基于科学方法的初中生物学实验教学设计

朱毅鸿 夏曙华

(1 福建省三明市三元区教师进修学校 三明 365001； 2 福建省三明市第四中学 三明 365001)

现行人教版初中生物学教材十分重视科学方法的学习，设计了专门的栏目介绍科学方法，凸显了科学方法的重要地位。教材中循序渐进地介绍了初中学生应该学习的一些科学方法，包括观察、实验、调查、模拟和抽样检测等，其中观察和实验是生物学教学中最基本的科学方法，本文着重从形成科学观察方法和掌握科学实验方法两个方面阐述基于科学方法的生物学实验教学设计。

1 以有效观察为出发点，形成科学观察方法

生物学实验教学中，经常需要运用观察使学生获得感性认识和直观体验，再通过抽象概括上升到理性认识，进而形成科学概念。教材中对观察法是这样表述的：“观察是科学探究的一种基本方法。科学观察可以直接用肉眼，也可以借助放大镜、显微镜等仪器；科学的观察要有明确的目的，观察时要全面、细致、实事求是，并及时记录下来；在观察方法上要按照一定的顺序进行，一般是采取先整体后局部、先宏观后微观、从外到内、从左到右的顺序来观察”。虽然教材对科学观察方法进行了归纳和说明，但实际教学中，学生依然不知道为什么要观察、观察什么、怎样进行观察，在观察的时候浅尝辄止，不能准确描述观察的现象，也缺乏对观察结果的分析思考，影响了生物学知识的获取和概念的构建。因此，在实验教学时必须以有效观察为出发点精心设计，引导学生认真细致地进行观察，逐步形成科学观察方法。

八年级上册《真菌》一节中的“观察酵母菌和霉菌”实验，通过“观察青霉”让学生获得关于青霉孢子和菌丝的感性认识，在此基础上自主构建“真菌的结构”这一重要概念。为了让学生能真正观察到青霉的形态结构，进行了如下实验教学设计(表1)：

表1 “观察青霉”实验教学设计

1.1 充分的实验准备是形成科学观察方法的前提 实验教学设计时，为了使观察真实有效，在实验准备中对实验的材料和方法进行了改进。将教材中“取一块发霉的桔子皮，用放大镜观察”改进为“观察培养皿中的青霉”，因为自然环境中发霉的桔子皮上经常会有其他的杂菌，而在马铃薯培养基上接种青霉后进行培养，减少了其他杂菌的干扰。另外，教材中“用解剖针挑取少许长有孢子的菌丝制成临时装片”改进为“用透明胶带粘取青霉，然后将胶带贴到载玻片上制成临时装片”，由于前一方法学生挑取菌丝的部位不准确，显微镜下极难观察到扫帚状排列的孢子，而改进后的方法用透明胶可粘取的范围稍大、操作简单，大多数学生都能在显微镜下观察到青霉的菌丝和扫帚状排列的孢子。实验时还增加“观察青霉永久装片”这一环节，主要是为了让学生观察到更为清晰的青霉结构，也因为永久装片有染色，容易观察到菌丝有横隔；细胞里被染成深色的细胞核，有利于学生形成对单细胞真菌和多细胞真菌、原核生物和真核生物的初步的认识。

1.2 详细的实验步骤是形成科学观察方法的保证 实验教学设计中，引导学生根据实验步骤细致观察，先用肉眼观察青霉的菌落，然后用放大镜观察菌丝和孢子，再用显微镜观察青霉的显微结构，学生不仅对霉菌的菌落有了直观的认识，也都能观察到菌丝和孢子。借助不同的工具可以观察到事物的细节，而有序的观察使观察更全面更准确；观察内容目的明确，体现了从宏观到微观、从整体到局部的科学观察方法；观察结果是对观察的现象进行初步的分析和判断后记录下来的，为自主构建科学概念提供了可能。

通过以有效观察为出发点的实验教学设计，使学生领悟科学观察方法，为学生形成和运用科学方法奠定了基础。

2 以实验方案设计为支撑点，掌握科学实验方法

实验是初中生物学教学的重要内容，培养学生从实验中获取科学方法，运用这些科学方法开展新的实验，是教学的重点和难点。人教版初中生物学教材中介绍的科学实验方法包括“控制变量、对照实验、设置重复组”等，并且通过梯度化的探究活动设计进行有针对性的学习和训练，先是安排有明确问题、假设、材料用具和方法步骤的实验，让学生在模仿中体验和领悟科学探究的过程和方法，然后再安排由学生设计部分环节的实验，最后再安排全过程探究的实验，随着教学内容的展开，逐步渗透和领悟科学方法的运用和迁移。

探究“二氧化碳是光合作用必需的原料吗”是人教版七年级上册生物学教材中的实验，教材只给出要探究的问题和必要的背景资料：“请你设计，检验二氧化碳是否真的是光合作用必需的原料”“氢氧化钠溶液能够吸收二氧化碳”，要求学生进行全程设计并完成探究，难度较大，但这是本册教材的最后一个探究，为了让学生更好领悟科学实验方法，进行了如下实验教学设计(表2)：

2.1 亲身体验是掌握科学实验方法的重要途径 一种科学方法再好，如果仅仅停留在口头上或只是背诵和记忆，没有实际的操作训练，是无法真正掌握的，必须让学生经历独立思考之后再自行设计实验方案，这是学习和掌握科学实验方法的重要途径。虽然之前学生已接受了一些科学方法和技能的学习和训练，但还缺乏系统性和整体性，让学生独立设计探究实验方案，往往无从下手。因而教师引导学生按照探究的一般过程，对探究的每个环节进行分析和说明，让学生练习从提出问题到作出假设，根据假设设计实验材料用具和方法步骤，然后实施探究方案，记录和整理实验结果，分析结果得出结论，在此过程中学习和训练科学方法。针对制定计划这一难点，依据实验设计应遵循的四个基本原则设置相应的问题，如“本探究的实验变量是什么？”训练学生学会确定实验变量；“如何控制和调节二氧化碳的有无或多少？”训练学生辨识对照组和实验组，学会设计对照实验；“如何确保实验中只有二氧化碳一个变量？”训练学生学会控制变量唯一；“如何使实验结果更加可信？”训练学生学会设置重复实验、避免实验偶然性，通过问题的逐步解决使学生理解和掌握科学实验方法。

表2 探究“二氧化碳是光合作用必需的原料吗”实验教学设计

2.2 经典科学史是掌握科学实验方法的最好载体 生物科学史就是生物科学的实验史,在生物学理论的形成和发展中，科学实验始终起着主导和决定性的作用，因而经典的科学史是学习科学方法的最好载体。在本节的教学内容中，“海尔蒙特的柳树实验”“普利斯特利的小鼠实验”等经典实验，就蕴含着控制变量和设计对照实验的科学方法。教学过程中要引导学生认真分析实验研究过程，学习和领悟其中的科学方法，为迁移和运用科学方法打下坚实的基础。

通过学生自己设计实验方案以及经典科学史的实验过程分析，学习和掌握了科学实验方法，还可以运用此方法去审视和评价其他的实验设计方案，加强科学方法的理解和运用。

生物学是一门以实验为基础的学科，在实验教学设计时要高度重视科学方法的形成和训练，但也要注意，每一个实验中包含着多种的科学方法，分析、归纳、比较等高级的科学方法必定贯穿其中，要避免将各种科学方法脱离开学科知识，孤立地、求全求细阐述；另外，科学方法中蕴含重要的求真、求是、开拓创新的科学精神，这都是科学素养的重要表现，也需要在学习科学方法时逐步进行渗透[1]。