初中生命科學實驗實踐創新探索

景小軍 （上海市蒙山中學 上海 200540）

實驗教學是初中生命科學教學的重要組成部分，深受學生喜愛。但由于實驗材料、實驗器材、實驗內容等諸多原因，無法很好地實施。如何上好實驗課，提高實驗教學的效能，體現實驗教學特有的育人價值？近年來，筆者從實驗材料、實驗器材、實驗內容、實驗教學理念創新等方面作了些許有益的嘗試。

1 實驗材料創新——充分利用現有資源自給自足

本校處于城區，初中生命科學基礎實驗中需要的實驗材料不易獲得，例如“制作并觀察葉片的裝片”中需要的蠶豆葉，“解剖并觀察花和果實的結構”中需要的油菜花，“酒精對水蚤心率的影響”及“水蚤對光照強度的反應”2個實驗中需要的水蚤等實驗材料，成為制約實驗順利實施的關鍵因素。筆者曾找菜農購買過蠶豆葉和油菜花，但不能保證供給且有時難以保障材料的新鮮度。關于水蚤的問題，筆者尋遍了所在城區的水族店，皆無貨源，后來在一個小水塘發現了水蚤，于是成了全區第1個做水蚤實驗的學校。后來隨著城市的發展，池塘被填埋。近年來物流的發展使網購水蚤也成為了可能，但水蚤被密閉在小容器里且經長途運輸，其活力直接影響實驗結果。

如何破解以上難點？自給自足是一種有效的途徑。筆者在淘寶種子店購買蠶豆和油菜籽，在校園空地（若無空地，可利用樹木之間的空間，或利用花盆）播種。開學初期，發動學生播種蠶豆和油菜籽，組織學生照料和觀察植物的成長歷程，并以照片或筆記的形式進行記錄，定期在課前2 min進行交流，由此激發學生長期觀察、照料和記錄的興趣。關于水蚤的問題，可充分利用學校的水族箱（也可網購帶增氧功能的水族箱,價格在200元之內即可），從水塘采集或網購少量水蚤，置于水族箱內養殖。水族箱中可放入用紗布包裹的稻草作為營養，也可定期加入發酵后的淘米水（淘米水放在容器中常溫靜置幾天后，有酸臭味即已發酵）。

通過以上途徑獲得實驗材料，既節約了購買費用，又隨取隨用，方便新鮮，且在參與過程中還可以培養學生對生命的關愛及對實驗材料的尊重，一舉多得。

2 實驗器材創新——師生共同改善和自制實驗器材

高效及時的現場互動、顯微成像、平板教學……互聯網+時代便捷高效的信息技術為實驗教學創造了新的模式。但由于資金有限，數字化的生命科學實驗室還無法普及。大部分學校因器材的陳舊或缺乏，影響教學效果，有些甚至無法正常開展實驗，例如“酒精對水蚤心率的影響”這一實驗，很多學生因找錯心臟的位置，影響了實驗的效果。如果能在顯微鏡下拍攝一段視頻，指出水蚤心臟跳動與腹足跳動的區別，會較大提高實驗效果。但是本校及很多其他學校沒有數碼顯微鏡，如何解決這種矛盾，跟上互聯網+的步伐？筆者開始了積極的探究。

對于需要顯微鏡觀察的材料，教師先拍下顯微鏡下的視野，再投影到大屏幕上，效果直觀明了，事半功倍。仔細研究數碼顯微鏡的原理，發現無需購買專業設備也能實現。筆者在學生的支持下，從攝像頭到單反相機再到更加便捷的手機，經歷了不同感光設備和普通顯微鏡的多次整合，現在本校的普通顯微鏡已被改裝成效果相當不錯的數碼顯微鏡，在“酒精對水蚤心率的影響”及“制作并觀察葉片的裝片”等實驗中發揮了重要作用。受普通顯微鏡數碼化改裝成功的鼓舞，學生在很多實驗器材的制作和改裝中發揮了重要的作用，例如對葉片切片工具的改進、校外采集水蚤工具的制作、校園植物掛牌的制作等（圖1、圖2）。

圖1 學生自制植物掛牌

圖2 改裝的數碼顯微鏡

實驗教學中高效及時的現場互動非常重要，傳統的教學環境因時間、空間的限制，生生、師生不能充分進行互動，而數字化實驗室專業的軟件和設備可以很好地解決這個問題。如果沒有專業的數字化實驗室能否達到類似的功能？有互聯網＋時代非常便捷的網絡環境基礎，筆者想到智能手機和微信公眾平臺。教師可建一個教學專用的微信公眾號，學生用手機登陸微信并關注教師建立的公眾號。教師提前將實驗演示視頻等素材及一些注意事項進行推送，學生可利用空余時間借助微信公眾平臺預習實驗內容，并通過公眾平臺文章后面“寫留言”的形式進行師生、生生的互動。實驗操作過程中，學生借助智能手機終端，隨時可觀看演示視頻，避免了傳統模式下教師播放視頻后學生操作中遇到難點不便再次回看的不足。實驗中教師還可借助手機和普通顯微鏡改裝的“數碼顯微鏡”，拍攝顯微鏡下學生的實驗結果，并通過網絡實時投屏顯示，反饋互動。例如“測量人體的體溫、心率、唾液的pH等生理數據”及“酒精對水蚤心率的影響”等需要現場收集數據的實驗，也可借助微信公眾號上傳實驗數據，由此可極大地優化實驗數據收集環節，方便教師及時進行數據匯總和結果分析。實驗結束后，教師還可通過微信公眾平臺再對學生的實驗結果進行展示，家長也可以關注公眾號，將孩子成長的點滴分享到自己的微信朋友圈。由此提升了教學效果，激發了學生和家長對生命科學學科的關注和興趣，且不需要學校額外購買學生終端的費用，一舉多得，相比專業的數字化實驗室，它的便捷性稍差，但網絡功能更強。

師生一起自制或對現有器材、教學環境進行改進，不僅可以優化實驗教學，而且可以充分發揮學生的主觀能動性，在動手動腦的實踐中達到很好的學科育人的效果。

3 實驗內容創新——對已有實驗內容進行創造性的改進

3.1 巧用顯微成像技術，讓實驗教學更高效 結合校情、生情對教材中實驗的某些環節進行創造性的改進，以達到更好的效果。例如教材中“觀察人體的基本組織”實驗，由于實驗提供的永久玻片標本在顯微鏡下看到的物像和教材上提供的是有區別的，這對初次使用顯微鏡的學生而言會產生困惑。針對此情況，筆者課前先用自己改裝的數碼顯微鏡拍攝學生課上將要觀看的永久玻片的物像，并標注相應的名稱，實驗時先投影出示顯微成像的照片，再讓學生在顯微鏡下觀察。由于有了參考，實驗效率大幅提升。在“制作并觀察葉片的裝片”“酒精對水蚤心率的影響”等實驗教學中也采用了類似的方法，同樣收到了很好的教學效果。例如在做“制作并觀察葉片的裝片”實驗時，讓學生先觀看教師拍攝的顯微照片，直觀感受蠶豆的氣孔、柵欄組織、海綿組織的正確位置；做“酒精對水蚤心率的影響”實驗時，教師先播放一段拍攝的顯微視頻，讓學生正確區分水蚤腹足和心臟的位置。（圖3、圖4）為筆者教學中拍攝的部分顯微照片。

圖3 血液永久裝片

圖4 胃壁橫切永久裝片

3.2 創新數據處理方法，讓實驗結果更清晰 隨著信息技術的普及和大數據時代的來臨，實驗教學也應與時俱進，在教學中應讓學生體驗實驗數據收集和處理的方法。在教授“測量人體的體溫、心率、唾液的pH等生理數據”這部分內容時，教師可讓學生先思考人體正常的體溫、心率、唾液的pH等生理數據的參考值是如何獲得的？引導學生知道這些數據是經過大樣本統計得出的。實驗中，利用Excel軟件統計全班學生體溫、心率的生理數據（圖5、圖6），得出平均值，在對數據進行分析的基礎上，學生認識到平均值、大樣本、隨機樣本等與實驗結果的關系；通過對一些異常值的分析，認識實驗方法、態度等可能對實驗結論產生的影響。最后教師詢問學生：這些數據能否作為人體正常指標的參考值？學生馬上意識到統計樣本不夠的問題，讓學生真切感受實驗需要科學的方法和科學的態度。再如“酒精對水蚤心率的影響”實驗教學中，筆者設計了一個自動生成數據的Excel表，輸入全班的實驗數據后，非常直觀、清晰地呈現酒精對水蚤心率影響的結果（表1、圖7）。

圖5 教學中使用的人體體溫統計結果

圖6 教學中使用的人體心率統計結果

表1 不同濃度酒精對水蚤心率的影響（單位：次／10 s）

圖7 酒精對水蚤心率影響的統計結果

4 實驗理念創新——突出學生的主體性

4.1 創新教學方式，充分發揮學生的主體作用初二年級學生有一定的觀察能力和多媒體制作能力，好奇心強，喜歡自我表現。針對學生的年齡特點，在實驗教學中，嘗試改變教學方法以提高教學效果。例如在拓展性實驗實踐活動——“校園花壇植物種植”的教學活動中，筆者采用PBL(problembased learning的簡稱，也稱作問題式學習)的教學方式:組織學習小組、設計問題、自主探究學習、學習成果展示、多元評價和反思總結6個環節實施教學。首先將班級學生分成9個小組，每組5人，然后出示花壇照片,并以“如何讓校園荒廢的花壇重新煥發青春，為美麗的校園環境作出一份貢獻”為情境問題，讓學生以小組為單位，自主探究花壇種植的方案并進行全班交流。在小組交流的基礎上，綜合考慮植物高度、顏色搭配等因素，評選出最佳方案進行課外實踐種植。

持續觀察花壇植物的生長過程，有助于學生形成“愛綠護綠、關愛生命”的意識。班級花壇植物種植活動結束后，班級學生以小組為單位，每周1次觀察、記錄花壇植物的生長狀況，并進行全班交流，由此強化學生對花壇植物的關注及對其生長狀況的了解。對于觀察過程中發現的新問題，在小組交流的基礎上，全班及時進行反思并商討解決之道，下一組觀察照顧植物的學生及時解決問題。圖8～圖11為學生實踐的照片。

圖8 學生對荒廢的花壇松土并種植植物

圖9 學生給班級花壇命名并豎立標識

圖10 學生觀察和照顧班級花壇植物

圖11 學生分小組每周交流班級花壇植物生長狀況

4.2 創新輔導方式，利用網絡平臺指導學生進行實驗預習和釋疑 互聯網+時代，網絡技術高速發展，初中學生已能熟練駕馭網絡，為進行網絡平臺的輔導教學奠定了堅實的基礎。教學中，教師利用QQ軟件和微信公眾平臺，進行網絡拓展教學。QQ軟件主要用于與學生一對一的輔導溝通，也可用作重要問題的討論。由于QQ軟件好友人數和分組功能的限制，教學中，教師可通過2類討論組輔助教學：一類為教師創建的討論組，以班級為單位，將每個班級PBL分組的小組長加入到本班的PBL討論組；另一類為各班的PBL小組長創建的討論組，成員為本組組員。具體流程如圖12。

圖12 教師網絡輔導流程圖

微信公眾平臺則面向全體學生，例如在進行“觀察和解剖鯽魚”實驗前，教師將預習要點、鯽魚解剖的演示視頻和實驗中的注意事項提前通過微信公眾平臺進行推送。實驗結束后，再通過微信公眾平臺展示實驗中出色的學生作品，對實驗中出現的問題進行后續分析等。

總之，通過對初中生命科學實驗材料、器材、內容等方面的創新，師生實驗創新的積極性極大提高，實驗實踐的渠道得到了拓展。當然實驗創新之路還很漫長，需要教師更加深入地研究和不懈實踐探索，使實驗教學成為師生智慧碰撞的舞臺。