初中生命科学实验实践创新探索

2017-10-11景小军上海市蒙山中学上海200540

生物学通报 2017年12期

景小军（上海市蒙山中学上海 200540）

实验教学是初中生命科学教学的重要组成部分，深受学生喜爱。但由于实验材料、实验器材、实验内容等诸多原因，无法很好地实施。如何上好实验课，提高实验教学的效能，体现实验教学特有的育人价值？近年来，笔者从实验材料、实验器材、实验内容、实验教学理念创新等方面作了些许有益的尝试。

1 实验材料创新——充分利用现有资源自给自足

本校处于城区，初中生命科学基础实验中需要的实验材料不易获得，例如“制作并观察叶片的装片”中需要的蚕豆叶，“解剖并观察花和果实的结构”中需要的油菜花，“酒精对水蚤心率的影响”及“水蚤对光照强度的反应”2个实验中需要的水蚤等实验材料，成为制约实验顺利实施的关键因素。笔者曾找菜农购买过蚕豆叶和油菜花，但不能保证供给且有时难以保障材料的新鲜度。关于水蚤的问题，笔者寻遍了所在城区的水族店，皆无货源，后来在一个小水塘发现了水蚤，于是成了全区第1个做水蚤实验的学校。后来随着城市的发展，池塘被填埋。近年来物流的发展使网购水蚤也成为了可能，但水蚤被密闭在小容器里且经长途运输，其活力直接影响实验结果。

如何破解以上难点？自给自足是一种有效的途径。笔者在淘宝种子店购买蚕豆和油菜籽，在校园空地（若无空地，可利用树木之间的空间，或利用花盆）播种。开学初期，发动学生播种蚕豆和油菜籽，组织学生照料和观察植物的成长历程，并以照片或笔记的形式进行记录，定期在课前2 min进行交流，由此激发学生长期观察、照料和记录的兴趣。关于水蚤的问题，可充分利用学校的水族箱（也可网购带增氧功能的水族箱,价格在200元之内即可），从水塘采集或网购少量水蚤，置于水族箱内养殖。水族箱中可放入用纱布包裹的稻草作为营养，也可定期加入发酵后的淘米水（淘米水放在容器中常温静置几天后，有酸臭味即已发酵）。

通过以上途径获得实验材料，既节约了购买费用，又随取随用，方便新鲜，且在参与过程中还可以培养学生对生命的关爱及对实验材料的尊重，一举多得。

2 实验器材创新——师生共同改善和自制实验器材

高效及时的现场互动、显微成像、平板教学……互联网+时代便捷高效的信息技术为实验教学创造了新的模式。但由于资金有限，数字化的生命科学实验室还无法普及。大部分学校因器材的陈旧或缺乏，影响教学效果，有些甚至无法正常开展实验，例如“酒精对水蚤心率的影响”这一实验，很多学生因找错心脏的位置，影响了实验的效果。如果能在显微镜下拍摄一段视频，指出水蚤心脏跳动与腹足跳动的区别，会较大提高实验效果。但是本校及很多其他学校没有数码显微镜，如何解决这种矛盾，跟上互联网+的步伐？笔者开始了积极的探究。

对于需要显微镜观察的材料，教师先拍下显微镜下的视野，再投影到大屏幕上，效果直观明了，事半功倍。仔细研究数码显微镜的原理，发现无需购买专业设备也能实现。笔者在学生的支持下，从摄像头到单反相机再到更加便捷的手机，经历了不同感光设备和普通显微镜的多次整合，现在本校的普通显微镜已被改装成效果相当不错的数码显微镜，在“酒精对水蚤心率的影响”及“制作并观察叶片的装片”等实验中发挥了重要作用。受普通显微镜数码化改装成功的鼓舞，学生在很多实验器材的制作和改装中发挥了重要的作用，例如对叶片切片工具的改进、校外采集水蚤工具的制作、校园植物挂牌的制作等（图1、图2）。

图1 学生自制植物挂牌

图2 改装的数码显微镜

实验教学中高效及时的现场互动非常重要，传统的教学环境因时间、空间的限制，生生、师生不能充分进行互动，而数字化实验室专业的软件和设备可以很好地解决这个问题。如果没有专业的数字化实验室能否达到类似的功能？有互联网＋时代非常便捷的网络环境基础，笔者想到智能手机和微信公众平台。教师可建一个教学专用的微信公众号，学生用手机登陆微信并关注教师建立的公众号。教师提前将实验演示视频等素材及一些注意事项进行推送，学生可利用空余时间借助微信公众平台预习实验内容，并通过公众平台文章后面“写留言”的形式进行师生、生生的互动。实验操作过程中，学生借助智能手机终端，随时可观看演示视频，避免了传统模式下教师播放视频后学生操作中遇到难点不便再次回看的不足。实验中教师还可借助手机和普通显微镜改装的“数码显微镜”，拍摄显微镜下学生的实验结果，并通过网络实时投屏显示，反馈互动。例如“测量人体的体温、心率、唾液的pH等生理数据”及“酒精对水蚤心率的影响”等需要现场收集数据的实验，也可借助微信公众号上传实验数据，由此可极大地优化实验数据收集环节，方便教师及时进行数据汇总和结果分析。实验结束后，教师还可通过微信公众平台再对学生的实验结果进行展示，家长也可以关注公众号，将孩子成长的点滴分享到自己的微信朋友圈。由此提升了教学效果，激发了学生和家长对生命科学学科的关注和兴趣，且不需要学校额外购买学生终端的费用，一举多得，相比专业的数字化实验室，它的便捷性稍差，但网络功能更强。

师生一起自制或对现有器材、教学环境进行改进，不仅可以优化实验教学，而且可以充分发挥学生的主观能动性，在动手动脑的实践中达到很好的学科育人的效果。

3 实验内容创新——对已有实验内容进行创造性的改进

3.1 巧用显微成像技术，让实验教学更高效结合校情、生情对教材中实验的某些环节进行创造性的改进，以达到更好的效果。例如教材中“观察人体的基本组织”实验，由于实验提供的永久玻片标本在显微镜下看到的物像和教材上提供的是有区别的，这对初次使用显微镜的学生而言会产生困惑。针对此情况，笔者课前先用自己改装的数码显微镜拍摄学生课上将要观看的永久玻片的物像，并标注相应的名称，实验时先投影出示显微成像的照片，再让学生在显微镜下观察。由于有了参考，实验效率大幅提升。在“制作并观察叶片的装片”“酒精对水蚤心率的影响”等实验教学中也采用了类似的方法，同样收到了很好的教学效果。例如在做“制作并观察叶片的装片”实验时，让学生先观看教师拍摄的显微照片，直观感受蚕豆的气孔、栅栏组织、海绵组织的正确位置；做“酒精对水蚤心率的影响”实验时，教师先播放一段拍摄的显微视频，让学生正确区分水蚤腹足和心脏的位置。（图3、图4）为笔者教学中拍摄的部分显微照片。

图3 血液永久装片

图4 胃壁横切永久装片

3.2 创新数据处理方法，让实验结果更清晰随着信息技术的普及和大数据时代的来临，实验教学也应与时俱进，在教学中应让学生体验实验数据收集和处理的方法。在教授“测量人体的体温、心率、唾液的pH等生理数据”这部分内容时，教师可让学生先思考人体正常的体温、心率、唾液的pH等生理数据的参考值是如何获得的？引导学生知道这些数据是经过大样本统计得出的。实验中，利用Excel软件统计全班学生体温、心率的生理数据（图5、图6），得出平均值，在对数据进行分析的基础上，学生认识到平均值、大样本、随机样本等与实验结果的关系；通过对一些异常值的分析，认识实验方法、态度等可能对实验结论产生的影响。最后教师询问学生：这些数据能否作为人体正常指标的参考值？学生马上意识到统计样本不够的问题，让学生真切感受实验需要科学的方法和科学的态度。再如“酒精对水蚤心率的影响”实验教学中，笔者设计了一个自动生成数据的Excel表，输入全班的实验数据后，非常直观、清晰地呈现酒精对水蚤心率影响的结果（表1、图7）。

图5 教学中使用的人体体温统计结果

图6 教学中使用的人体心率统计结果

表1 不同浓度酒精对水蚤心率的影响（单位：次／10 s）

图7 酒精对水蚤心率影响的统计结果

4 实验理念创新——突出学生的主体性

4.1 创新教学方式，充分发挥学生的主体作用初二年级学生有一定的观察能力和多媒体制作能力，好奇心强，喜欢自我表现。针对学生的年龄特点，在实验教学中，尝试改变教学方法以提高教学效果。例如在拓展性实验实践活动——“校园花坛植物种植”的教学活动中，笔者采用PBL(problembased learning的简称，也称作问题式学习)的教学方式:组织学习小组、设计问题、自主探究学习、学习成果展示、多元评价和反思总结6个环节实施教学。首先将班级学生分成9个小组，每组5人，然后出示花坛照片,并以“如何让校园荒废的花坛重新焕发青春，为美丽的校园环境作出一份贡献”为情境问题，让学生以小组为单位，自主探究花坛种植的方案并进行全班交流。在小组交流的基础上，综合考虑植物高度、颜色搭配等因素，评选出最佳方案进行课外实践种植。

持续观察花坛植物的生长过程，有助于学生形成“爱绿护绿、关爱生命”的意识。班级花坛植物种植活动结束后，班级学生以小组为单位，每周1次观察、记录花坛植物的生长状况，并进行全班交流，由此强化学生对花坛植物的关注及对其生长状况的了解。对于观察过程中发现的新问题，在小组交流的基础上，全班及时进行反思并商讨解决之道，下一组观察照顾植物的学生及时解决问题。图8～图11为学生实践的照片。

图8 学生对荒废的花坛松土并种植植物

图9 学生给班级花坛命名并竖立标识

图10 学生观察和照顾班级花坛植物

图11 学生分小组每周交流班级花坛植物生长状况

4.2 创新辅导方式，利用网络平台指导学生进行实验预习和释疑互联网+时代，网络技术高速发展，初中学生已能熟练驾驭网络，为进行网络平台的辅导教学奠定了坚实的基础。教学中，教师利用QQ软件和微信公众平台，进行网络拓展教学。QQ软件主要用于与学生一对一的辅导沟通，也可用作重要问题的讨论。由于QQ软件好友人数和分组功能的限制，教学中，教师可通过2类讨论组辅助教学：一类为教师创建的讨论组，以班级为单位，将每个班级PBL分组的小组长加入到本班的PBL讨论组；另一类为各班的PBL小组长创建的讨论组，成员为本组组员。具体流程如图12。