例談中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的再創(chuàng)新

張濤

摘 要：實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)中學(xué)生物理論教學(xué)的主要方法，也是提升學(xué)生科學(xué)探究能力的重要途徑之一。生物實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新，既能突出生物學(xué)核心素養(yǎng)的要求，同時(shí)也能突出學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)能力與問(wèn)題解決能力。

關(guān)鍵詞：中學(xué)生物實(shí)驗(yàn);再創(chuàng)新

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.91????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???? 文章編號(hào)：1992-7711（2020）11-045-2

生物學(xué)的核心素養(yǎng)包括了生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、和社會(huì)責(zé)任四個(gè)方面，而生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是開(kāi)展科學(xué)探究的重要途徑之一。不久前，筆者參加了一次初中生物實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新教學(xué)說(shuō)課比賽。此次比賽的目的是為了激勵(lì)教師們對(duì)生物實(shí)驗(yàn)方法和教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，在教學(xué)中創(chuàng)造更豐富、更科學(xué)的實(shí)驗(yàn)情境，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)生物學(xué)的感性認(rèn)知和探究性體驗(yàn)，提升動(dòng)手能力?；仡櫛荣愡^(guò)程，很多年輕老師的實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新點(diǎn)多、精彩紛呈。縱觀當(dāng)下初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀：實(shí)驗(yàn)器材陳舊，一成不變的操作方法和步驟，實(shí)驗(yàn)課成了理論課，缺乏創(chuàng)新。鑒于此，本文以蘇教版中學(xué)生物教材中的部分實(shí)驗(yàn)為例，談?wù)剬?duì)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的再創(chuàng)新。

一、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案，提升探究能力

在《探究種子萌發(fā)需要的外界條件》實(shí)驗(yàn)中，探究了水分、溫度和空氣三種因素對(duì)種子萌發(fā)的影響，體現(xiàn)了對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想，對(duì)學(xué)生掌握科學(xué)探究的一般方法非常有益。在授課時(shí)，很多老師開(kāi)門(mén)見(jiàn)山地列出了實(shí)驗(yàn)的操作步驟，學(xué)生根據(jù)預(yù)設(shè)的方案操作，課堂熱熱鬧鬧，學(xué)生看似高效地完成了實(shí)驗(yàn)，但事實(shí)卻是照搬預(yù)先設(shè)定的實(shí)驗(yàn)方案，沒(méi)有自主設(shè)計(jì)、沒(méi)有思維、沒(méi)有質(zhì)疑，生動(dòng)有趣的探究實(shí)驗(yàn)變成了普通的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。

該實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)在于出現(xiàn)了多個(gè)變量，若三個(gè)變量分別做，時(shí)間來(lái)不及，想讓學(xué)生一步到位地就設(shè)計(jì)出好的實(shí)驗(yàn)方案難度較大，甚至?xí)褜W(xué)生弄得糊里糊涂。我們可以先設(shè)定只有一個(gè)變量的探究問(wèn)題，把目標(biāo)放在較低的要求上，再提出有二個(gè)變量、三個(gè)變量的探究問(wèn)題，促使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力得到“螺旋式”上升。通過(guò)兩個(gè)小組，分別探究其中的一個(gè)變量，示意圖如圖一。

再把兩個(gè)組設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)組合起來(lái)，去掉重復(fù)的對(duì)照，余下的就是探究?jī)煞N因素對(duì)種子萌發(fā)的影響，如圖二

這個(gè)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新體現(xiàn)在教師將探究方案的設(shè)計(jì)作為重點(diǎn)，不是“照方抓藥”，而是讓學(xué)生頗費(fèi)“周折”地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，再通過(guò)總結(jié)和反思，讓學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案成為了討論的重點(diǎn)。這樣，依靠教師的“引”和“導(dǎo)”，沒(méi)有“越俎代庖”，把發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新的機(jī)會(huì)讓給學(xué)生，使學(xué)生獲得了更多的體驗(yàn)和成長(zhǎng)。

二、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置和材料，巧妙突破難點(diǎn)

在《外界溶液濃度影響影響根細(xì)胞的吸水》實(shí)驗(yàn)中，教師常利用蘿卜條作為實(shí)驗(yàn)材料，用鹽水浸泡蘿卜條，讓學(xué)生體驗(yàn)在蘿卜條失水前后的變化，如軟硬程度，去感受細(xì)胞的失水。但對(duì)于水分在細(xì)胞內(nèi)外的流動(dòng)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中卻無(wú)法直接體現(xiàn)，這時(shí)往往就通過(guò)動(dòng)畫(huà)的形式加以補(bǔ)充，直接告訴學(xué)生水進(jìn)出的方向。高中教材中用顯微鏡去觀察質(zhì)壁分離，這個(gè)操作對(duì)初中學(xué)生有難度。我思考，能否創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置和材料，從宏觀上展示水分的進(jìn)出呢？

雞蛋的卵殼膜具有選擇透過(guò)性，可以模擬細(xì)胞膜，利用蛋殼做實(shí)驗(yàn)材料，不僅材料易得，而且直觀，趣味性強(qiáng)，學(xué)生都能獨(dú)立完成。準(zhǔn)備兩個(gè)大小相近的雞蛋，除去蛋殼的尖端部分，露出一個(gè)直徑約為1cm的圓孔（邊緣盡可能整齊）。將殼內(nèi)的卵黃、卵白倒出，并把蛋殼洗凈，把蛋殼的鈍端敲裂，輕輕剝離蛋殼（卵殼膜要完整不能損壞），卵殼膜露出約1cm高。將處理好的兩個(gè)蛋殼分別放入一個(gè)裝有飽和蔗糖溶液和一個(gè)裝有等量清水的燒杯中，尖端的圓孔向上。接著向兩個(gè)蛋殼內(nèi)加入等量的清水，直到蛋殼大部分沒(méi)入水中，兩個(gè)蛋殼都保持懸浮狀態(tài)。約半小時(shí)就可以觀察到：置于蔗糖溶液中的蛋殼由于殼內(nèi)的水分的外流而逐漸上浮，而置于清水的蛋殼仍保持初始的位置。這種利用技術(shù)創(chuàng)造出符合實(shí)驗(yàn)需求的新裝置，能更好地為實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)。

再如人體內(nèi)的氣體交換，學(xué)生對(duì)于氣體擴(kuò)散原理這種跨學(xué)科的知識(shí)并不了解，很多老師用空氣清新劑進(jìn)行演示，讓學(xué)生體驗(yàn)，但因?yàn)榻淌铱臻g大效果不佳。這時(shí)利用化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法演示：將兩個(gè)透明集氣瓶的瓶口對(duì)準(zhǔn)，豎直放置，瓶口中間用玻璃片隔開(kāi)。下面的集氣瓶里裝有紅棕色的二氧化氮，上面的集氣瓶裝有空氣。抽出玻璃片，會(huì)發(fā)現(xiàn)氣體在慢慢擴(kuò)散，下瓶的二氧化氮的顏色變淡，上瓶的空氣變紅，最終兩瓶中氣體顏色均勻一致！這種現(xiàn)象從視覺(jué)上能讓學(xué)生更好的感知?dú)怏w是如何擴(kuò)散的，而且做到了生物、化學(xué)多學(xué)科知識(shí)的結(jié)合。

三、創(chuàng)新已有的操作方法，讓實(shí)驗(yàn)操成功率提高

在《觀察葉片的結(jié)構(gòu)》實(shí)驗(yàn)中，需要進(jìn)行徒手切片，教材中提示采用雙聯(lián)刀片法。實(shí)際操作后，發(fā)現(xiàn)兩刀片中間的縫隙太小，切不出理想的葉片，如果是青菜葉或菠菜葉，切下的葉片很多都斷裂，組織被破壞，鏡下觀察效果很差。這個(gè)操作難度在于人為很難控制雙刀片間的縫隙。如果用三聯(lián)刀片法切割葉片，即三片刀片疊在一起，第一和第三片刀口齊平，中間的刀片往上抽出2毫米，再用透明膠帶將中間刀片突出的一端包裹起來(lái)，這樣刀片間的縫隙很小，切出來(lái)的薄片寬度很理想。在觀察葉片下表皮時(shí)，撕取的下表皮極易卷曲，有教師采用透明膠帶粘貼撕取下表皮，方法創(chuàng)新很好，但實(shí)際膠帶粘性不夠，很難撕下，如果在膠帶和表皮之間加一層有粘性的透明物質(zhì)比如透明的指甲油，撕取的效果會(huì)更好，而且也不影響最后的觀察。

四、適時(shí)引入新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)，解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作存在的弊端

如今，越來(lái)越多的新設(shè)備新技術(shù)出現(xiàn)在生物實(shí)驗(yàn)中，傳感器、3D打印、VR技術(shù)層出不窮。在《植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳》實(shí)驗(yàn)中，植物呼吸產(chǎn)生的二氧化碳可以用澄清石灰水檢驗(yàn)。如果提前配制好澄清石灰水，暴露在空氣中易變質(zhì)，與空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣;如果現(xiàn)配現(xiàn)用，氫氧化鈣溶解速度太慢，結(jié)果澄清石灰水濃度太低，即使遇到一定量的二氧化碳也不會(huì)變混濁。學(xué)生對(duì)澄清石灰水化學(xué)性質(zhì)不熟悉，如果實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，教師還需要再作進(jìn)一步解釋才能說(shuō)明問(wèn)題，增加了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理認(rèn)知的難度。如果利用二氧化碳傳感器和氧氣傳感器，實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的二氧化碳和氧氣的濃度變化的數(shù)據(jù)，學(xué)生就能判斷氧氣和二氧化碳的量的增減，同時(shí)繼續(xù)提供溫度、濕度等其它傳感器，讓學(xué)生繼續(xù)研究植物的呼吸作用中產(chǎn)生的水和釋放的能量，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)和操作，不僅拓展了實(shí)驗(yàn)操作，有利于學(xué)生對(duì)植物呼吸作用實(shí)質(zhì)有進(jìn)一步的理解。又如觀察心臟時(shí)，學(xué)生操作解剖心臟的難度大，利用VR技術(shù)構(gòu)建三維立體的心臟圖像，學(xué)生利用鼠標(biāo)在三維空間上作任意方向和角度的翻轉(zhuǎn)進(jìn)行觀察。此外，利用動(dòng)態(tài)模擬功能，心房心室的收縮和舒張，心臟瓣膜的開(kāi)關(guān)方向，血液循環(huán)過(guò)程中動(dòng)、靜脈血之間的轉(zhuǎn)變等過(guò)程都清晰地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，再通過(guò)立體聲耳機(jī)，心臟鏗鏘有力的跳動(dòng)聲、血液流動(dòng)“嘩嘩”聲也都聲聲入耳，讓學(xué)生有一種“身臨其境”的感覺(jué)。

總之，對(duì)生物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行再創(chuàng)新，可以將學(xué)生置于一種開(kāi)放式、多元化的學(xué)習(xí)環(huán)境中，使學(xué)生學(xué)會(huì)自主學(xué)習(xí)，自主探究，這不僅改變了學(xué)生學(xué)習(xí)的手段，更重要的是學(xué)生掌握了獲取知識(shí)的途徑和方法，從而獲得一種新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]中華人民共和國(guó)教育部制訂.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）.人民教育出版社，2018.

[2]張秀紅.核心素養(yǎng)視域下的生物學(xué)觀念：內(nèi)涵、價(jià)值、內(nèi)容體系及教學(xué)[J].課程·教材·教法，2017（09）.

[3]徐益苗，趙曉燕，張燁.指尖的植物世界：STEAM視閾下的初中生物學(xué)校本實(shí)踐[J].中學(xué)生物學(xué)，2019，35（01）.

（作者單位：南京市江寧區(qū)麒麟科創(chuàng)園學(xué)校，江蘇 南京210000）