标：设计实验探究酵母菌细胞呼吸的方式；学会控制实验条件，观察和检测实验现象。

（3）情感态度与价值观目标：认同科学探究需要严谨的态度和创新的精神；关注细胞呼吸与生产生活的联系。

2. 教学过程

（1）创设情境，导入新课

展示面包、葡萄酒等食品，提出问题：这些食品与酵母菌有什么关系？酵母菌在发酵过程中是如何进行呼吸的？

（2）提出问题，作出假设

学生提出问题：酵母菌细胞呼吸的方式有哪些？有氧呼吸和无氧呼吸的产物是什么？教师引导学生作出假设：酵母菌既能进行有氧呼吸，也能进行无氧呼吸。

（3）设计实验，进行实验

学生分组设计实验方案，教师指导学生进行实验操作。实验过程中，学生观察实验现象，记录实验数据。

（4）分析结果，得出结论

学生分析实验结果，得出结论：酵母菌既能进行有氧呼吸，也能进行无氧呼吸。

（5）拓展延伸，联系实际

教师引导学生思考：细胞呼吸与生产生活有什么联系？如何利用细胞呼吸的原理来提高农作物的产量？ 

（二）实践效果分析

通过对学生的实验技能、科学思维、合作能力等方面进行评价，发现学生在实验教学中取得了较好的学习效果。学生的实验技能得到了提高，能够熟练掌握实验操作方法；科学思维得到了发展，能够提出问题、作出假设、设计实验、分析结果；合作能力得到了增强，能够与小组成员共同完成实验任务。

结语

本研究通过基于核心素养的高中生物实验教学设计与实践，取得了较好的教学效果。在今后的教学中，应进一步加强实验教学，不断优化教学设计，提高实验教学质量，为培养学生的核心素养做出更大的贡献。同时，应加强与其他学科的融合，开展跨学科实验教学，培养学生的综合素养。此外，还应关注实验教学的评价，建立科学的评价体系，促进学生的全面发展。

参考文献

[1] 周丽云.核心素养视域下高中生物探究性实验教学设计策略研究[J],教学管理与教育研究. 2022 (21):92-94.

[2] 何建中.浅谈高中生物教学的探究性实验[J],学周刊.2020(33):125-126.

[3] 郭伟.高中生物实验教学中学生核心素养培养策略[J],科普童话.2020(11):5.

[4]邹云.例谈高中生物实验教学创新[J],新课程研究.2023(17):114-116.