中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)范例集引言：實(shí)驗(yàn)教學(xué)與核心素養(yǎng)的雙向賦能中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)是落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要載體?！读x務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》強(qiáng)調(diào)“探究與實(shí)踐”的課程內(nèi)容要求，高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)也明確提出通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維與探究能力。優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)需兼顧科學(xué)性、趣味性與教育性，既還原生物學(xué)研究的真實(shí)過程，又貼合中學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)。本范例集精選典型實(shí)驗(yàn)，從設(shè)計(jì)理念、操作流程到教學(xué)延伸進(jìn)行系統(tǒng)呈現(xiàn)，為一線教師提供可借鑒、可創(chuàng)新的實(shí)踐模板。一、觀察類實(shí)驗(yàn)：顯微鏡下的細(xì)胞世界——植物細(xì)胞與動(dòng)物細(xì)胞的觀察與比較（一）設(shè)計(jì)理念以“結(jié)構(gòu)與功能觀”為生命觀念核心，通過對(duì)比觀察植物（洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮）與動(dòng)物（人口腔上皮）細(xì)胞，建構(gòu)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的共性與差異性認(rèn)知；借助顯微鏡操作訓(xùn)練，發(fā)展科學(xué)探究的“方案實(shí)施”與“結(jié)果分析”能力；通過“為什么植物細(xì)胞有細(xì)胞壁而動(dòng)物細(xì)胞沒有”的追問，滲透科學(xué)思維的批判性與創(chuàng)新性。（二）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：準(zhǔn)確描述動(dòng)植物細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)，說出二者結(jié)構(gòu)差異及功能意義。能力目標(biāo)：獨(dú)立完成顯微鏡的規(guī)范操作（對(duì)光、調(diào)焦、裝片制作），繪制細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡圖并標(biāo)注關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。素養(yǎng)目標(biāo)：基于觀察結(jié)果提出合理推測（如細(xì)胞壁對(duì)植物形態(tài)的支撐作用），初步形成“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的生命觀念。（三）實(shí)驗(yàn)材料與用具植物材料：洋蔥鱗片葉（新鮮）、菠菜葉下表皮（可選作葉綠體觀察補(bǔ)充）動(dòng)物材料：消毒牙簽、0.9%生理鹽水、稀碘液（或亞甲基藍(lán)溶液）儀器：光學(xué)顯微鏡（每組一臺(tái)）、載玻片、蓋玻片、鑷子、吸水紙、紗布（四）實(shí)驗(yàn)步驟1.前置準(zhǔn)備：教師提前演示“臨時(shí)裝片制作的七字訣（擦→滴→撕/刮→展/涂→蓋→染→吸）”，重點(diǎn)講解“蓋蓋玻片”的防氣泡技巧（一側(cè)先接觸液滴，緩緩放下）。2.分組操作：植物細(xì)胞組：滴清水→撕取洋蔥內(nèi)表皮→展平→蓋片→滴碘液染色→吸水觀察（先低倍鏡找到清晰視野，再轉(zhuǎn)高倍鏡觀察細(xì)胞核、液泡等）。動(dòng)物細(xì)胞組：滴生理鹽水→刮取口腔上皮→涂抹均勻→蓋片→滴亞甲基藍(lán)染色→吸水觀察（對(duì)比植物細(xì)胞，尋找細(xì)胞膜、細(xì)胞核，思考“生理鹽水的作用”）。3.對(duì)比討論：小組內(nèi)對(duì)比兩幅細(xì)胞圖像，填寫“結(jié)構(gòu)對(duì)比表”，并討論“細(xì)胞壁的存在對(duì)植物生活有哪些優(yōu)勢？動(dòng)物細(xì)胞為何不需要？”（五）創(chuàng)新設(shè)計(jì)材料創(chuàng)新：用“帶果肉的葡萄皮”替代洋蔥（果肉細(xì)胞大且透明，便于觀察液泡；葡萄皮細(xì)胞排列緊密，可觀察細(xì)胞壁），降低撕取難度。技術(shù)融合：利用手機(jī)顯微鏡（或平板拍照）記錄觀察結(jié)果，上傳至班級(jí)共享文檔，進(jìn)行跨組圖像對(duì)比與誤差分析（如染色不均的影響）。分層任務(wù)：基礎(chǔ)層完成結(jié)構(gòu)觀察與繪圖；進(jìn)階層嘗試觀察菠菜葉下表皮的葉綠體，思考“葉綠體的分布與光合作用的關(guān)系”。（六）教學(xué)反思常見問題：學(xué)生調(diào)焦時(shí)易壓碎裝片，需強(qiáng)化“先粗調(diào)后細(xì)調(diào)，鏡筒先降后升”的操作規(guī)范；染色過深導(dǎo)致結(jié)構(gòu)模糊，可提前演示“吸去多余染液”的技巧。素養(yǎng)落實(shí)：部分學(xué)生僅停留在“看結(jié)構(gòu)”，需通過追問（如“若將植物細(xì)胞放入清水中，會(huì)發(fā)生什么？動(dòng)物細(xì)胞呢？”）引導(dǎo)其關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)與功能，深化生命觀念。二、探究類實(shí)驗(yàn)：光合“工廠”的奧秘——光照強(qiáng)度對(duì)光合作用的影響探究（一）設(shè)計(jì)理念圍繞“物質(zhì)與能量觀”，模擬科學(xué)研究的“問題→假設(shè)→設(shè)計(jì)→驗(yàn)證”流程，通過控制光照強(qiáng)度變量，探究光合作用的影響因素；借助“水生植物（如金魚藻）產(chǎn)氧”的直觀現(xiàn)象，發(fā)展科學(xué)探究的“變量控制”與“證據(jù)推理”能力；結(jié)合“溫室大棚補(bǔ)光”的生活情境，滲透社會(huì)責(zé)任（科學(xué)技術(shù)服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)）。（二）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：說明光照強(qiáng)度影響光合作用速率的原理，列舉生產(chǎn)中調(diào)控光照的實(shí)例。能力目標(biāo)：設(shè)計(jì)單因子變量的實(shí)驗(yàn)方案（控制光照距離/亮度），通過氣泡計(jì)數(shù)或溶解氧檢測分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。素養(yǎng)目標(biāo)：基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)疑“光照越強(qiáng)光合效率越高嗎？”，培養(yǎng)科學(xué)思維的嚴(yán)謹(jǐn)性；針對(duì)“陰天大棚增產(chǎn)”問題提出可行建議，提升社會(huì)責(zé)任意識(shí)。（三）實(shí)驗(yàn)材料與用具生物材料：金魚藻（或黑藻，提前暗處理24小時(shí)）、碳酸氫鈉溶液（提供CO?，濃度0.1%）儀器：大燒杯（500mL）、漏斗、試管、臺(tái)燈（不同功率或可調(diào)節(jié)亮度）、計(jì)時(shí)器、溶解氧傳感器（可選，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)）、不同高度的支架（四）實(shí)驗(yàn)步驟1.問題驅(qū)動(dòng)：展示“溫室大棚的補(bǔ)光燈”圖片，提問“光照強(qiáng)度如何影響光合效率？”，引導(dǎo)學(xué)生提出假設(shè)（“光照越強(qiáng)，光合速率越快”或“存在最適光照強(qiáng)度”）。2.方案設(shè)計(jì)：小組討論實(shí)驗(yàn)變量（自變量：光照強(qiáng)度，通過臺(tái)燈與裝置的距離或功率控制；因變量：光合速率，通過單位時(shí)間內(nèi)氣泡數(shù)或溶解氧變化衡量；無關(guān)變量：水溫、CO?濃度、植物數(shù)量等），繪制實(shí)驗(yàn)裝置圖（如“倒置漏斗+試管收集氣體”的經(jīng)典裝置）。3.分組實(shí)施：傳統(tǒng)組：設(shè)置3組距離（如5cm、15cm、25cm），每組放等量金魚藻和碳酸氫鈉溶液，用臺(tái)燈照射，計(jì)時(shí)5分鐘，記錄氣泡數(shù)。數(shù)字化組：用溶解氧傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測不同光照下的溶解氧變化，繪制曲線。4.數(shù)據(jù)分析：小組內(nèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，繪制“光照強(qiáng)度-氣泡數(shù)”柱狀圖，討論“數(shù)據(jù)波動(dòng)的原因（如植物活力差異、氣泡計(jì)數(shù)誤差）”，修正假設(shè)（如“光照過強(qiáng)時(shí)氣泡數(shù)反而減少，可能是光抑制”）。（五）創(chuàng)新設(shè)計(jì)材料替代：用“菠菜葉圓片上浮法”（打孔器取圓片，抽氣后沉入碳酸氫鈉溶液，光照下觀察上浮時(shí)間），操作更簡便，適合初中學(xué)生?？鐚W(xué)科融合：結(jié)合物理“光強(qiáng)與距離的平方反比”知識(shí)，預(yù)測不同距離的光強(qiáng)變化，對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析“實(shí)際光合速率與理論光強(qiáng)的偏差”（如CO?不足的限制）。情境延伸：提供“大棚補(bǔ)光的光譜選擇”資料，討論“為何補(bǔ)光燈多為紅藍(lán)光？”，關(guān)聯(lián)光合色素的吸收光譜，深化知識(shí)應(yīng)用。（六）教學(xué)反思變量控制：學(xué)生易忽略“水溫一致”（臺(tái)燈照射會(huì)升溫），可在裝置旁放溫度計(jì)，或用冷光源臺(tái)燈。證據(jù)推理：部分小組數(shù)據(jù)與假設(shè)矛盾（如遠(yuǎn)距離組氣泡更多），需引導(dǎo)其分析“植物初始狀態(tài)（如暗處理是否充分）”“CO?是否耗盡”等，培養(yǎng)科學(xué)論證能力。三、模擬類實(shí)驗(yàn)：性狀的“遺傳密碼”——模擬孟德爾雜交實(shí)驗(yàn)（豌豆性狀的模擬）（一）設(shè)計(jì)理念基于“遺傳與進(jìn)化觀”，通過模擬雌雄配子的隨機(jī)結(jié)合，理解分離定律的本質(zhì)；將抽象的“基因分離”轉(zhuǎn)化為直觀的“卡片組合”，發(fā)展科學(xué)思維的“模型建構(gòu)”與“演繹推理”能力；結(jié)合“人類遺傳病篩查”的案例，滲透社會(huì)責(zé)任（科學(xué)看待遺傳現(xiàn)象，反對(duì)基因歧視）。（二）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：解釋性狀分離現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)，用分離定律預(yù)測子代性狀比例。能力目標(biāo)：通過模擬實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，歸納“隨機(jī)結(jié)合”對(duì)性狀比例的影響；設(shè)計(jì)“兩對(duì)相對(duì)性狀”的拓展模擬，遷移應(yīng)用自由組合定律。素養(yǎng)目標(biāo)：基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)疑“樣本量對(duì)結(jié)果的影響”，培養(yǎng)科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性；針對(duì)“近親結(jié)婚風(fēng)險(xiǎn)”提出科學(xué)建議，提升社會(huì)責(zé)任意識(shí)。（三）實(shí)驗(yàn)材料與用具模擬材料：兩種顏色的卡片（如紅卡代表顯性基因D，綠卡代表隱性基因d），分別標(biāo)記“雌配子”“雄配子”（雌配子卡片數(shù)量可少于雄配子，模擬實(shí)際配子比例）。記錄工具：實(shí)驗(yàn)記錄表（記錄組合類型、次數(shù)、性狀比例）、計(jì)算器（或手機(jī)Excel）。（四）實(shí)驗(yàn)步驟1.情境導(dǎo)入：講述孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)，提問“F?代為何出現(xiàn)3:1的性狀分離？”，引出“配子隨機(jī)結(jié)合”的假設(shè)。2.模型建構(gòu)：設(shè)定規(guī)則：雌配子盒（含D、d卡片各10張，模擬雜合子Dd產(chǎn)生的配子），雄配子盒（含D、d卡片各20張，模擬雄配子數(shù)量更多）。模擬過程：小組內(nèi)2人操作，1人從雌盒隨機(jī)抽1張，1人從雄盒隨機(jī)抽1張，記錄組合（DD、Dd、dd），放回卡片并搖勻，重復(fù)50次（保證樣本量）。3.數(shù)據(jù)分析：統(tǒng)計(jì)三種組合的次數(shù)，計(jì)算性狀比例（顯性：隱性），繪制柱狀圖，討論“與理論值3:1的偏差及原因（樣本量、抽取隨機(jī)性）”。4.拓展遷移：嘗試設(shè)計(jì)“兩對(duì)性狀”的模擬（如黃色圓粒YyRr，配子卡片為YR、Yr、yR、yr），預(yù)測并驗(yàn)證自由組合的性狀比例。（五）創(chuàng)新設(shè)計(jì)數(shù)字化模擬：用Excel的“隨機(jī)函數(shù)”生成配子組合，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)比例，對(duì)比手工與計(jì)算機(jī)模擬的差異，理解“大樣本”對(duì)結(jié)果的影響。生活關(guān)聯(lián)：用“雙眼皮（A）與單眼皮（a）”“卷舌（B）與不卷舌（b）”的真實(shí)性狀，讓學(xué)生模擬自己家庭的遺傳（如父母均為Aa，預(yù)測子女性狀），增強(qiáng)代入感。批判性思考：提供“某公司要求員工基因檢測”的案例，討論“遺傳信息的隱私與倫理”，深化社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)。（六）教學(xué)反思概念誤解：學(xué)生易混淆“基因分離”與“性狀分離”，需通過“配子卡片的分離”（抽卡前的搖勻代表減數(shù)分裂時(shí)等位基因分離）強(qiáng)化概念。樣本偏差：手工模擬時(shí)，學(xué)生可能刻意抽取“平衡”的卡片（如為了接近3:1而調(diào)整），需強(qiáng)調(diào)“隨機(jī)抽取，不可刻意選擇”，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度。四、驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)：酶的“專屬鑰匙”——酶的專一性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)（淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的作用）（一）設(shè)計(jì)理念圍繞“結(jié)構(gòu)與功能觀”，通過對(duì)比淀粉酶對(duì)不同底物的催化效果，驗(yàn)證酶的專一性；結(jié)合“斐林試劑顯色”的直觀現(xiàn)象，發(fā)展科學(xué)探究的“結(jié)果驗(yàn)證”與“邏輯推理”能力；聯(lián)系“消化酶的應(yīng)用”（如加酶洗衣粉），滲透社會(huì)責(zé)任（科學(xué)技術(shù)改善生活）。（二）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：說明酶專一性的含義，解釋“鎖鑰學(xué)說”的核心思想。能力目標(biāo)：設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)（底物不同，酶相同），規(guī)范操作斐林試劑的使用（水浴加熱），分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因。素養(yǎng)目標(biāo)：基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推理“酶與底物的特異性結(jié)合”，培養(yǎng)科學(xué)思維的邏輯性；針對(duì)“加酶洗衣粉的使用條件”提出建議，提升科學(xué)實(shí)踐能力。（三）實(shí)驗(yàn)材料與用具試劑：質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的新鮮淀粉酶溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的可溶性淀粉溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的蔗糖溶液、斐林試劑（甲液、乙液現(xiàn)配現(xiàn)用）、蒸餾水。儀器：試管（6支，編號(hào)）、試管架、量筒、滴管、酒精燈、三腳架、石棉網(wǎng)、大燒杯（水浴用）。（四）實(shí)驗(yàn)步驟1.問題引導(dǎo)：展示“鑰匙開鎖”的圖片，提問“酶為何能催化特定反應(yīng)？”，引出“專一性”的假設(shè)。2.對(duì)照設(shè)計(jì)：分組：設(shè)置3組試管，A組（淀粉+淀粉酶）、B組（蔗糖+淀粉酶）、C組（淀粉+蒸餾水，空白對(duì)照）。操作：每組加入等量底物（5mL）和酶/蒸餾水（2mL），37℃水浴保溫10分鐘（模擬人體溫度）。3.結(jié)果檢測：向每組試管加入等量斐林試劑（甲液乙液混合后加入），水浴加熱2分鐘，觀察顏色變化（磚紅色沉淀與否）。4.現(xiàn)象分析：小組討論“為何A組出現(xiàn)磚紅色，B組沒有？”，結(jié)合“淀粉和蔗糖的結(jié)構(gòu)差異”（淀粉是多糖，蔗糖是二糖，淀粉酶的活性部位只能結(jié)合淀粉），解釋酶的專一性。（五）創(chuàng)新設(shè)計(jì)材料創(chuàng)新：用“淀粉瓊脂塊”替代溶液（將淀粉與瓊脂混合，冷卻后制成塊，滴加淀粉酶，觀察透明圈大?。?，更直觀展示酶的作用區(qū)域（透明圈越大，催化效果越強(qiáng)）。技術(shù)融合：用pH傳感器監(jiān)測反應(yīng)前后的pH變化（淀粉水解為還原糖，溶液pH略有下降），補(bǔ)充“酶促反應(yīng)的化學(xué)證據(jù)”，適合高中拓展。生活應(yīng)用：提供“加酶洗衣粉的說明書”，分析“為何標(biāo)注‘水溫30-50℃’‘勿用于絲毛織物’”，關(guān)聯(lián)酶的專一性（蛋白酶會(huì)分解蛋白質(zhì)類織物）與溫度影響，深化知識(shí)遷移。（六）教學(xué)反思操作規(guī)范：斐林試劑的使用（現(xiàn)配現(xiàn)用、水浴加熱時(shí)間）易出錯(cuò)，需提前演示“水浴時(shí)試管傾斜，液面不超過燒杯的2/3”，避免試管破裂。概念深化：學(xué)生可能認(rèn)為“酶只能催化一種反應(yīng)”，需補(bǔ)充“脲酶只催化尿素分解，但蛋白酶可催化多種蛋白質(zhì)”，理解“專一性”的相對(duì)性（針