科學(xué)思維和生命觀念下的生物實驗互動教學(xué)

唐傳水

摘 ?要 以觀察草履蟲的外形、運動和趨性為例，探索生物實驗互動教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生生物核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，合理設(shè)置內(nèi)容，深入挖掘資源，改進(jìn)生物實驗教學(xué)。

關(guān)鍵詞 科學(xué)思維;生命觀念;核心素養(yǎng);生物實驗;草履蟲;多媒體互動實驗室;顯微鏡

中圖分類號：G633.91 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）11-0119-03

1 前言

新課程改革以核心素養(yǎng)體系為核心，對于生物教學(xué)來說，教學(xué)設(shè)計、教學(xué)理念、教育科研等也應(yīng)作出相應(yīng)改變。科學(xué)思維是生物學(xué)核心素養(yǎng)的重要組成部分，是形成生命觀念的重要途徑。生命觀念是生物學(xué)的基礎(chǔ)素養(yǎng)之一。

實驗教學(xué)是生物教學(xué)的基本形式之一，是一種探究活動，對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和生命觀念具有積極作用。生物學(xué)是研究生命體的學(xué)科，在實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念，幫助學(xué)生更加深入地了解生命現(xiàn)象，激發(fā)對未知事物的探索和創(chuàng)新，形成正確的人生觀和價值觀，同時可以提高學(xué)生的探究能力、實驗操作能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

2 課程標(biāo)準(zhǔn)對生物學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的要求

學(xué)科核心素養(yǎng)是通過學(xué)科的學(xué)習(xí)，形成關(guān)鍵能力、必備品格以及正確的價值觀念，集中體現(xiàn)了學(xué)科育人的價值。對于生物課程來說，學(xué)生可以認(rèn)識到生物學(xué)的重要作用，了解生物學(xué)在促進(jìn)科技發(fā)展、人與自然和諧共處、提高人類生活質(zhì)量方面的意義。在學(xué)習(xí)中，學(xué)生應(yīng)形成科學(xué)思維的習(xí)慣，利用生物學(xué)的知識、邏輯、證據(jù)等思考生物學(xué)議題;樹立生命觀念，探索生命規(guī)律，認(rèn)識生命現(xiàn)象;在面對現(xiàn)實世界的挑戰(zhàn)時能夠抵制不良生活習(xí)慣，利用生物學(xué)知識主動宣傳引導(dǎo)，承擔(dān)社會責(zé)任;具有開展生物學(xué)實踐活動的意愿，為繼續(xù)學(xué)習(xí)和未來進(jìn)入社會打下基礎(chǔ)。在生物學(xué)科學(xué)習(xí)中，學(xué)生要善于從實踐的層面解決生活中的問題，形成合作精神，掌握科學(xué)的探究思路和方法，提高認(rèn)識和實踐能力。

根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)，在生物教學(xué)過程中要讓學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)解決問題的思路和方法以及生物學(xué)家在研究過程中所持有的觀點等，使學(xué)生能夠親自經(jīng)歷生物研究過程，從提出問題、獲取信息到發(fā)現(xiàn)規(guī)律等，從而培養(yǎng)理性思維的習(xí)慣，獲得生物學(xué)知識，發(fā)展終身學(xué)習(xí)的能力，形成積極的科學(xué)態(tài)度。

對于本次研究中選取的觀察草履蟲的外形、運動和趨性生物實驗，要幫助學(xué)生建構(gòu)概念，形成科學(xué)的思維，綜合歸納，形成正確的生命觀念;要能夠直觀感知，進(jìn)行科學(xué)探究，實行多媒體互動，通過生物實驗教學(xué)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;重視生物的實踐過程，強(qiáng)調(diào)參與，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

3 觀察草履蟲的外形、運動和趨性的教學(xué)設(shè)計與實施

分析教材與學(xué)情 ?本次研究生物實驗互動教學(xué)課程，選取“觀察草履蟲的外形、運動和趨性”，實際上就是對單細(xì)胞生物體的觀察和學(xué)習(xí)。通過觀察草履蟲的實驗任務(wù)，使學(xué)生認(rèn)識到單個細(xì)胞也能構(gòu)成生物體，學(xué)習(xí)單細(xì)胞生物生命活動特點、形態(tài)特點等。這一時期的學(xué)生有較強(qiáng)的好奇心和探究欲望以及強(qiáng)烈的動手欲望，對生物課比較感興趣。在本次生物實驗教學(xué)中，筆者通過利用學(xué)校資源和教學(xué)素材，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行微觀探秘，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和生命觀念。

教學(xué)目標(biāo) ?根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)以及本次實驗教學(xué)的內(nèi)容，設(shè)計教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。教學(xué)目標(biāo)包括：

1）通過小組合作學(xué)習(xí)，學(xué)生自主觀察，使用多媒體互動，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用歸納與概括等思維方法，建構(gòu)科學(xué)概念，總結(jié)相關(guān)概念內(nèi)涵，學(xué)會對草履蟲的外形、運動和趨性進(jìn)行判斷;

2）進(jìn)行實驗觀察，使學(xué)生直觀觀察感知草履蟲，分析外形、運動和趨性，形成生命觀念;

3）進(jìn)行假設(shè)，研究草履蟲的趨性，設(shè)計實驗并引導(dǎo)學(xué)生完成，科學(xué)探究，進(jìn)行總結(jié)，獲得結(jié)論;

4）發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

基于草履蟲培養(yǎng)方法的實踐，讓學(xué)生關(guān)注草履蟲培養(yǎng)的研究方法，調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，提出可行的實驗方案。

生物實驗互動教學(xué)過程

1）成立生物興趣小組并做先期研學(xué)。在課前，學(xué)生利用各種平臺進(jìn)行資料搜集，或者翻閱書刊，從國外相關(guān)的網(wǎng)站檢索信息，了解相關(guān)知識。教師可以向?qū)W生介紹尋找資料的方式和平臺。通過課前搜集資料，為科學(xué)探究做好準(zhǔn)備。學(xué)生打印、摘抄搜集的資料，然后采集草履蟲進(jìn)行培養(yǎng)。

①采集草履蟲。在學(xué)校周邊可以采集草履蟲，比如稻田水域、水池等。

②對草履蟲進(jìn)行培養(yǎng)。學(xué)生收集干稻草，選取近根部5 g，剪成小段，大約每段16 mm;準(zhǔn)備容積為1000 mL的燒杯，在其中放入干稻草，加500 mL清水;然后煮沸，持續(xù)大約5～8分鐘;放置24小時冷卻，形成稻草培養(yǎng)液;培養(yǎng)15天，保持室溫28 ℃。學(xué)生通過親自動手，培養(yǎng)草履蟲，感受科學(xué)研究的過程。

2）運用多媒體互動實驗室探究草履蟲的外形和運動。教師引導(dǎo)學(xué)生使用多媒體互動實驗室進(jìn)行探究實驗。草履蟲培養(yǎng)液是學(xué)生自己準(zhǔn)備好的。每個學(xué)生都有自己的操作臺，可以使用互動實驗設(shè)備、雙目顯微鏡等。在最前面的操作臺上，教師可以掌控全班的課堂實驗教學(xué)情況，及時發(fā)現(xiàn)問題，指導(dǎo)單個學(xué)生的實驗操作。通過計算機(jī)，教師可以看到學(xué)生在顯微鏡下觀察的物像。同時，在最前端的大屏幕上投射學(xué)生觀察的物像，從而實現(xiàn)課堂實驗的實時交互。

①觀察草履蟲的外形。利用顯微鏡，對草履蟲的外形進(jìn)行觀察。學(xué)生概述草履蟲的外形結(jié)構(gòu)特點，對草履蟲的外形有一定的了解，構(gòu)建生物多樣性、統(tǒng)一性的概念。

②對草履蟲的運動進(jìn)行觀察。分析總結(jié)草履蟲的具體運動情況，包括變形運動、旋轉(zhuǎn)運動、不定向運動、快速直線運動。

在交互實驗中，觀察真實的草履蟲的外形和運動，培養(yǎng)學(xué)生對生物的興趣，開闊學(xué)生的視野。通過實驗，幫助學(xué)生有效建構(gòu)科學(xué)概念，認(rèn)識到作為單細(xì)胞生物的草履蟲具有運動能力。

通過教學(xué)設(shè)計，教師為學(xué)生進(jìn)行生物交互實驗創(chuàng)設(shè)良好的條件，充分利用學(xué)校的資源。在多媒體互動實驗室中，引導(dǎo)學(xué)生使用電子目鏡投影，能夠?qū)Σ萋南x進(jìn)行全面觀察，使學(xué)生親歷微觀世界的學(xué)習(xí)樂趣，進(jìn)行深入的科學(xué)探究，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，增加課堂教學(xué)的交互性、及時性，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)和科學(xué)思維。

3）探究草履蟲的趨性。觀察分析草履蟲的外形和運動后，探討草履蟲的趨性。把學(xué)生分為若干小組，通過深入分析，提出不同的方案，比如觀察草履蟲在唾液中的趨性、不同溫度的水中草履蟲的趨性、不同顏色的光照下草履蟲的趨性、草履蟲在電場中的趨性等。教師根據(jù)學(xué)生的討論，選取有可操作性的實驗方案，進(jìn)一步進(jìn)行分析。

第一種：草履蟲在電場中的趨性研究。使用載玻片，將一滴草履蟲培養(yǎng)液滴在上面。在培養(yǎng)液中，草履蟲均勻分布。使用兩根導(dǎo)線，連接一號電池。草履蟲培養(yǎng)液的上、下兩側(cè)分別連接電池的正極和負(fù)極，從而形成一個微弱的電場。電場作用七分鐘，然后對草履蟲的運動進(jìn)行觀察。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在負(fù)極一側(cè)，有大部分的草履蟲在活動，反映了在電場中草履蟲對負(fù)極有正趨性。通過生物實驗探究，使學(xué)生感受實驗的快樂、參與的喜悅，體會到鮮活的世界，在快樂中學(xué)習(xí)，培養(yǎng)科學(xué)思維。通過生物實驗觀察，明確草履蟲是由單細(xì)胞構(gòu)成的。觀察草履蟲的外形、運動和趨性，了解單細(xì)胞生物能夠獨立完成生命活動，生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位是細(xì)胞，從而形成正確的生命觀念，建構(gòu)生物學(xué)的重要概念。

第二種：對草履蟲對食鹽水的趨性進(jìn)行探究。使用載玻片，將一滴草履蟲培養(yǎng)液滴在一端;滴加一滴清水在載玻片的另一端，兩邊液體使用牙簽連接起來;將食鹽粒放入草履蟲培養(yǎng)液的一端，觀察草履蟲的反應(yīng)情況。學(xué)生錄制草履蟲的趨性實驗出現(xiàn)困難，使用顯微鏡進(jìn)行觀察，視野范圍太小，對草履蟲的趨性運動難以捕捉。學(xué)生最后發(fā)現(xiàn)，可以使用普通攝像機(jī)進(jìn)行錄制，在載玻片的一側(cè)打強(qiáng)光，進(jìn)行肉眼觀察，能夠達(dá)到理想的效果。學(xué)生觀察到草履蟲移動時碰上右側(cè)的食鹽水，馬上掉頭向反方向游去，反映了對于食鹽，草履蟲的運動有負(fù)趨性。

本次教學(xué)設(shè)計，學(xué)生課前和課上搜索資料，課堂中結(jié)合使用普通實驗室、多媒體互動教室，構(gòu)建生物教學(xué)平臺，進(jìn)行生物科學(xué)實驗研究。

4 教學(xué)感悟與反思

本次觀察草履蟲的外形、運動和趨性實驗活動，前后歷時兩個月。學(xué)生從采集資源，到培養(yǎng)草履蟲進(jìn)行觀察分析，參與動手實驗，準(zhǔn)備實驗材料，觀察實驗過程，最終完成實驗任務(wù)。整體過程包括：3月12日到4月12日，學(xué)生建立小組，開始搜集資料，進(jìn)行草履蟲的培養(yǎng);4月13日到18日，小組成員對實驗方案進(jìn)行討論和修改;4月19日到25日，觀察草履蟲，在生物實驗室進(jìn)行大概了解，然后在多媒體互動實驗室進(jìn)一步觀察分析其外形、運動和趨性，并對其趨性研究的實驗方案進(jìn)行討論;5月5日到12日，完成觀察草履蟲的趨性實驗。

學(xué)生對自己的實驗過程進(jìn)行總結(jié)，從建立學(xué)習(xí)小組到完成實驗，雖然中間遇到一些問題，但能夠積極解決;使用網(wǎng)絡(luò)搜索資料，學(xué)會搜集整理資料、主動獲取知識的方

法;利用學(xué)校多媒體互動實驗教室進(jìn)行觀察研究，直觀感知豐富多彩的微觀世界，對生物實驗教學(xué)有了全新的認(rèn)識，從中體會科學(xué)實驗的作用，形成科學(xué)的知識體系。

利用多媒體互動實驗室，能夠有效提升生物實驗教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生通過顯微鏡觀察草履蟲的外形、運動，了解生物現(xiàn)象;借助多媒體設(shè)備，實時展現(xiàn)觀察的圖像。在教學(xué)中，學(xué)生和學(xué)生之間、教師和學(xué)生之間進(jìn)行互動，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、共同解決。教師合理使用數(shù)字化媒體，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，營造良好的氛圍，提升生物教學(xué)的質(zhì)量。

本次生物實驗教學(xué)活動獲得圓滿成功。在教學(xué)中，教師首先進(jìn)行合理的教學(xué)設(shè)計，充分利用學(xué)校的資源;然后建立學(xué)習(xí)小組，引導(dǎo)全體學(xué)生共同參與，共同研究學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作的精神。學(xué)生使用網(wǎng)絡(luò)搜索資料，利用學(xué)校的教學(xué)資源觀察生物現(xiàn)象，自己動手完成實驗，進(jìn)行全程的科學(xué)探究。

5 結(jié)語

本文以觀察草履蟲的外形、運動和趨性為例，開展生物實驗互動教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和生命觀念。教學(xué)中充分利用各種資源，開闊學(xué)生的視野，形成科學(xué)概念和生命觀念，幫助學(xué)生親歷科學(xué)研究的過程，進(jìn)行數(shù)字化學(xué)習(xí)及實踐，有利于培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

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