基于科學方法的初中生物學實驗教學設計

朱毅鴻 夏曙華

(1 福建省三明市三元區教師進修學校 三明 365001； 2 福建省三明市第四中學 三明 365001)

現行人教版初中生物學教材十分重視科學方法的學習，設計了專門的欄目介紹科學方法，凸顯了科學方法的重要地位。教材中循序漸進地介紹了初中學生應該學習的一些科學方法，包括觀察、實驗、調查、模擬和抽樣檢測等，其中觀察和實驗是生物學教學中最基本的科學方法，本文著重從形成科學觀察方法和掌握科學實驗方法兩個方面闡述基于科學方法的生物學實驗教學設計。

1 以有效觀察為出發點，形成科學觀察方法

生物學實驗教學中，經常需要運用觀察使學生獲得感性認識和直觀體驗，再通過抽象概括上升到理性認識，進而形成科學概念。教材中對觀察法是這樣表述的：“觀察是科學探究的一種基本方法。科學觀察可以直接用肉眼，也可以借助放大鏡、顯微鏡等儀器；科學的觀察要有明確的目的，觀察時要全面、細致、實事求是，并及時記錄下來；在觀察方法上要按照一定的順序進行，一般是采取先整體后局部、先宏觀后微觀、從外到內、從左到右的順序來觀察”。雖然教材對科學觀察方法進行了歸納和說明，但實際教學中，學生依然不知道為什么要觀察、觀察什么、怎樣進行觀察，在觀察的時候淺嘗輒止，不能準確描述觀察的現象，也缺乏對觀察結果的分析思考，影響了生物學知識的獲取和概念的構建。因此，在實驗教學時必須以有效觀察為出發點精心設計，引導學生認真細致地進行觀察，逐步形成科學觀察方法。

八年級上冊《真菌》一節中的“觀察酵母菌和霉菌”實驗，通過“觀察青霉”讓學生獲得關于青霉孢子和菌絲的感性認識，在此基礎上自主構建“真菌的結構”這一重要概念。為了讓學生能真正觀察到青霉的形態結構，進行了如下實驗教學設計(表1)：

表1 “觀察青霉”實驗教學設計

1.1 充分的實驗準備是形成科學觀察方法的前提 實驗教學設計時，為了使觀察真實有效，在實驗準備中對實驗的材料和方法進行了改進。將教材中“取一塊發霉的桔子皮，用放大鏡觀察”改進為“觀察培養皿中的青霉”，因為自然環境中發霉的桔子皮上經常會有其他的雜菌，而在馬鈴薯培養基上接種青霉后進行培養，減少了其他雜菌的干擾。另外，教材中“用解剖針挑取少許長有孢子的菌絲制成臨時裝片”改進為“用透明膠帶粘取青霉，然后將膠帶貼到載玻片上制成臨時裝片”，由于前一方法學生挑取菌絲的部位不準確，顯微鏡下極難觀察到掃帚狀排列的孢子，而改進后的方法用透明膠可粘取的范圍稍大、操作簡單，大多數學生都能在顯微鏡下觀察到青霉的菌絲和掃帚狀排列的孢子。實驗時還增加“觀察青霉永久裝片”這一環節，主要是為了讓學生觀察到更為清晰的青霉結構，也因為永久裝片有染色，容易觀察到菌絲有橫隔；細胞里被染成深色的細胞核，有利于學生形成對單細胞真菌和多細胞真菌、原核生物和真核生物的初步的認識。

1.2 詳細的實驗步驟是形成科學觀察方法的保證 實驗教學設計中，引導學生根據實驗步驟細致觀察，先用肉眼觀察青霉的菌落，然后用放大鏡觀察菌絲和孢子，再用顯微鏡觀察青霉的顯微結構，學生不僅對霉菌的菌落有了直觀的認識，也都能觀察到菌絲和孢子。借助不同的工具可以觀察到事物的細節，而有序的觀察使觀察更全面更準確；觀察內容目的明確，體現了從宏觀到微觀、從整體到局部的科學觀察方法；觀察結果是對觀察的現象進行初步的分析和判斷后記錄下來的，為自主構建科學概念提供了可能。

通過以有效觀察為出發點的實驗教學設計，使學生領悟科學觀察方法，為學生形成和運用科學方法奠定了基礎。

2 以實驗方案設計為支撐點，掌握科學實驗方法

實驗是初中生物學教學的重要內容，培養學生從實驗中獲取科學方法，運用這些科學方法開展新的實驗，是教學的重點和難點。人教版初中生物學教材中介紹的科學實驗方法包括“控制變量、對照實驗、設置重復組”等，并且通過梯度化的探究活動設計進行有針對性的學習和訓練，先是安排有明確問題、假設、材料用具和方法步驟的實驗，讓學生在模仿中體驗和領悟科學探究的過程和方法，然后再安排由學生設計部分環節的實驗，最后再安排全過程探究的實驗，隨著教學內容的展開，逐步滲透和領悟科學方法的運用和遷移。

探究“二氧化碳是光合作用必需的原料嗎”是人教版七年級上冊生物學教材中的實驗，教材只給出要探究的問題和必要的背景資料：“請你設計，檢驗二氧化碳是否真的是光合作用必需的原料”“氫氧化鈉溶液能夠吸收二氧化碳”，要求學生進行全程設計并完成探究，難度較大，但這是本冊教材的最后一個探究，為了讓學生更好領悟科學實驗方法，進行了如下實驗教學設計(表2)：

2.1 親身體驗是掌握科學實驗方法的重要途徑 一種科學方法再好，如果僅僅停留在口頭上或只是背誦和記憶，沒有實際的操作訓練，是無法真正掌握的，必須讓學生經歷獨立思考之后再自行設計實驗方案，這是學習和掌握科學實驗方法的重要途徑。雖然之前學生已接受了一些科學方法和技能的學習和訓練，但還缺乏系統性和整體性，讓學生獨立設計探究實驗方案，往往無從下手。因而教師引導學生按照探究的一般過程，對探究的每個環節進行分析和說明，讓學生練習從提出問題到作出假設，根據假設設計實驗材料用具和方法步驟，然后實施探究方案，記錄和整理實驗結果，分析結果得出結論，在此過程中學習和訓練科學方法。針對制定計劃這一難點，依據實驗設計應遵循的四個基本原則設置相應的問題，如“本探究的實驗變量是什么？”訓練學生學會確定實驗變量；“如何控制和調節二氧化碳的有無或多少？”訓練學生辨識對照組和實驗組，學會設計對照實驗；“如何確保實驗中只有二氧化碳一個變量？”訓練學生學會控制變量唯一；“如何使實驗結果更加可信？”訓練學生學會設置重復實驗、避免實驗偶然性，通過問題的逐步解決使學生理解和掌握科學實驗方法。

表2 探究“二氧化碳是光合作用必需的原料嗎”實驗教學設計

2.2 經典科學史是掌握科學實驗方法的最好載體 生物科學史就是生物科學的實驗史,在生物學理論的形成和發展中，科學實驗始終起著主導和決定性的作用，因而經典的科學史是學習科學方法的最好載體。在本節的教學內容中，“海爾蒙特的柳樹實驗”“普利斯特利的小鼠實驗”等經典實驗，就蘊含著控制變量和設計對照實驗的科學方法。教學過程中要引導學生認真分析實驗研究過程，學習和領悟其中的科學方法，為遷移和運用科學方法打下堅實的基礎。

通過學生自己設計實驗方案以及經典科學史的實驗過程分析，學習和掌握了科學實驗方法，還可以運用此方法去審視和評價其他的實驗設計方案，加強科學方法的理解和運用。

生物學是一門以實驗為基礎的學科，在實驗教學設計時要高度重視科學方法的形成和訓練，但也要注意，每一個實驗中包含著多種的科學方法，分析、歸納、比較等高級的科學方法必定貫穿其中，要避免將各種科學方法脫離開學科知識，孤立地、求全求細闡述；另外，科學方法中蘊含重要的求真、求是、開拓創新的科學精神，這都是科學素養的重要表現，也需要在學習科學方法時逐步進行滲透[1]。