基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)的初中生物學實驗教學

摘" 要：以人教版初中生物學教科書內(nèi)容為例，從實驗教學的具體過程出發(fā)，探討在概念教學中，如何幫助學生建立生命觀念、發(fā)展科學思維、提升科學探究能力、樹立健康意識，體現(xiàn)生物學實驗教學在培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的價值.

關(guān)鍵詞：實驗教學;生物學核心素養(yǎng);概念教學

中圖分類號：G632""" 文獻標識碼：A""" 文章編號：1008-0333（2024）17-0142-04

收稿日期：2024-03-15

作者簡介：楊麗華（1977.2—），女，福建省福州人，本科，中學一級教師，從事初中生物教學研究.

基金項目：教育部福建師范大學基礎(chǔ)教育課程研究中心2022年度開放課題“基于核心素養(yǎng)的中學生物‘讀思達’課堂教學實踐研究”（課題編號：KCA2022120）.

生物學是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，許多生物學知識是科學家在大量實驗中總結(jié)出來的，許多生物學現(xiàn)象和原理也是科學家反復(fù)驗證的結(jié)果.在生物學教學中，實驗是至關(guān)重要的一部分.由于長期受應(yīng)試教育的影響，生物學實驗教學被忽視.生物學新課程標準要求生物課程不是簡單地向?qū)W生灌輸生物學概念，而是在引導(dǎo)學生構(gòu)建生物學概念的基礎(chǔ)上，重視培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)［1］.生物學核心素養(yǎng)主要包括生命觀念、科學思維、探究實踐和態(tài)度責任［2］.顯然，傳統(tǒng)的講授法無法實現(xiàn)這一目標.而實驗活動不僅能幫助學生直觀形象地了解生命現(xiàn)象，進而形成生命觀念，而且還能提高學生科學探究實踐的能力，并在實驗過程中發(fā)展學生科學思維的能力，樹立健康的意識和社會責任感，實現(xiàn)培養(yǎng)學生的生物學核心素養(yǎng)的目標.本文用幾個具體的案例來介紹筆者在概念教學中，如何應(yīng)用實驗活動培養(yǎng)學生的生物學核心素養(yǎng).

1 "立足生物實驗活動，形成生命觀念

生命觀念是生物學概念、原理、規(guī)律的提煉和升華，是理解或解釋生物學相關(guān)現(xiàn)象、分析和解決生物學實際問題的意識和思想方法.而初中生物學中有一些概念是微觀世界的生物現(xiàn)象，這些微觀的生物學現(xiàn)象對中學生來說是很難感悟的一塊知識，如果我們能通過生物實驗把微觀世界變成直觀的生物現(xiàn)象呈現(xiàn)在學生眼前，就能化難為易，幫助學生深入直觀理解生物學現(xiàn)象，建立生命觀念.

例如，人教版生物學七年級上冊第一單元第二章第四節(jié)《細胞的生活》，其中有個概念1：細胞膜控制物質(zhì)進出細胞，這也是這節(jié)課的難點之一.細胞膜的功能是屬于微觀世界的知識，教師常常用傳統(tǒng)例證法、類比法來講解.例證法：海帶中碘含量雖然比海水高很多，但海帶仍會繼續(xù)吸收海水中的碘；把新鮮的菠菜放在清水中，葉綠素不會從細胞內(nèi)出來，如果把菠菜放到沸水中，葉綠素就從細胞內(nèi)跑出來.再用類比法：把細胞膜的功能比作學校保安的功能等等.這種教學方法學生沒有直觀的體驗和感受，許多學生還是會有疑惑，為什么這些例子說明是細胞膜控制物質(zhì)進出，而不是細胞壁呢？

在教學時用一個直觀的演示實驗來幫助學生感知這個微觀的生物學概念，建立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念.

實驗步驟如下：

步驟1：將三個新鮮雞卵的卵黃取出，分別放在1號、2號、3號三個培養(yǎng)皿中.（這時向?qū)W生說明卵黃是一個動物細胞，卵黃膜是細胞膜，這個知識八年級會學到.）

步驟2：向1號培養(yǎng)皿中的卵黃滴加紅墨水，2號培養(yǎng)皿中的卵黃滴加石蕊溶液，3號培養(yǎng)皿不加任何物質(zhì).靜置10分鐘，將1、2號培養(yǎng)皿里剩余的液體去掉，并將卵黃表面殘留的溶液用清水沖洗干凈.

步驟3：用解剖針依次將3個卵黃表面的細胞膜刺破，觀察3個卵黃顏色變化.

學生看到的實驗現(xiàn)象是：1號卵黃被染上紅色，2號和3號不變色，還是原來的黃色.通過這個實驗學生就能直觀看到細胞膜控制物質(zhì)進出細胞的功能，如此可以有效地幫助學生理解微觀的生物學概念.接著教師提問：為什么細胞膜具有控制物質(zhì)進出細胞的功能，而細胞壁不具備這個功能呢？由此，引發(fā)學生思考、討論，從而建立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念.

2" 立足生物實驗活動，發(fā)展科學思維

2.1" 通過演示實驗，培養(yǎng)學生分析、推理等邏輯思維能力

在生物學新課程教學中要重視引導(dǎo)學生自己構(gòu)建概念，而概念的建立難以一蹴而就，需要以學生認識豐富的事實為基礎(chǔ)，而實驗活動是認識這些事實的一條重要途徑.通過學生對實驗現(xiàn)象的觀察引發(fā)思考分析，再推理歸納形成概念，再將相互關(guān)聯(lián)的概念串聯(lián)，整合成重要概念，從而培養(yǎng)學生分析、推理等邏輯思維能力，發(fā)展學生科學思維的核心素養(yǎng)［3］.

例如，“細胞的生活”這節(jié)課還有一個概念2：細胞生活需要能量.要掌握這個概念需要先理解以下幾個概念：能量能從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式；能量轉(zhuǎn)換需要能量轉(zhuǎn)化器或進行燃燒；細胞的有機物中有化學能；細胞中能量轉(zhuǎn)換器是葉綠體和線粒體.而要理解這些抽象的生物學概念，可以設(shè)計一系列實驗，引導(dǎo)學生通過分析推理逐步構(gòu)建這些相關(guān)聯(lián)的生物學概念，再整合成重要概念.實驗過程如圖1.

通過實驗1、實驗2和實驗3，學生能分析推理出：能量不能憑空產(chǎn)生，它是從一種能量轉(zhuǎn)換成另一種能量，而且能量轉(zhuǎn)換需要能量轉(zhuǎn)換器（這也為學習細胞中的能量轉(zhuǎn)換器埋下伏筆）或燃燒.通過實驗4，學生就能推斷出花生種子燃燒產(chǎn)生的光能和熱能是種子細胞中的能量轉(zhuǎn)換來的，根據(jù)學生已有的知識：細胞中的物質(zhì)有有機物和無機物，而能燃燒的是有機物，學生就能推理出細胞中的能量存在有機物中，最后老師告知學生細胞有機物中的能量稱為化學能.

在形成以上概念串的基礎(chǔ)上，再結(jié)合學生已有的知識“有機物是光合作用的產(chǎn)物，光合作用需要光照，場所是葉綠體”就不難推理出細胞有機物中的化學能是光能轉(zhuǎn)換來的，而且也能理解能量轉(zhuǎn)換器是葉綠體.最后，細胞在生命活動時需要熱能、動能等能量，是細胞有機物中化學能轉(zhuǎn)換來的這個概念就順理成章地形成了.

這樣通過幾個相關(guān)聯(lián)的實驗，把抽象的概念用形象的實驗呈現(xiàn)出來，再通過概念間內(nèi)在聯(lián)系，抽絲剝繭，推理分析，既構(gòu)建出抽象的生物學概念，又培養(yǎng)了學生的邏輯思維能力.

2.2" 通過改進實驗，激發(fā)學生科學探索的熱情，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識

在生物學新課程標準中提出，生物學概念教學要重視學生對概念的深度理解， 而不是簡單地死記硬背一些孤立的生物學事實.筆者在教學過程中發(fā)現(xiàn)對于一些復(fù)雜的概念，如果只是采用傳統(tǒng)單一的講授法，學生就無法理解概念的內(nèi)涵，對于概念的感知是模糊不清的，由此導(dǎo)致學生在運用概念時往往會出差錯或者無從下手.概念內(nèi)涵是反映概念所指對象的本質(zhì)屬性特征，如果我們能用實驗還原生物的這些特征，就能有效地幫助學生理解生物學概念的內(nèi)涵.而有些傳統(tǒng)的實驗存在局限性，無法深刻全面詮釋概念的內(nèi)涵，教師應(yīng)該引導(dǎo)學生合理設(shè)計實驗教學內(nèi)容，嘗試改進實驗方案，幫助學生深入理解概念的內(nèi)涵，并激發(fā)學生的科學探索熱情，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識.

例如：人教版七年級上冊第三單元第一章“種子植物”這節(jié)中，“玉米種子的結(jié)構(gòu)”是這節(jié)課的重要概念之一.傳統(tǒng)的實驗方案是：將玉米種子縱切，用放大鏡在玉米種子縱切面上觀察種子各個結(jié)構(gòu).通過這個傳統(tǒng)的實驗，大部分同學只懂得在玉米種子縱切面上說出玉米種子各結(jié)構(gòu)的位置，而玉米種子各結(jié)構(gòu)的具體形態(tài)，學生不知道.如果給他們一粒完整的玉米種子，學生也說不出胚和胚乳的位置，胚芽、胚軸、胚根和子葉在哪里就更不清楚了.通過這個傳統(tǒng)實驗學生只形成一個模糊的概念，沒有真正理解概念的內(nèi)涵.

筆者在教學時，嘗試改進實驗方案，幫助學生深刻理解概念的內(nèi)涵，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識.實驗設(shè)計方案如下：

活動1：先讓學生用傳統(tǒng)的實驗方案來認識玉米種子的結(jié)構(gòu).

活動2：接著給學生一粒完整的玉米種子，讓學生說出玉米種子各結(jié)構(gòu)的位置和形態(tài)，絕大部分學生給不出答案.借機老師可以引導(dǎo)：同學們能不能自己設(shè)計一個實驗來解決這個難點呢？適時激發(fā)學生科學探索的熱情.

經(jīng)過學生的探索討論和教師的引導(dǎo)，制定以下改進實驗方案.

活動3：先取一粒成熟新鮮的玉米種子，在玉米種子的一面用肉眼就能觀察到由白色和黃色兩個結(jié)構(gòu)組成，用解剖針沿白色邊緣輕輕一撥，就能把兩個結(jié)構(gòu)分開.經(jīng)過討論分析學生能說出白色的像小船的結(jié)構(gòu)是胚，黃色的包在胚外圍結(jié)構(gòu)的是胚乳.

活動4：接著用放大鏡觀察胚，在胚的中間有一條裂縫，用解剖針能從縫隙中挑出兩個細小的結(jié)構(gòu)，學生可以推測出是胚芽和胚根，連接這兩個中間結(jié)構(gòu)就是胚軸，其余的結(jié)構(gòu)就是子葉.而且學生很清楚地看到胚芽、胚軸、胚根和子葉的位置和形態(tài)，也明確子葉只有一片.

先讓學生嘗試傳統(tǒng)實驗，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)實驗的不足，然后適時引導(dǎo)學生改進實驗方案，激發(fā)學生的科學探索的欲望，既幫助學生理解概念的內(nèi)涵，又培養(yǎng)學生勇于探索、敢于批判質(zhì)疑的創(chuàng)新意識，發(fā)展學生科學思維的能力.

3" 立足生物實驗活動，提升科學探究能力

在教學過程中發(fā)現(xiàn)學生頭腦中有一些已有的前概念，有的是似是而非的日常概念，有的是與科學概念相悖的錯誤概念.要糾正這些錯誤的前概念，如果教師只是強行把正確的概念灌輸給學生或用一些靜態(tài)的圖片來講解，這樣學生學習效果都不好，因為前概念在學生心里根深蒂固.最好的辦法是引導(dǎo)學生設(shè)計探究實驗，通過真實的生物情境，收集和分析證據(jù)，得出正確的結(jié)論，幫助學生分辨真假，領(lǐng)悟科學的思想觀念，提升科學探究能力.

“種子植物”這節(jié)課另一個概念：胚是新植物體的幼體.學生已有的知識是一粒種子能發(fā)育成一棵新植物體，而種子中哪一個結(jié)構(gòu)發(fā)育成新植物體呢？大部分學生認為是胚芽發(fā)育成新植物體，這是一個錯誤的前概念.筆者在教學時引導(dǎo)學生通過探究實驗來糾正這個錯誤的前概念，激發(fā)學生科學探究的意識，提高科學探究能力.

教學過程如下：

教師提問：種子中哪一個結(jié)構(gòu)發(fā)育成新植物體呢？大部分同學的答案是胚芽.接著教師發(fā)表自己的觀點：老師認為是胚根發(fā)育成新植物體.教師又問：誰的觀點是對的呢？是不是老師的觀點一定是對的呢？借機引導(dǎo)學生領(lǐng)悟科學的思想觀念.教師再問：有什么方法可以證明誰的觀點是對的？適時激發(fā)學生科學探究的意識.

經(jīng)過學生小組討論和老師引導(dǎo)，設(shè)計出如下兩個探究實驗：

實驗一：

步驟1：取15粒綠豆種子，浸泡10小時后，繼續(xù)培養(yǎng)至胚根剛突破種皮時，取出種子.

步驟2：用不同顏色丙烯原料分別在胚根、胚芽、胚軸處進行標記.

步驟3：繼續(xù)培養(yǎng)，定期觀察并記錄各結(jié)構(gòu)的發(fā)育情況.

通過實驗1得出結(jié)論是：種子萌發(fā)過程中，胚根發(fā)育成根，胚軸伸長， 胚芽發(fā)育成莖和葉.

實驗二：

選取大小相同的綠豆種子，分成4組，每組15粒，將綠豆種子浸泡10小時后，用刀片切除掉部分子葉，分別使每組子葉保留 1/4、1/2、完整子葉和完全去除子葉，培養(yǎng)10 天后，測量植株莖的直徑和高度，每組取平均值.

通過實驗2學生觀察到的實驗現(xiàn)象是：子葉留存越多，幼苗越高，莖也越粗，而完全去除子葉的種子不能萌發(fā).由此能得出結(jié)論：子葉在種子萌發(fā)時提供營養(yǎng).

結(jié)合實驗一和實驗二學生就能自行糾正錯誤的前概念，形成科學的概念.通過整個實驗過程，學生從發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、設(shè)計并改進實驗方案、實施實驗方案到最終分析得出結(jié)論，不僅能夠激發(fā)學生科學探究的意識，引導(dǎo)學生領(lǐng)悟科學的思想觀念，而且促進學生掌握實驗探究的方法，提升科學探究的能力.

4" 立足生物實驗活動，樹立健康意識

在生物學新課程教學中要注重引導(dǎo)學生樹立健康意識.健康意識是指在掌握人體生理和衛(wèi)生保健知識的基礎(chǔ)上，關(guān)注身體內(nèi)外各種因素對健康的影響，形成健康生活的態(tài)度和行為習慣［3］.大部分學生雖然知道哪些行為習慣是有害健康的，但對于其中的原理沒有深入理解，而且也沒有親身體會，對于危害的感知并不深刻［4］.如果能讓學生通過探究實驗親身證實這些不良行為習慣的危害，就能引發(fā)學生的共鳴，激發(fā)學生主動樹立健康意識，讓學生受益終生.

長輩經(jīng)常告誡孩子抽煙傷肺、酗酒傷肝傷胃，那到底酗酒對胃有多大傷害呢？借機教師就能引導(dǎo)學生設(shè)計探究實驗來驗證這個問題.實驗設(shè)計如下：

步驟1：取一個新鮮的豬胃，分成大小相等的A、B、C三塊，分別放置到三個碗中.

步驟2：往A豬胃中加一杯45度的白酒，往B豬胃中加等量的清水.C豬胃不加任何物質(zhì).

步驟3：用手分別揉搓A、B、C豬胃3分鐘（模擬胃的蠕動）.

步驟4：觀察并比較A、B、C豬胃內(nèi)壁胃黏膜的區(qū)別.

學生看到實驗現(xiàn)象是：B、C豬胃內(nèi)壁胃黏膜沒有區(qū)別，而A豬胃內(nèi)壁胃黏膜受到破壞，有些白色的物質(zhì)脫落下來.

通過探究實驗學生親身證實酒精對胃的危害，讓學生意識到健康生活方式的重要性，進而主動樹立健康意識.

5" 結(jié)束語

實驗活動能夠幫助學生更深入直觀地了解生命現(xiàn)象，培養(yǎng)學生的生命觀念.實驗過程中，學生運用觀察、比較、分析、推理等方法進行獨立的思考判斷并總結(jié)，無形當中培養(yǎng)了學生科學思維的能力.學生在設(shè)計并實施探究實驗過程中，不僅掌握了實驗探究方法、提升了實驗探究能力，而且還培養(yǎng)了主動解決問題的意識、團隊合作意識和堅持不懈的探索精神.實驗活動還能激發(fā)學生對未知世界的探索熱情，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，樹立健康意識，提高綜合素養(yǎng).

參考文獻：［1］ 魏文， 焦燕南.立足實驗教學 滲透核心素養(yǎng)［J］.中學生物教學，2019（7）：39-41.

［2］ 吳成軍.義務(wù)教育生物學核心素養(yǎng)的內(nèi)涵及分析［J］.生物學教學，2022（7）：2-5.

［3］ 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育生物學課程標準（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022：4-7.

［4］ 占迪專.核心素養(yǎng)發(fā)展導(dǎo)向的初中生物學概念教學實踐［J］.生物學教學，2023（8）：31-33.

［責任編輯：季春陽］