實(shí)驗(yàn)“小”改進(jìn)，學(xué)科“大”融合

摘要：《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022版）》提出的探究實(shí)踐活動(dòng)包括科學(xué)探究和跨學(xué)科實(shí)踐，是解決真實(shí)情境中的問題或完成實(shí)踐項(xiàng)目的能力和品格。如何在初中生物學(xué)課堂中實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作與多學(xué)科知識(shí)的巧妙運(yùn)用和銜接，是值得探討的話題。本文圍繞《義務(wù)教育生物學(xué)課標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)（2022版）》要求，結(jié)合教學(xué)實(shí)際，探討生物學(xué)教學(xué)與其他學(xué)科之間邏輯界限的完美融合，以及生物學(xué)知識(shí)與其他學(xué)科知識(shí)、日常生活經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的模式。

關(guān)鍵詞：初中生物學(xué)；實(shí)踐探究活動(dòng)；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；學(xué)科融合

文章編號(hào)：1003-7586（2024）04-0060-02 中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

基于生物學(xué)科著力發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)所要求的“探究實(shí)踐”，《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022版）》提出“教學(xué)過程重實(shí)踐”的課程理念。生物學(xué)教學(xué)中的跨學(xué)科教學(xué)以核心素養(yǎng)為基礎(chǔ)，可以高效地開發(fā)跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)課程，通過跨界到科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科，甚至跨界到大自然、釀造廠、污水處理廠和科技館等研學(xué)基地，逐步開發(fā)指向?qū)W生核心素養(yǎng)的跨學(xué)科的融合教學(xué)。實(shí)驗(yàn)課程是課堂教學(xué)活動(dòng)的亮點(diǎn)和拓展，其意義在于使學(xué)生獲得現(xiàn)實(shí)生活的直接經(jīng)驗(yàn)和真切體驗(yàn)，是由感性思維向理性思維的思維升階。通過運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)體系聯(lián)系實(shí)際生活對(duì)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行更新改進(jìn)，注重學(xué)生的興趣、經(jīng)驗(yàn)、能力和需要，促使學(xué)生獲得成就感，進(jìn)而激發(fā)學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。

1 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，跨越學(xué)科界限

生物學(xué)教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)課程作為主要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑意識(shí)、批判性思維、實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的基本途徑。在教學(xué)過程中，教師可以結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生開拓思維，深入研究教材中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足，結(jié)合實(shí)際對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或?qū)嶒?yàn)裝置及模型進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，也可將較為復(fù)雜繁瑣的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行簡(jiǎn)化，提高教學(xué)效率。

在“人體內(nèi)的氣體交換”一節(jié)中，傳統(tǒng)的教學(xué)過程中往往通過觀察簡(jiǎn)單的化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：將呼出的氣體通入澄清石灰水，澄清石灰水變渾濁，說明呼出氣體中含有二氧化碳。這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)單易懂，但沒有控制無關(guān)變量和進(jìn)行定量分析，甚至忽略足夠多的空氣通入澄清石灰水中也會(huì)使其變渾濁這一點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)過程很不嚴(yán)謹(jǐn)。在之后的實(shí)驗(yàn)過程中，需要將吸入的空氣作為對(duì)照組，同時(shí)控制實(shí)驗(yàn)過程中的無關(guān)變量。想要滿足這兩個(gè)條件，就需要有嚴(yán)密的實(shí)驗(yàn)過程。在九年級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，可以通過排水法收集呼出氣體和空氣，但鑒于七年級(jí)學(xué)生只使用過簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)器具，對(duì)此類玻璃器皿操作手法不夠熟練，實(shí)際操作起來有一定困難。

在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生開發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：首先找出課本上的實(shí)驗(yàn)，提出問題所在，指出實(shí)驗(yàn)過程缺乏對(duì)照組、沒有控制無關(guān)變量等漏洞；再圍繞“如何收集氣體？如何定量分析？如何將氣體全部注入澄清石灰水中？”等問題進(jìn)行討論分析，讓學(xué)生發(fā)揮想象，設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)，師生共同討論。給出學(xué)生可選擇的實(shí)驗(yàn)器材和試劑（塑料袋、氣球、注射器、一次性吸管、澄清石灰水等），引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)換思維方式，利用簡(jiǎn)單、易獲得的實(shí)驗(yàn)器材和試劑，組裝適合本節(jié)課實(shí)驗(yàn)過程的模型裝置（見圖1），利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)——物理傳感器探究呼吸過程中發(fā)生在人體內(nèi)的奇妙過程。

通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)讓學(xué)生了解氣體交換的原理、過程和結(jié)果，通過創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃褪疽鈭D構(gòu)建概念模型開拓學(xué)生的科學(xué)思維并達(dá)到科學(xué)探究的目的，初步培養(yǎng)學(xué)生控制變量的實(shí)驗(yàn)認(rèn)知思想。與此同時(shí)，讓學(xué)生自我檢測(cè)其對(duì)知識(shí)的掌握情況，強(qiáng)化學(xué)生善觀察，敢質(zhì)疑，勤思考的跨學(xué)科實(shí)踐能力。

2 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，巧用信息技術(shù)

生物學(xué)具有抽象性和復(fù)雜性，教師需要借助直觀形象的實(shí)驗(yàn)過程和教學(xué)方法來解決復(fù)雜難懂的生物學(xué)知識(shí)。隨著信息時(shí)代的到來，教育行業(yè)擁有了諸多便利，信息化教學(xué)的開展使得學(xué)生可以輕松獲得更加立體直觀的認(rèn)知。

例如，在“探究小腸適于消化和吸收的結(jié)構(gòu)”傳統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)中，需將豬小腸剪開放置到培養(yǎng)皿中觀察小腸絨毛，但實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)皿較淺不適合移動(dòng)觀察、實(shí)驗(yàn)材料軟塌，小腸絨毛不易漂浮、放大鏡倍數(shù)及距離難以控制、觀察角度及光線難以調(diào)節(jié)等問題。這些問題致使真正能觀察到小腸絨毛的學(xué)生很少，實(shí)驗(yàn)較難成功。筆者改進(jìn)為選取雞小腸進(jìn)行觀察。首先呈現(xiàn)完整的雞小腸，現(xiàn)場(chǎng)量取雞小腸的完整長(zhǎng)度，隨后截取一段小腸，沿中間剪開，用鑷子夾取放置到盛有較多水的燒杯中，觀察小腸內(nèi)壁，在放大鏡下可以清晰看到隨著水紋蕩漾而漂浮的小腸絨毛。教師使用平板或手機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拍攝，并投屏現(xiàn)場(chǎng)展示，將小腸皺襞以及小腸絨毛在畫面清晰的大屏幕上進(jìn)行直播呈現(xiàn)。學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)演示后播放慢放鏡頭拍攝視頻。通過現(xiàn)場(chǎng)投屏展示實(shí)物、量取小腸長(zhǎng)度、放大鏡觀察燒杯中的小腸絨毛和慢動(dòng)作視頻多重展示后，抽象難懂的構(gòu)造以最清晰直觀的方式進(jìn)行了呈現(xiàn)，學(xué)生理解了小腸絨毛可以增加小腸表面積和小腸適于消化和吸收的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，貫徹生命觀念中結(jié)構(gòu)與功能觀。

課堂微視頻可以制作成二維碼，提供給學(xué)生進(jìn)行課后自主復(fù)習(xí)。在智慧教室中學(xué)生可以使用平板瀏覽器掃描二維碼，填寫問卷進(jìn)行當(dāng)堂檢測(cè)，問卷結(jié)果顯示每道題目正確率，教師可針對(duì)錯(cuò)誤較多的題目或選項(xiàng)進(jìn)行著重講解，分析錯(cuò)誤原因，現(xiàn)場(chǎng)解決同學(xué)未掌握牢固的知識(shí)點(diǎn)。信息技術(shù)在教學(xué)過程中的巧妙運(yùn)用，幫助學(xué)生順利突破重難點(diǎn)，進(jìn)一步提高教學(xué)效率。

3 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)材料，聚焦社會(huì)生活

實(shí)驗(yàn)材料是實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癯晒Φ母荆瑢?shí)驗(yàn)材料與日常生活的聯(lián)系決定了學(xué)生能否更好地理解實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)活動(dòng)課堂中實(shí)驗(yàn)材料的選取需要教師聯(lián)系實(shí)際生活進(jìn)行不定期更新，以保證學(xué)生能夠獲得更好的課堂體驗(yàn)。

在“營(yíng)養(yǎng)器官生長(zhǎng)”一節(jié)中，可以通過問題“七彩玫瑰是種出來嗎？”創(chuàng)設(shè)情境引入課堂教學(xué)，用色彩鮮艷的花朵吸引學(xué)生的眼球，誘發(fā)好奇心，使學(xué)生帶著疑問學(xué)習(xí)課堂知識(shí)，進(jìn)而提高課堂效率。課后以“七彩玫瑰的制作”為課后作業(yè)，讓學(xué)生思考制作訣竅，共同討論出在制作過程中需將玫瑰花莖的木質(zhì)部平均分配在不同顏色的墨水中，才有可能收獲七彩玫瑰。在這個(gè)過程中學(xué)生體會(huì)到七彩玫瑰的制作訣竅，將課堂知識(shí)運(yùn)用于生活片段之中，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

在課堂小組實(shí)驗(yàn)“探究莖的輸導(dǎo)功能”中，可以選取日本珊瑚樹作為小組實(shí)驗(yàn)材料。教師根據(jù)身邊的現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)資源材料進(jìn)行對(duì)比，將金邊黃楊和日本珊瑚樹的莖在紅色墨水中進(jìn)行浸泡，發(fā)現(xiàn)這兩種實(shí)驗(yàn)材料各有優(yōu)點(diǎn)。金邊黃楊的葉子邊緣顏色較淺，浸泡一段時(shí)間后可以清晰看到葉子邊緣變淺，說明墨水會(huì)通過莖輸導(dǎo)至葉片；但解剖后發(fā)現(xiàn)金邊黃楊的莖直徑較小，因此在觀察莖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)比較困難，即使借助放大鏡也難以區(qū)分木質(zhì)部與髓之間的界限。日本珊瑚樹的莖較粗且嫩，學(xué)生可以清晰觀察到莖內(nèi)各部分結(jié)構(gòu)，進(jìn)行縱切和橫切時(shí)操作簡(jiǎn)單，并且日本珊瑚樹的樹皮可以剝下，學(xué)生可以觀察發(fā)現(xiàn)樹皮沒有被墨水染色，從而理解韌皮部沒有輸送水和無機(jī)鹽的功能的特點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)課堂中使用日本珊瑚樹可以使實(shí)驗(yàn)材料物盡其用，操作過程簡(jiǎn)單省時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀有效。

通過解剖日本珊瑚樹時(shí)的視覺、觸覺雙重感官的刺激，讓學(xué)生對(duì)莖的結(jié)構(gòu)有了更深層次的理解；通過七彩玫瑰的制作過程，利用美學(xué)的吸引力，將課堂知識(shí)與生活實(shí)際完美融合，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，形成審美意識(shí)并樹立保護(hù)樹木、愛護(hù)植物的生態(tài)觀念和社會(huì)責(zé)任感。

4 小結(jié)

融合多學(xué)科知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)裝置及模型進(jìn)行改進(jìn)的探究實(shí)踐活動(dòng)，是調(diào)動(dòng)學(xué)生多感官、多角度、多思維參與初中生物學(xué)教學(xué)過程的有效策略之一。這種方式不僅能讓學(xué)生從新的視角中獲得學(xué)習(xí)的興趣與樂趣，更能通過全新的實(shí)驗(yàn)過程，使得相關(guān)學(xué)科知識(shí)在實(shí)際操作中通過親身觸碰、感覺和觀察得到學(xué)生的充分理解。學(xué)生通過改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)課堂活動(dòng)認(rèn)識(shí)到生物學(xué)與社會(huì)生活的聯(lián)系，能夠運(yùn)用多學(xué)科的知識(shí)和方法解決日常生活中的現(xiàn)實(shí)問題，具有很強(qiáng)的可行性和實(shí)踐性，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到激發(fā)，學(xué)習(xí)積極性得到調(diào)動(dòng)，逐步形成堅(jiān)持不懈的探索精神和勇于實(shí)踐的創(chuàng)新意識(shí)。